过滤海洋病毒，海洋生物有一手

◎沈川

随着基因技术的发展，人类对海洋病毒的认识逐渐深化：它们的数量和种类惊人，与之相比，海洋动物只能算“九牛一毛”；它们与周遭环境有着千丝万缕的联系，甚至有学者认为，它们才是影响生命进化和生物多样性的关键；过滤海洋病毒，不少海洋生物还真的有一手……

法国塔拉海洋号科考船上的研究人员正在从海水中取样

海洋竟是“病毒汤”

提起海洋，人们往往会想到种类丰富的海洋动物和装满集装箱的远洋航运，可随着基因技术的发展，“海洋最小的秘密”病毒越来越引起重视。研究表明，每毫升海水的病毒含量就超过1000万，而整个海洋的病毒数量更是达到了10的30次方之多，丰度十分惊人。假如有一天外星人舀了一勺海水回去化验，没准儿会得出这样的结论：“嗯，地球是由病毒构成的！”事实上，包括细菌、病毒等肉眼看不见的超微粒子构成了海洋95%至98%的碳含量，而从浮游藻类到鲸鱼等肉眼可见的生物的碳含量仅占了2%到5%。

海洋，原来是名副其实的“病毒汤”。

病毒结构简单，主要由核酸和蛋白质外壳构成，可是病毒对维系海洋生态的作用却很不简单，著名的“杀死优胜者”理论就是一个有力的例证。该理论认为，由于病毒侵染宿主的概率与宿主密度有关，当宿主的密度过大时，病毒与宿主接触的概率就更高，这就使得海洋中的任何优势种群在竞争中都不能长期占据优势地位，因为一旦总量超过一定规模，就很可能“惹祸上身”，被病毒盯上。病毒正是通过这种方式，抑制单一物种的过度繁衍，调节物种之间的竞争，维护海洋微生物群落的多样性和群落结构。

病毒在海洋生态中十分活跃，通过侵染和裂解宿主，每一天海洋病毒都会“杀死”海洋中20%的海洋微生物。海洋作为地球最大的碳库，每年吸收30%的人为排放的二氧化碳，是全球碳循环的重要推手，而其中海洋病毒的独特作用，就体现在以“病毒分流”的形式打断“捕食机理”，让大量的碳不再循规蹈矩地从浮游植物到浮游动物，再到各种更高级生物进行传递。病毒裂解，减少了宿主被捕食的机会，使得一部分物质和能量不再向更高营养级输送，使得大量的碳通过吸附或聚合等作用沉降到大洋深处。病毒就像隐身的守财奴葛朗台，把碳“藏”了起来。

塔拉海洋号科考船的病毒大发现

塔拉海洋号科考船在航行中

2019年著名期刊《细胞》发表了一项调查研究，塔拉海洋号科考船在数次航行中，从近80处海域获取146个海水样本。科研人员在这些样本中发现了195728个病毒种群，其中有41个样本来自2013年该船在北冰洋上的科考航行。此次发现刷新了塔拉海洋号的“寻毒”记录，超过之前数据量的12倍。研究作者、来自比利时的博士后安·乔治亚称，“这极大拓展了我们对地球生物的认识。”塔拉海洋号是一艘从事海洋研究的科考船，由总部设在巴黎的非营利组织塔拉海洋基金会支持，自2003年起多次执行远洋环境科考任务，重点研究海洋生态与环境危机，以及气候变化对海洋的影响等。

识别病毒有点像做拼图游戏。从不同海域、不同深度的海水取出样本后，研究人员要先判断海水中的基因物质是不是病毒，如果判断是病毒，就要利用各种生物信息工具将其与已知的病毒进行比对。最后，再将每个病毒的基因进行比对，以将其分为不同的种群。

丹麦瓦登海的海滩上生活着大量牡蛎

此次病毒大发现有一个特点让科研人员感到特别诧异：海域所处纬度与病毒的多样性并没有直接联系，“北极很可能是未被发现的病毒多样性摇篮”，而此前人们想当然地认为，热带地区的病毒种类比寒带更多。研究者将此次调查发现的病毒种群分布划为5个地理区域，分别是北极、南极、海深2000米以下、海深150至1000米，以及温带和热带海深0至150米的海域。

尽管数量已经很庞大，可这个病毒数据库仅包含了DNA类病毒，不含RNA类病毒（DNA含有双链基因物质，RNA含有单链基因物质）。研究者还指出，样本的获取仅是“一个短暂的瞬间”，再过几个月进行提取，相同的地方很可能会有不同的结果。这就像人不能同时踏进同一条河流，道理是一样的。

鼻病毒、脊髓灰质炎病毒、流感病毒……已知能感染人体的病毒约有200多种，它们一旦侵入人体细胞就会快速繁殖，使人致病。目前为止，人类所发现的绝大多数海洋病毒都是噬菌性病毒，也就是说它们能杀死细菌，而不是人。对此，美国俄亥俄州立大学微生物学家艾哈麦德·扎耶德称，“所以你当然可以在海里游泳，大可不必害怕被病毒攻击。”

“无尾”海洋新病毒或存在于人体

美国麻省理工学院的研究人员凯瑟琳·考夫曼在做病毒分析

北冰洋很可能是未被发现的生物多样性摇篮

病毒结构简单，主要由核酸和蛋白质外壳构成，可是病毒对维系海洋生态的作用却很不简单，著名的“杀死优胜者”理论就是一个有力的例证。

2018年来自美国麻省理工学院和位于纽约的阿尔伯特·爱因斯坦医药大学两家机构的科研人员发现了一种前所未见的新海洋病毒，研究结果在英国《自然》杂志上发表。此前发现的大多数海洋病毒都带有能感染细菌的“尾部”，而这是此次发现的新病毒所不具有的，因此让它很难被发现。为此，科研人员给新病毒起了个恰如其分的名字：奥托吕科斯病毒。奥托吕科斯是古希腊神话里著名的窃贼，经常能从追踪者的手中轻松逃脱。

博士后凯瑟琳·考夫曼和她的同事连续三个月从马萨诸塞州的海边收集海水，从中提取病毒后在实验室内与某种海洋细菌放在一起进行培养。他们对能感染这种海洋细菌的所有病毒进行基因分析后，发现在200种病毒中有18种同属一类“无尾”病毒。接下来的实验充分展示出“无尾”病毒强大的杀菌威力：当这200种病毒被释放至含有300种海洋细菌的环境后，新病毒虽然只占了观察病毒总数的10%，却杀死了40%的海洋细菌。由于这些海洋细菌有相当部分取自外海海域，因此研究者相信，奥托吕科斯病毒很可能在遥远的海洋中也大量存在，而不仅限于马萨诸塞州的海边。

更进一步的分析显示，奥托吕科斯病毒身材特别小，仅含有1万个碱基对，而一般的海洋病毒通常含有4万至5万个碱基对。研究人员怀疑，这种病毒还可能存在于人体消化道内。病毒给人的印象大都不那么好，可确实有些病毒能保护人体不受细菌的侵袭，有的能促使人体分泌粘液，从而将病菌冲走。哺乳动物的消化道也存在大量病毒，虽然功能还不完全明朗，但其对维系宿主动物的健康显然并非毫无作用。

非宿主海洋动物抗病毒有一手

今年3月，荷兰皇家海洋研究学院海洋生物学家、博士后詹妮弗·威尔士在《科学报告》上发表了一项研究报告，对非宿主类海洋动物的抗病毒能力进行了初步探究。“当病毒感染细胞以后，”詹妮弗称，“它会利用宿主产生新的病毒，这些病毒释放之后又会感染更多的细胞。”可对于很多非宿主海洋动物来说，海洋病毒却成了它们的果腹之物。

比如日本牡蛎，它在过滤海水的同时不光能获取藻类、细菌等食物，还能消化病毒颗粒。据詹妮弗称，在实验中不投放任何食物的情况下，日本牡蛎清除了水中12%的病毒颗粒。詹妮弗在荷兰特克塞尔岛上的病毒生物学实验室里研究的所有“杀毒高手”中，日本牡蛎仅排第四，前三甲分别是海绵、螃蟹和鸟蛤，其中海绵在3个小时内清除了94%的病毒，而即便每隔20分钟向水里添加新的病毒，海绵也能不断将其迅速“吃干净”。

到目前为止，这些动物清除病毒的机理还不太清楚。詹妮弗认为，非宿主类动物对周遭环境的影响仍是病毒生物学领域一个被忽视的因素。不过她也承认，实验具有一定的局限性，因为在自然环境中，这些动物的杀毒能力肯定会受到其他因素的影响，比如潮汐、温度、紫外线照射等等。举例来说，当一只正在过滤海水的牡蛎碰到一只螃蟹，它自然会关闭贝壳停止过滤。

该项研究对防止海水养殖带来的海洋污染提供了新的思路。詹妮弗解释道，“在海洋农场，鱼类或贝类等数量庞大的单一物种被圈养了起来，而它们所在水体又与海洋直接相通，一旦出现病毒爆发，很可能会蔓延到海洋中危害其他野生物种。增加海绵之后，病毒爆发的威胁就可能被消灭在萌芽状态。”

荷兰海洋生物学家詹妮弗·威尔士在丹麦瓦登海的海滩上工作