一匙海水含5000万病毒粒子 病毒是天体生物学的新前沿吗？

病毒是地球上最丰富的生命形式，但是病毒——或者它们的休眠状态被称为病毒粒子，是人类在其他星球上寻找生命的局外人。现在一组科学家正在推动天体生物学家们更认真地研究地球以外的病毒。美国宇航局目前的天体生物学策略中，病毒在其250页中被提及六次，写的是最近的一篇论文《天体病毒学：宇宙中的病毒》。他们呼吁对病毒进行研究，将其纳入到地球外的科学任务和天体生物学研究中，并为在星际地图上放置病毒所需的行动提供一个清单。

基于电子显微镜图像诺病毒病毒粒子的三维表示，天体生物学家是否应该在寻找地球以外的生命时考虑病毒粒子和病毒？图片：CDC/Jessica A. Allen/Alissa Eckert

波特兰州立大学极端环境中心的病毒学家斯肯斯坦德曼说：正如我们所知道的那样，病毒是地球生命中不可分割的一部分，如果要考虑早期地球上的生命，或者其他星球上的远古或当前生命，需要考虑病毒。科学家们发现第一个病毒已经有一个多世纪了，几十年来，它被简单地称为“非常小的致病因子”，已故诺贝尔奖得主彼得·迈达瓦尔爵士甚至称他们为“一种包裹在蛋白质里的坏消息”。目前的定义更复杂，也更少破坏：病毒是在活细胞内复制基因组的实体，能够将病毒基因组转移到其他细胞。

正如这个定义所暗示的，病毒包括整个繁殖周期，需要其他活细胞来繁殖。另一方面病毒粒子是病毒的种子，如果它们发生在可复制的活细胞上就会变成病毒。在地球上，病毒粒子和病毒与生命相伴而生，如果在其他星球上找到前者，它们就会指向曾经存在于它们身上的细胞生命。在地球上病毒被认为比细胞生命形式多出10倍，地球充满了病毒粒子，事实上，一茶匙的海水可以含有多达5000万的病毒粒子。

未来任务是采集Enceladus的羽状物(如图所示的是卡西尼号太空船土星环的轮廓图)，或者木卫二应该携带检测病毒粒子和病毒的实验。图片：NASA/JPL–Caltech/Space Science Institute

美国宇航局天体生物学研究所的病毒焦点小组的主席Stedman说：寻找可能是最丰富的东西是有意义的，如果外星人的智慧来到地球寻找生命，他们可能会得到一份带有病毒粒子的海水样本。外星生命将会得出这样的结论：地球上居住着病毒粒子。然而，目前没有任何地外太空任务计划在木星卫星“欧罗巴”(Europaor)上的水羽中寻找病毒粒子。Pretoria大学微生物生态与基因组研究中心主任唐·考恩说：天体病毒学不会比天体生物学更重要，也不比天体生物学更有效，没有理由不应该把天体病毒学的重点放在‘原核生物’上，也就是‘原核生物’。

天体生物学，特别是从地球生物学的经验来看，每一个已知的生物体都有一种或(有时是许多)更多的病毒寄生虫。天体病毒学之所以缺席太空科学议程，部分原因在于病毒学家没有接触到天体生物学家，也没有推动病毒粒子的搜寻。另一个主要原因是技术上的:病毒粒子很小(直径从20纳米到超过1微米)，因此科学家需要透射电子显微镜来观察其独特和不同的形状。虽然这在地球上可能并不难，但在可预见的将来，发射电子显微镜似乎不太可能被放在宇宙飞船上。这是作者写论文的目的之一：刺激科学家外星球发现病毒粒子技术的开发和测试。

肯·斯特德曼(右)在他的实验室工作，Stedman是一名病毒学家，也是美国宇航局天体生物学研究所病毒焦点小组的主席。图片：Joseph Thiebes

需要寻找生物特征，这些病毒体的形态非常独特。然而另一个挑战是找到寻找未知病毒粒子的方法。当试图寻找我们不知道的东西的基因组时，必须小心。虽然有一些技术可以识别已知的病毒，例如高通量测序或高密度微阵列，但识别真正新颖的病毒粒子可能会造成问题。科学家们可以通过在行星或大气中寻找某些化学物质来寻找外星生命形式，比如细菌或者更复杂的生命，但是病毒粒子不会产生像甲烷或氧气这样的副产品。

但是如果病毒曾经感染了其他星球上的生命，也许这些病毒改变了宿主机体的新陈代谢，这可以从地球上远程检测到。一种可能性是宿主生物的化学副产品可能与未被病毒感染的生物有些许不同。在短期内天体病毒学家认为，在其他方面研究人员需要找到独特的病毒生物特征；考虑对欧罗巴和土卫二的病毒探测实验；并在模型中包括了古代海洋和其他行星的病毒模型。然而即使在其他行星上没有病毒粒子，这也是一个重要的发现。如果在其他星球发现活细胞没有与之相关的病毒，那将会是与地球非常不同，非常有趣的东西。

博科园-科学科普｜来自《天体生物学》