1、 中国农业大学 课程论文 （ 2015-2016学年秋季学期） 论文题目： 我对病毒的 角色 的认识与思考 课程名称： 探索生命奥秘 任课教师： 侯云鹏 孙德昊 班 级： 生物 153 班 学 号： 2015302040301 姓 名： 刘通宇 成绩 我对病毒的 角色 的认识与思考 1 我对病毒的 角色 的认识与思考 摘 要： 病毒无处不在，我们从认识到它们的存在至今也不过一个世纪。病毒留给人们的印象普遍是差的，致病甚至致命的，然而人们对它的 其他角色 的认识却略显不足。本文将结合病毒的 角色 这一话题， 结合病毒在进化、生态学方面的作用笔者的看法。意在扩充和改变人们对病毒的固有负面印象，更客
2、观的认识这一类生物。 关键词： 病毒 进化 生态 病毒被人类认知的时间仅 一个 多 世纪，但它 们 数量的巨大，种类的多样，遗传的多变已经让我们 惊叹。目前，我们了解到它能够导致人类的多种疾病，此外几乎任何其它生物都 会可以被它感染，是我们生活和生产过程中的一个 巨大的敌人。因此，我们对它的印象是负面的，为此我们为它起了个令人生畏的名字 “ 病毒 ” 。然而，随着我们对它了解的逐渐深入，发现它并不是那么可憎，就目前的发现而言，它在生物进化、生态中物质循环方面都起着至关重要的作用。具体而言，它们在基因交流，尤其是跨物种交流方面充当着重要的使者；在海洋生态中加速了物质的循环效率，且使得营养物保留在
3、较低等生物中的量更多。此外，目前科学家也在不断的开发、利用病毒 作为工具进行科研、医疗方面的实践。笔者相信，病毒将在我们的生活中充当越来越重要的角色。以下，笔者将结合目前的一些研究成 果和以上的观点进行论述。 我对病毒的 角色 的认识与思考 2 1 人们对病毒的认知 过程 人类与病毒的斗争自人类出现就已 开始 ，只不过人们并没有意识到我们在与什么斗争 。这一情况在十九世纪末发生了转变，随着显微镜和细菌过滤器等技术的发展，人们 发现了一种可以透过细菌过滤器的致病因子，该致病因子导致了烟草花叶病，这一起初被认为是细菌分泌的致病物质的事物成为了第一 种 被我们人类认识的病毒 烟草花叶病毒。 20 世
4、纪初，人们通过对噬菌体的大量研究证明了病毒是一种微生物，在当时的定义下被称为 “ 过滤性病毒 ” ，过滤性代表 了当时人们在定义病毒时强调了病毒的小，不能通过过滤器的特点。然而这一特点由于电荷和吸附等原因并不适用于所有病毒。因此这个概念被渐渐抛弃，被现代光镜下不可见，无细胞结构，寄生于活细胞的 定义取代。 此外，我们还发现了类病毒、朊病毒的存在。 1 从人们认识病毒的历程来看，总是围绕着其形态结构、致病机理、化学成份、遗传特性等方面进行研究，这是因为病毒 的致病性对人类生存生产活动影响巨大导致的，不过也正因如此，病毒在其他方面的角色 却总是被忽略，科学家在近些年才开始注意到病毒在自然界中无可替
5、代的作用。 2 病毒与生态 病毒数 量巨大，分布广泛，是生物圈中重要的一个角色。然而病毒在生态系统中承担的角色才刚刚开始被 认知。 20 世纪后期，人们对海洋生态的深入研究证明了病毒在海洋生态中的重要角色，然而其在土壤生态中的作用还了解较少。 2我们人类一直自诩为站在食物链顶端的动物，然而事实上我们 在无时无刻 被这种生物 “ 捕食 ” ，同化为它们的蛋白质外壳和遗传物质。 2.1 病毒与海洋生态 病毒是海洋中最为普遍的生物，其丰度可达到每升 1010。它们几乎可以感染所有的生物体，当然也不仅于此。它们可以影响许多生物地球化学和生态过程，包括营养物质的循环，系统的呼吸作用，有机物的利用与沉降比
6、，细菌和藻类的多样性和种类分布， 抑制藻类的爆我对病毒的 角色 的认识与思考 3 发，种间基因传递 等 。 海洋物质循环中存在生物泵效应，即生命系统产生的一些有机碎屑沉降在海水中不再参与物质循环。病毒主要参与了微型生物碳泵效应之中，它们对其它微生物的裂解产生了很多可溶性有机物和颗粒性有机物，可溶性有机物中又有 95%是惰性的，可以在海水中保存很长时间， 而颗粒性有机物则会沉降进入含氧量极低的深层海水中不再参与物 质循环。此外，病毒的裂解作用也可避免中型浮游动物成为可溶性有机物。生物泵的存在使得海洋成为了一个巨大的碳储存库，然而为什么这些碳未被转化为二氧化碳的原因尚不明朗，这一 碳库的存在可以为
7、我们解决全球变暖提供思路。 2-5 图 2-1 生物泵效应图示 （图片来源：焦念志等） 我对病毒的 角色 的认识与思考 4 病毒对一些浮游的专一性 “ 捕食 ” 在保持海洋生态平衡中具有重要的作用。一旦某种浮游生物数量大幅度增长，那么专一性捕食它的病毒的数量也会大幅度增长，进而使得这一种群的数量受到快速抑制，减小 这类 浮游生物 的快速增长对所在生态系统的冲击。当然，病毒的宿 主在长期的进化过程中也会产生抗性，然而这种抗性往往需要付出例如降低生长速率等的代价。这促进了浮游生物的物种多样与共存。 2 此外，在海洋生物中，我们发现可以侵染自养浮游生物的噬菌体中含有与光合作用光反应相关的基因，有趣的
8、是，这些噬菌体还同时具有抑制暗反应的基因，这或许因为噬菌体在合成自身时需要光反应步骤中的某些产物，这使得海洋生态中的生产量有所下降。 5 2.2 病毒与土壤生态 不同于海洋生态系统，病毒在土壤生态系统中的作用可能会大不一样。原因在于，土壤不具有海洋那样的流动性，病毒难以在土壤中迁移，其裂解其它生物产生的有机碎屑也难以沉积入很深的地下，很快会被其它微生物利用，因此也不会引起所谓的生物泵效应。当然，病毒对微生物的抑制作用还是明显存在的，这使得土壤中有机物的微生物降解速率下降。 目前对土壤病毒生态的研究较少，这从笔者查阅到的相关文献的极少的数量这一点上也可以体现。笔者认为 ， 对土壤病毒的研究或可成
9、为农业研究中的一个方向。 3 病毒在进化中的作用 对于病毒的研究中我们已经发现，病 毒可以将自己的遗传物质插入至宿主的遗传物质之中 。我们可以想象，若病毒的遗传物质插入到了动物的生殖细胞之中，那么动物的后代之中就带有了病毒的基因，病毒的基因也借此在此后所有该动物的后代之中传递，这听起来是一件十分可怕的事情。然而现代的分子生物学技术已经证明，人类的基因之中有约 8% 的基因来自病毒，且这些来自病毒的基因表达率较高。这部分来自病毒的基因已经成为了我们人类的一部分，我们可以说没有病毒的贡献，就不会有现在的我们。 病毒 还是基因横向传递的使者，关于这一作用的机制我们在之前的学习中已有了解，人们利用病毒
10、的这一特性将它作为基因工程中的重要工具。 我对病毒的 角色 的认识与思考 5 4 病毒工具化 漫想 病毒已经用于生物学研究中的很多方面，如基因工程中的目的基因载体、细胞工程中的细胞助融剂 、医学中的药物载体等，但 笔者 可以不止于此。 既然病毒可以感染细菌 ，笔者 认为我们也可以通过病毒来治疗细菌感染；用病毒身上的 key向细胞内输送一些大分子进行相关研究；病毒也存在激活的问题，我们或许可以利用一种在弱酸性条件下激活的病毒来攻击肿瘤，当然也可以利用这一特点开发更多的用途；此外病毒还有很高的突变率，我们或许可以利用病毒的这一特点来快速模拟某些进化的步骤。 以上的这些想法或许离实际还很远，但是笔者
11、相信通过我们的想象力可以让病毒身上好的一面得到更多展现。 5 关于病毒研究的展望 笔者认为在未来的研究中，作为我们保证自身生活生产正常进行的一个手段，针对病毒的基础性研究和 抗病毒方面的研究必然会增加。病毒生态方面，在海洋生态中病毒的角色已被 我们部分了解但仍有未知需要探索；土壤与种植业 和畜牧业息息相关，如此看来病毒在土壤生态之中的角色将更多的被人 们 探索。在病毒的工具化方面，我们或许可以在它们身上发现更多神奇，利用它们 解决目前生物学研究和应用中的更多困难。 我们在一直想着抗病毒的同时也要关注到病毒的存在的重要性，可能它们数量和种类的变化对我们的生存条件会有重大的影响。因此，或许我们在想
12、着如何对抗它们的同时也要思考如何保护它们 。 笔者在此建议给病毒更名， 这些非细胞生物是 一个 客观 存在 的生物，无论我们对 它们的第一印象如何，也应该尽量客观的为它命名 。 然而 目前使用的 “病毒”一词在笔者看来多多少少带了一些贬义，因为一说到病或者毒我们想到的只有一些不好的东西，笔者认为这对这些非细胞生物不是很公平，而且也并不符合我们一向追求客观的精神。本文中也介绍了许多病毒存在的重要性， 它们应得到我们的合理看待。 我对病毒的 角色 的认识与思考 6 参考文献 1韩世杰 , 李瑞梅 . 病毒概念的历史发展 J. 山东医科大学学报社会科学版 ,1989,3:22-25 2张全国 . 病毒及其生态功能 J. 生命科学 ,2014,26(2):107-111 3Jed A. Fuhman. Marine viruses and their biogeochemical and ecological effectsJ. Nature, 1999,10(399):541-548 4 焦念志 , 张传伦 , 李超 , 等 . 海洋微型生物碳泵储碳机制及气候效应 J. 中国科学 : 地球科学 , 2013, 43: 118 5张奇亚 , 桂建芳 . 水生病毒学 M. 北京：高等教育出版社， 2008. 353-370
