去年,三位专家呼吁一项新举措以更好地了解病毒生态学,尤其是随着地球的变化。“病毒调节着所有生物的功能和演化,”俄亥俄州立大学的马修·沙利文、佐治亚州理工学院的约书亚·韦茨和田纳西大学的史蒂芬·威廉共同写道,“但至于到什么程度仍然是个谜。”
病毒是否符合生物的定义?这一问题始终存在争议。虽然它们是微生物世界的顶级捕食者,但它们缺乏繁殖能力,所以必须占领宿主细胞(即感染)并利用其细胞器进行复制。病毒将自己的DNA注入宿主,有时合成的新基因对宿主有益并成为其基因组的一部分。
研究人员最近发现,一种古老的病毒曾将其DNA插入到一类四肢动物的基因组中,这类动物曾是我们的祖先。该段名为ARC的遗传密码是现代人类神经系统的一部分,在人类意识中发挥重要作用——包括神经传递、记忆形成和高阶思维。据估计,40%~80%的人类基因组可能与古老病毒的侵袭有关。
病毒及其猎物也是全球生态系统的重要参与者。现在有许多研究旨在通过解读病毒的这些行为过程,进一步理解地球生命的运转方式。
“如果你能给海洋里的所有生命物质称重,其中95%是你看不到的,它们负责供应地球上一半的氧气。”萨特尔博士说。
在实验室中,萨特尔博士过滤掉海水中的病毒、留下他们的猎物——细菌。在这种情况下,海水中的浮游生物会停止生长。因为病毒是非常特殊的捕食者,当正在捕食的病毒感染并消灭一种微生物时,它们会释放体内的营养物质,比如氮,从而为其他细菌提供食物。这就和被狼杀死的麋鹿成为渡鸦、郊狼等动物的食物一样。浮游生物生长的同时,会吸收二氧化碳并产生氧气。
一项研究估计,海洋里的病毒每秒会造成1024次感染,每天破坏海洋中大约20%的细菌细胞。
重塑地球生态系统
病毒通过改变微生物群落的组成来维持生态系统的平衡。例如,当有毒的水藻爆发形成水华时,病毒可以攻击水藻、致其分解并死亡,从而在一天之内结束水华。
虽然有些病毒和其他生命体已经共同演化并取得了一种平衡,但是一些病毒的入侵也可以造成迅速、广泛的破坏甚至导致物种灭绝。
一些研究人员说,西尼罗病毒已经改变了美国大量地区鸟类群落的组成:它们在杀死乌鸦的同时助长渡鸦的繁殖。而在夏威夷的山区森林,这里曾经因为气温太低而没有蚊子生存,但随着气候变暖,蚊媒的禽痘病毒开始在这里传播,多种鸟类灭绝预计将会灭绝。
当物种消失时,这些变化可能波及整个生态系统。一种名为牛瘟的病毒性疾病就是教科书般的案例。