知乎日报 ( ) • 2024-06-19 08:27
王豆皮,「动物行为学」爱好者|猫咪行为观察员 查看知乎原文

非常好的问题,这属于毒力进化领域的研究范畴,抛砖引玉答一下。

首先病毒并非带着目的去复制自身,也不会带着目的去杀死宿主。当我们提到病毒的某种「目的」时,是为了便于说明问题而采取的主观描述。

病毒要引起疾病,必须先感染它们的宿主,感染(在其内部)和损伤靶组织。为确保其持续存在,病毒必须传染到其他易感宿主,也就是说,他们必须通过分泌物或排泄物排出到环境中,感染另一个宿主或载体,或天生地从母体感染后代。(引自参考文献 2.)

1.无毒理论

为什么一些病毒要杀死宿主?

科学家们也有过同样的疑问:如果宿主死亡,病毒在宿主体内的生命周期也将终止,病毒的传播也将受限,乍看之下,应该是宿主活得越久,病原微生物也就能活得越久,并且有更多的机会和时间把后代传播给更多宿主,似乎自然选择应该更倾向于让病毒减小对宿主的危害。

由此引出一个假说,无毒理论:「即病原体为了能够在宿主中永远复制和传播,应该朝着良性发展」。这个假说早在 1904 年就被提出(Smith,1904)。

虽然这个想法在逻辑上非常动人,但在实际中,有些病原体的毒力会在某些情况下逐渐增加,而有些病原体会长期维持稳定的高毒力。

毒力在医学中用以表示病原的致病能力强弱,病毒的毒力越强,越有可能造成宿主的死亡。

2.病毒毒力

毒力,严格来说是个难以界定的概念。从广义的角度讲,毒力可以被定义为病原影响宿主健康代价的大小。寄生生物(如病毒)以宿主的健康为代价而获益,因此宿主的健康代价代表了病原的毒力。毒力的强弱不是孤立的,它受病毒自身和宿主共同影响。

对于易感动物而言,病毒的毒力可用半数致死量(50%lethal dose,LD₅₀)表示,而针对易感细胞则用半数组织培养感染量(50% tissue culture infective dose,TCID₅₀)表示。

3.毒力增强对病毒的益处

毒力进化理论是建立在传染病流行病动力学的数学模型基础上的。

如基本繁殖数公式:R₀=βN/μ+α+ρ

-R₀:基本繁殖数

-β:传染率

-N:整个宿主群体

-μ:基准死亡率

-α:毒力

-ρ:恢复率

R₀方程中,当其他参数保持不变时,R₀的确会随着毒力(α)降低而增加。毒力(α)较低的病毒的确会让宿主活得更长,更有机会接触其他宿主,因此有更多的传播机会。早期的无毒理论也正是基于以上的假设。虽然的确有很多低毒力病毒的例子,但也有很多反例,如埃博拉病毒、狂犬病、天花等。毒力进化的影响因素是非常复杂的,除了适应性,还有很多其他机制可以解释毒力的进化,例如基因漂变、环境变化、宿主的防御系统等。

为了达到复制的「目的」,病毒还要应付很多问题,比如提高复制率、侵入宿主、逃脱宿主免疫系统的攻击等。而毒力的增强则有利于病毒解决以上问题。

假设毒力(α)越高,恢复率(ρ)越低,那么毒力更强的病毒因为宿主恢复得比较慢,将会赢得更长的传播时间。

下面举例说明,一些因素对病毒毒力的影响

①混合感染对毒力的影响

理论上讲,有多种病原体感染同一宿主的混合感染会使病原毒力增强。

一只肝吸虫在一个因志贺氏痢疾而即将死去的病人肝脏里,降低自己的破坏性不会有任何好处,肝吸虫和志贺氏杆菌是同一宿主资源的共同竞争者,虽然宿主的死亡可能对两种病原都是损失,但毒力更低的病原则损失更大,因为在宿主仍然活着的时候,低毒力病原所产生的传染性后代更少。

②传播媒介对毒力的影响

植物中的很多病毒都是通过昆虫进行传播的,如蚜虫。在植物中由媒介传播的病毒一般比由种子传播的病毒毒力更强。植物体内病毒量的增加会导致叶片变黄,而发黄的叶片会吸引更多的蚜虫成为病毒传播的媒介。

类似的,疟疾、黄热病等疾病通过蚊子传播,卧病在床的宿主,更容易被蚊子叮咬,高毒力增加了这些病原的适应性。

而引起感冒的鼻病毒,则需要宿主走出去,挤地铁、坐公交,使人们喷嚏连连、咳嗽不断,低毒力则增加了鼻病毒的适应性。

③与适应性无关的毒力:人狂犬病毒

狂犬病毒通常不能在人类宿主中传播,因此对人类的致命,并不影响它的适应性。

④致死是副作用:猫细小病毒

由猫细小病毒(feline parvovirus,FPV)所引起的疾病,称为猫泛白细胞减少症(feline panleukopenia),也称为猫传染性肠炎(feline infectious enteritis)或猫瘟(feline distemper)。

患病猫和康复带毒猫的排泄物、呕吐物、眼鼻分泌物等是该病毒最重要的传染源。

要持续刺激宿主腹泻和呕吐,病毒就需要较高的毒力,患病猫可能会持续呕吐、腹泻、厌食进而脱水,如猫的体质很弱或未得到适当的治疗,就会最终陷入虚脱而死亡。从进化的角度看,这种高毒力的致命性与病毒的传播方式有关。

⑤死后仍能传播:埃博拉病毒

埃博拉病毒可通过接触传播,在非洲地区有一种习俗,是通过亲吻死者进行遗体告别,这一文化习俗成为了病毒传播的一环。

补充:微进化规律,自然选择的局限性

微生物进化生物学和基因组进化的研究,揭示了微观生物学世界和宏观生物学的不同规律,达尔文进化论的观点认为「机体进化通过自然选择逐渐固定微小变异」,而基因组进化研究发现的规律是「基因组进化通过大量的基因删除、复制、插入和基因组重排。而很少渐进的适应过程」。

对病毒的进化周期来说,几十年已经相当漫长,而宏观上的生物进化,则往往以万年计。因此,不能将宏观的进化规律简单地套用到微观上。

参考文献:

1.病毒进化:研究现状和未来方向 /[美]斯科特·C. 韦弗(Scott C. Weaver),[美]马克·丹尼逊(Mark Denison),[美]玛丽莲·罗欣斯科(Marilyn Roossinck),[法]马克·维努齐(Marco Vignuzzi)著;顾大勇主译.—广州:暨南大学出版社,2018.9(Virus Evolution:Current Research and Future Directions)

2.兽医病毒学 /[美]马克拉克伦(MacLachlan,N.),[美]杜波维(Dubovi,E.J.)主编;孔宪刚,刘胜旺主译.—4 版.—北京:中国农业出版社,2015.12(Fenner's Veterinary Virology)

3.医学微生物学 / 李明远,徐志凯主编.—3 版.—北京:人民卫生出版社,2015

4.进化医学引论 / 吴克复编著.—上海:上海交通大学出版社,2014

5.我们为什么生病——达尔文医学的新科学 /[美]R.M.尼斯(Randolph M Nesse),G.C.威廉斯(George C Williams)著;易凡,禹宽平译.—长沙:湖南科学技术出版社,2005.5(Evolution and Healing)

6.病者生存 /[美]沙伦·莫勒姆(Sharon Moalem),[美]乔纳森·普林斯(Jonathan Prince)著;邵毓敏译,—南宁:广西科学技术出版社,2007.10(Survival of the Sickest:A Medical Maverick Discovers Why We Need Disease)

7.猫病学 / 安铁洙,谭建华,张乃生主编.—北京:中国农业出版社,2011.11

8.猫病学(第 4 版)/[美]诺斯乌斯(Norsworth,G.D.)等主编;赵兴绪主译.—北京:中国农业出版社,2015.9(The Feline Patient)