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病毒与细胞有何分歧病毒是性命吗人类对病毒的

来源:AG旗舰厅在线,AG旗舰厅国际日期:2020/03/21 浏览:

  (本文根据叶盛教授在“首都科学讲堂”的《病毒那些事儿》系列科普讲座第一讲整理而成,有删减。)

  新型冠状病毒疫情发生以后,我相信很多人有恐慌的情绪,也可能错信了一些谣言。如果你能够懂得病毒的基本知识,面对疫情时或许会以一个更加积极、更加乐观的心态去对待。

  列文虎克依据观察手绘的细菌与现代显微镜拍摄的相应细菌照片(图片来源自网络)

  病毒是一种微生物。而要说起微生物,就要从列文虎克说起。他利用自己发明的显微镜观察到了很多细胞,特别是像细菌这样的单细胞生物。现在科学家用电子显微镜所拍摄到的细菌的图片,与列文虎克的手绘图非常相似。

  发现细菌后,科学家们始终没有意识到,这些小小的单细胞生物和人类的疾病之间其实是有着重要的联系,这个空白持续了100多年,直至巴斯德出现。

  巴斯德一开始研究的是红酒的发酵问题。他发现发酵原来是像真菌这样的微生物在不断地繁殖、生长的过程,这是巴斯德所做出的第一个重大发现。

  当时,法国除了红酒产业以外,还有一个很重要的产业是纺织业,纺织业离不开蚕,但是当时的养蚕业遭遇了一个重大危机,一些传染病在蚕种之间不断传播。于是巴斯德临危受命去研究这件事,发现原来这种病是由一种微小生物所造成的,这就是细菌。在此之前,人类不知道细菌和疾病之间的关系,而巴斯德是第一个用实验证实了这件事情的人。

  上图是细菌(大肠杆菌)的结构,外面是一层细胞膜和一层细胞壁,后面有一个很长很长的鞭毛,随着鞭毛的转动,细菌可以去往它“想”去的方向。细菌内部有着细胞器,中间是核区,核区里存储着遗传物质。所以细菌其实就是一个细胞,也可被称为单细胞生物。

  细菌究竟有多大,上图右下是细菌的扫描电镜的照片,底下那条直线微米,也就是这条线微米的长度。可以看到,细菌大小差不多是在几微米的尺度上。

  巴斯德除了发现细菌致病学说外,他还成功制备了狂犬病减毒疫苗。直到今天狂犬病仍旧非常危险,被动物咬伤后要及时去医院去打狂犬病疫苗。但以前的疫苗很危险,巴斯德通过减毒的方法让人类获得了更安全的狂犬病疫苗。遗憾的是,巴斯德始终没有发现到底是什么导致了狂犬病。他猜测可能是一种比细菌更小的病原体导致了狂犬病,从现在来看,巴斯德猜对了。

  1898年,一位荷兰科学家拜耶林克研究烟草时,发现了比细菌还小的病原体。

  19世纪末,烟草种植业已经达到了一个巅峰时期,但烟草花叶病严重影响了烟草种植业,得了烟草花叶病,会大大降低烟草的产量。正因为如此,当时很多科学家都在研究烟草花叶病。拜耶林克使用了一种由巴斯德和他的助手发明的工具,叫做巴斯德-尚柏朗过滤器,能够把液体中的细菌都过滤掉。结果发现,生病的烟草叶子榨成汁液再过滤后,虽然已经没有细菌或其他细胞了,但还是能让健康的烟草患上花叶病。这就说明,烟草花叶病是由一种比细菌还要小的病原体导致的。拜耶林克把这种更小的病原体命名为病毒。

  但是,直到1931年拜耶林克去世的时候,他也没有见过病毒是什么样子。这或许就是科学的伟大之处:通过实验观察到的一些现象,分析之后去得出一些理论。但是做这番推理的科学家,很可能在有生之年都无法见证到这个理论被彻底地证实。

  我们可以发现,电镜和光镜的原理是非常类似的:光镜是用透镜去聚焦光线,而电镜是用磁线圈去聚焦电子束,最终同样是能够让样品成像。

  上图是目前科学家们会使用到的一种电子显微镜:泰坦。它是一台300千伏的冷冻透射电子显微镜,也是目前世界上最强大的电子显微镜。这样一个装置能够让我们在更加微观的尺度上去发现生命世界的细节,研究更加微观的生命问题。

  随着电子显微镜的发明,人类终于看到了病毒。上图是1939年科学家拍摄到的第一张病毒的照片,这个病毒就是前面提到的烟草花叶病毒。

  随着电子显微镜技术手段的进步,科学家们又拍摄了更清晰的烟草花叶病毒电镜照片。

  事实上,今天我们通过结构生物学手段还能够在更微观的、原子的尺度上去研究生命的结构。上图是烟草花叶病毒的结构示意图,它外部由两种蛋白质构成螺旋形的外壳,里面的红色分子就是它的遗传物质,一条单链RNA分子。

  是不是所有病毒都长这个样子?还真不是!应该说大部分病毒都不长这个样子。我们接下来来看一看形形色色的病毒。最左面的就是我们讲的第一个烟草花叶病毒,它的样貌刚才我们说了是一个螺旋体,长条形的。

  腺病毒的外形也很规整,外面由蛋白质颗粒构成的一个正20面体,这是非常接近于球形的一个几何构型。我们的上呼吸道感染有一部分就是腺病毒造成的,比如说扁桃体炎,比如说咽炎、鼻炎,都有可能是腺病毒造成的。

  流感病毒能引起流行性感冒。流感病毒的外壳是一层包膜,是跟细胞膜非常类似的这样一层由磷脂分子组成的膜,而包膜里面就包裹着病毒的遗传物质。流感病毒应该说也是人类的“老朋友”。

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