◎宋騰/文
早在人類出現之前，病毒就佔領了這顆星球，歷經高溫、酷寒或乾旱等極端條件，到現在病毒仍然無處不在………病毒在人類的DNA中更是留下了豐富的信息，人類DNA片段中8%來自病毒，說它們是我們親緣有點遠的祖先也不為過………病毒在某種意義上是致病的，但它們也賦予了這個世界必不可少的創造力。
——《病毒星球》，卡爾·奇默
病毒的發現
19世紀末，荷蘭農場的菸草作物經常感染一種被稱為“菸草花葉病”的疾病，會在葉片上出現發黃、泡斑、畸形等症狀。一株發病，附近植株幾乎全都受影響，導致菸草大量歉收。
一位名叫馬丁努斯·拜耶林克的荷蘭生物學家對這種疾病進行了研究。他從得病的植株裡提取出汁液，用精細過濾器過濾後得到一種澄清的液體。而將這種液體注入健康植株後，健康植株就會發生感染。他同時發現，這些過濾得到的澄清溶液在浸泡酒精、高溫加熱後仍具有染病能力；甚至將溶液中的水蒸發乾燥後，再次加入水，形成的新溶液仍具有染病能力。拜耶林克認為，這種“有傳染性的活液”中存在一種看不見的物質，具有使植株發病的能力，並稱其為“病毒（Virus）”。這是人類歷史上第一次發現病毒。
但那時人類還看不到病毒的“真身”。直到20世紀30年代，美國科學家溫德爾·斯坦利使用結晶法從拜耶林克的“神奇活液”中獲得了乳白色、細針狀、狀似食鹽的病毒晶體。之後，隨著顯微鏡技術的發展，人們逐漸看清了病毒的真實面貌，並查明瞭它的微觀結構。
病毒的特徵
病毒是人類目前已知的最小的生命體。它同所有生物體一樣，具有遺傳、變異、進化的能力。病毒的結構極其簡單，主要由核酸（DNA或RNA）和蛋白質組成。核酸是病毒的基因組，是病毒粒子中最重要的成分，是遺傳信息和生物活力的物質基礎，也是病毒分類鑑定的重要依據。病毒的蛋白質分為結構蛋白和非結構蛋白。前者主要構成衣殼，起保護遺傳物質的作用；後者則充當衝鋒陷陣的“先頭部隊”，可以與宿主細胞表面結合，使病毒核酸能夠侵入細胞內部進行增殖。
在電子顯微鏡下，病毒可觀察到5種基本形態：球狀體、絲狀體、磚狀體、彈狀體和蝌蚪狀體。大多數感染人類和脊椎動物的病毒形態為球狀，如皰疹病毒、腺病毒等。2020年在全球肆虐的新冠病毒（COVID-19）除了具有球狀體特徵外，還可觀察到外膜上明顯的棒狀粒子突起，形態神似古代帝王的皇冠。
病毒有高度的寄生性，完全依賴宿主細胞的能量和代謝系統獲取生命活動所需的物質和能量。離開宿主細胞，它只是一個大化學分子；遇到宿主細胞，它會通過吸附、進入、複製、裝配、釋放子代病毒而顯示典型的生命體特徵。所以，病毒是介於生物與非生物的一種原始的生命體。
病毒的起源
病毒是地球最原始、最基礎的生命體之一，它的起源和進化與細胞生物相隨相生。
關於病毒的起源，目前學界仍眾說紛紜，主要存在三種假說：第一種是原始大分子學說，認為病毒是地球上最原始的生命物質，產生於化學進化之後，地球上的生命演化歷程遵循無機物→有機物→化學大分子→病毒→原核生物→真核生物的演化歷程。由於目前尚未找到地球早期的病毒化石，所以此假說缺乏實物證據。
第二種是退化性學說，認為病毒是高級微生物的退行性生命物質，是由細菌→類似立克次氏體類生物→類似衣原體類生物→病毒演化而來。但目前也未在相應的生物體內找到足夠的證據。
第三種是內源性假說，認為病毒來源於正常細胞的核酸。這種假說可部分解釋DNA病毒的起源，但對RNA病毒仍證據不足。
總而言之，由於病毒的起源是複雜和多元化的，人類對病毒的起源研究仍處於理論推測階段，需要綜合各種新的理論與新的視角開展更深入的探索。解決病毒起源的謎題，是科學界正在努力的方向。
病毒的進化
從進化的角度來說，病毒是高度進化的生命，並時刻處於高速進化中，其變異頻率之快、變異能力之強，遠超地球絕大多數生物體。在適宜的條件下，病毒的基因變異可表現出一定的“量子”特徵，繁殖速度可高於宿主一百餘倍。因此，研究病毒進化的機制十分關鍵。
病毒進化的機制主要有以下幾種：
（1）基因突變，又分為自發突變和誘發突變。由於病毒核酸鏈短，基因數量少，且缺少起修復功能的酶，因此遺傳物質在複製過程中產生錯誤的幾率較高。據統計，某些RNA病毒的基因複製配錯率比宿主細胞高出一百萬倍左右。這種極高的突變率是病毒能夠迅速適應環境的原因之一。
（2）病毒間遺傳信息交換。不同病毒通過重組、重配交換遺傳信息，如同有性生物的父體和母體一樣，通過基因混合創造出一種全新的病毒類型。這種新的病毒可能同時攜帶了原病毒的多種適應性狀，因而具有更強大的環境適應能力。
（3）自然選擇。一般而言，能存在於自然界的完整病毒必須總是先於宿主進行適者生存的選擇，或通過產生大量子代病毒（DNA病毒）快速繁殖，或通過快速變異產生多樣性（RNA病毒）適應宿主，也可通過擴大選擇宿主範圍來適應環境變化。
病毒與人類
病毒與細胞基因組之間存在的遺傳信息交換也是病毒進化的一種方式。許多病毒基因組中都存在與宿主高度同源的序列，典型的例子就是存在於所有有顎脊椎動物基因組中的內源性逆轉錄病毒（Endogenous retroviruses，ERV）。
該病毒原本只是普通的逆轉錄病毒，在入侵生物體後，一部分病毒將基因插入生物體生殖細胞內，由於生殖細胞的免疫功能較強，部分細胞會將病毒制服，使病毒發生突變失去感染能力，並隨生殖細胞傳遞到新個體中，成為宿主生物體基因組的一部分。該病毒整合到宿主基因組中後，仍可以複製自身的DNA，並重新插入宿主基因組，形成內源性逆轉錄病毒。
這樣日積月累，經過數百萬年的演化，生物體內的內源性逆轉錄病毒數量驚人。據研究，在人類體內，每個細胞中約有近10萬個內源性逆轉錄病毒的DNA片段，占人類DNA總數量的8%，而人類基因組中總共才2萬個負責蛋白質編碼的基因，僅佔1.2%。這些數量龐大的內源性逆轉錄病毒，是人類祖先在進化過程中不斷感染病毒的證據。
病毒與地球
由於病毒具有上述進化特點，因此它可以輕鬆適應各種環境，哪怕是人類認為的“不毛之地”。
在墨西哥奇瓦瓦州東南部的沙漠中，有一條寸草不生的山脈——奈卡山脈。那裡地下300米處存在一個發育巨大石膏晶體的“水晶洞”，是在2600萬年前由於火山活動形成的。在岩漿烘烤下，洞中水溫極高，礦物大量析出，形成晶體，一直以來與世隔絕。然而，洞中水的檢測結果讓人大跌眼鏡，該洞每一滴水中都有上億個病毒，90%是人類從沒見過的類型。
在地球上，無論是河流、海洋、湖泊，甚至是南極冰蓋、地殼深處，都能發現病毒的身影，可謂無處不在。地球上究竟有多少病毒？數量十分驚人。據海洋生物學家約翰·西伯思統計，每升海水中有多達1000億個病毒顆粒。據此推算，地球的海洋中大約存在1×1031個病毒，遠超人類認為的宇宙中星體的數量（1×1025），這還沒考慮其他水體和生物體中的病毒數量。病毒的總體質量，也遠遠超過任何一種生命體。可以說，我們的地球是一顆真正的“病毒星球”。
如何看待病毒？不少人“談毒色變”，唯恐避之不及。其實大可不必。我們每個人都生活在病毒的包圍中，甚至生活在病毒維持的環境中，我們的生活一時一刻都離不開病毒。包括人類在內的地球生物體已經與病毒共同相處了幾億年，在大部分時間裡，病毒都是與我們共同進化的。我們的祖先感染過大量的病毒，也同化了大量的病毒，這種印記至今烙在我們的DNA裡。病毒中只有極小部分會感染人類或者其他動植物，它們最常見的目標是細菌和其他單細胞微生物。人類甚至利用這種特性，研發出了細菌性疾病的治療方法（噬菌體療法）。
病毒還是一座基因多樣性的大寶庫。正是它們不停地突變、重組、重配，形成了基因的流動和變化，推動了整個生物圈的進化。人類之所以是現在的模樣，同樣離不開病毒的改造。1999年，法國科學家讓·呂克·布隆發現了一種控制人體內合胞素生成的內源性逆轉錄病毒。合胞素是一種對人類生殖特別重要的蛋白質，它能夠使胎盤外層的細胞黏著在一起，從而讓分子在細胞間順暢流通。沒有合胞素，人類就無法出生。然而布隆的研究表明，這種控制合胞素產生的基因來自一億年前感染哺乳動物共同祖先的一種病毒。我們的祖先正是在制服、同化了這種病毒之後，產生了胎生的能力，從而進入全新的進化階段。
病毒還是地球碳循環的重要環節，每天死於病毒襲擊的細菌多達數萬億個，這樣就將數十億噸的碳元素釋放出來，從而可以被其他生物所利用。石油和天然氣等人類目前最重要的化石能源的形成，很大程度上也得益於病毒的作用。正是病毒造成了海洋、湖泊等水體中微生物的大量死亡、沉降，連同病毒的遺體一起沉積，才形成了可以生成油氣的烴源巖。
保持地球生態平衡就是保護人類自身
隨著科技的發展，人類改造環境的能力越來越強，而與我們伴隨的生物卻越來越少。地球本是一個生物多樣化，物種之間相互平衡、共同進化的和諧環境，然而我們卻打破了這一平衡。
河流湖泊枯竭、海洋環境汙染、南北極冰川融化、森林大量消失、生物接連滅絕，越來越多的跡象反映了我們對地球母親的肆意妄為。席捲全球的病毒性疾病越來越多，一些本來潛藏在其他動物體內的病毒被釋放出來，人類不得不自食苦果。自然環境中的化學汙染不斷擴散，生態系統中汙染物的濃度和種類日益增加，然而對病毒這樣的簡單生物來說，多個汙染物的聯合效應不僅不會造成它的衰亡，反而會導致其加速突變，甚至可能在短時間內完成大幅度進化，形成“超級病毒”，其後果是人類無法預測的。
人類大量使用藥物雖然能夠在短期內自我治癒，但在一段時間卻誘導了病毒的突變方向，形成藥物選擇，伴隨的結果只能是陷入“耐藥株的出現、檢測試劑的失效、傳統疫苗的失敗、新的病毒性疾病的出現”惡性循環。
人類的自我救贖之路只有一條，那就是恢復物種多樣性，維護生態環境，保護好我們的地球母親，讓包括病毒在內的各種生命體各得其所、復歸本原。少一份對地球的破壞，多一份對地球的呵護——我們每個人都義不容辭。（稿件由自然資源部中國地質調查局油氣資源調查中心提供）
本文刊登於《中國礦業報》2020年4月22日第2版
