给忙碌者的病毒科学

病毒，一个隐秘世界里的传奇

公元2020 年有一个不怎么美妙的开头。一场突如其来的流行病，让很多人熟悉了“新冠肺炎”“核酸检测”等不少拗口的生物学名词，小心翼翼地戴起了口罩，也让我们回忆起了17年前SARS（严重急性呼吸综合征）流行的那个平静而肃杀的春天。很多人可能是平生次意识到，整个人类的前途和命运可能维系于一种危险的平衡甚至侥幸之上，在我们习以为常的静好岁月之外，还有一个人类至今尚未完全理解的庞大世界。

没错，那就是病毒世界。

病毒是一种我们知之甚少的奇特生物

病毒这种生命形态，颠覆了人类从其他地球生命现象中总结出的众多规律：其他所有地球生物都需要持续呼吸、耗能以及与环境互动，而病毒在宿主细胞之外可以保持完全的静默；其他所有地球生物都用DNA 记录着自身的遗传信息，只有病毒存在例外；其他所有地球生物都需要给自己搭建一个能够“遮风挡雨”、自给自足的基本结构—至少也得是一个完整的细胞，而只有病毒可以大肆入侵，占领“别人”的住所。在地球生物圈的所有已知角落，在人体表面和内部，我们都能找到病毒的身影。人类目前发现了5 000 多种不同的病毒，但是人们有理由相信，这个数量只是全部病毒数量的万分之一！关于这个庞大世界的运行秘密，我们仍然只能狐疑满腹地远远眺望。

对此，病毒并不在乎。

人类文明史，也是一部人类与病毒的斗争史

人类肉眼看不见病毒，病毒却从未远离人类。整部人类文明史当中，写满了我们的祖先和隐秘的病毒世界抗争纠缠的血和泪。天花暴发加速了罗马帝国的衰亡，削弱了古老而强大的阿兹特克帝国，西班牙人得以借机确立对那片“新大陆”的霸权。甚至在古埃及法老的木乃伊上，人们也找到了天花病毒“袭击”后留下的瘢痕。1918 年，席卷全球的“西班牙大流感”感染了全世界近乎一半的人口，并杀死了5 000 万~1 亿人，间接推动了次世界大战的结束。之后，世界历史开启了全新的纪元。对于我们来说，2002 年开始的SARS 疫情的集体记忆仍未消散，2013 年H7N9 禽流感疫情的惊魂一幕仍历历在目，新型冠状病毒（SARS-COV-2）就急不可待地再度提醒人类：“我们还在，我们从未走远。”是的，在千百年的努力之后，人类建立起了无比辉煌的文明大厦。我们将探测器送出太阳系，去“问候”寂寥空旷的宇宙；我们拿起“上帝的手术刀”，精细地操纵细胞深处历经亿万年进化而来的遗传密码；比特的洪流汇聚起海量的信息，人类从未如此真切地生活在同一片屋檐下。但是病毒，这种渺若浮尘的卑微生命，却隐藏在黑暗中，一遍又一遍地提醒我们，人类的生命、文明乃至整个物种，都脆弱地暴露在它的凝视之下。

但是所幸，从古至今，每逢危急时刻，人类世界中永不缺乏挺身而出的英雄。17 世纪，英国牧师威廉· 蒙佩森（William Mompesson）带领“英雄气概的小村庄”严密隔离，阻止了“黑死病”（鼠疫）的蔓延。18 世纪，英国医生爱德华· 詹纳（Edward Jenner）顶着“骗子医生”的骂名发明牛痘疫苗，人类次获得了高效阻击天花病毒的能力，200 年后，我们彻底消灭了天花。19 世纪，虽身处互为敌国的两个国家，路易斯· 巴斯德（Louis Pasteur）和罗伯特· 科赫（Robert Koch）却共同开启了人类认识和对抗微生物的全新时代，人类对抗传染病从此有了科学的武器。1910 年，伍连德医生临危受命，以一己之力用古老的隔离手段阻止了我国东北地区鼠疫的大规模传播。在第二次世界大战的炮火中，汤飞凡医生指导研制的天花疫苗和狂犬疫苗拯救了无数人的生命。现在，面对新型冠状病毒，新的战争开始了，成千上万正直无畏的医生和科学家再次冲在了前方。

在漫长的人类防疫史上，这些英雄是全人类幸福生活的坚实保障。他们战斗在寂静的实验室，战斗在人潮涌动的医院和诊所，战斗在疫病暴发的村庄和城市。他们帮助我们看清了这些微小生命的真实模样，发明了药物和疫苗，帮助我们切断了疫病传播的链条。他们的作战对象既包括各种各样的病毒，也包括其他同样隐秘的微生物敌手，比如细菌、真菌、支原体等。在绝大多数时刻，他们在自己的科学世界里安静地从事研究，而在疫情急如星火的关键场合，他们又成了整个人类世界目光汇聚的焦点。我们期待他们能够“脚踩五彩祥云”，用科学和医学的力量扶危救难。

我希望，这本书能够为你打开病毒世界的一扇窗，能够带给你更多面对病毒的希望和勇气。

无论是过去、现在还是未来，人类的科学探索都像一盏盏小小的灯笼，照进了暗夜沉沉的病毒世界。虽然灯光并不十分明亮，能借此看到的范围也很有限，狂风呼啸下，灯火还有可能摇摇欲坠，忽明忽暗，但在无数星星点点的微光的照耀下，我们相信，人类终会彻底看清这个隐秘世界的模样。到那个时候，我们终将战胜这些微小而致命的敌人，或是学会与它们和睦相处，让它们为人类所用，进而建立起更温暖、更光明的人类家园。

王立铭教授亲述的硬核病毒科普，9大模块，全方位直击现代人*应该了解的病毒科学九大问题：画像、入侵、流行、隔离、疫苗、药物、溯源、历史、未来；1份侧写，囊括我们必须了解的10种病毒。

所有因新冠疫情而渴望了解病毒的人，都能在本书中有所收获。我们对于病毒的疑惑，需要一位真正权威的专业人员来解答：浙江大学生命科学研究院教授、“得到”病毒科学课程主理人王立铭。在《给忙碌者的病毒科学》中，王立铭教授延续一贯通俗易懂、趣味十足的写作风格，将复杂的科学知识用浅显生动的语言讲述出来。阅读本书，亲身感受病毒科学的冲击和神奇，同时启发你的现实生活！

王立铭

浙江大学生命科学研究院教授，美国加州理工学院博士，求是科技基金会“杰出青年学者奖”获得者，“赛先生”科学和医学公共传播奖发起人之一。

科普作家，创作了《吃货的生物学修养》《上帝的手术刀》《生命是什么》等畅销书，其中《吃货的生物学修养》荣获国家图书馆“文津图书奖”，《上帝的手术刀》荣获吴大猷科学普及著作奖“金签奖”。

《巡山报告》专栏主笔，长期追踪生命科学与现代医学的进展。

序 言 病毒，一个隐秘世界里的传奇

第1章 画像：病毒是一类什么样的生物 -001

病毒究竟是什么 -003

病毒世界的“去中心法则” -012

第2章 入侵：病毒如何识别并进入宿主细胞 -021

病毒如何入侵我们的身体 -023

病毒进入宿主细胞就会导致疾病吗 -030

第3章 流行：病毒高效传播的三个层次 -039

病毒传播层次一：细胞之间的传播 -040

病毒传播层次二：宿主个体之间的传播 -046

病毒传播层次三：物种之间的传播 -051

第4章 隔离：古老而有效的防控措施 -059

隔离为什么是对抗病毒传播有效的途径 -060

隔离措施起作用的根本原因 -062

如何提升隔离的效果 -064

有效控制疫情的两个限制因素 -071

第5章 疫苗：对抗病毒感染的后防线 -079

治疗病毒感染没有特效药 -081

疫苗的作用原理 -082

疫苗的真相：人工制造的假病毒 -087

如何加快疫苗的研发和生产 -093

第6章 药物：对付病毒的“抗生素”在哪里 -101

防治病毒感染，药物远没有隔离或疫苗接种重要 -102

为什么病毒这么难对付 -103

对抗病毒的两大方法 -105

抗病毒药物的效果 -112

第7章 溯源：病毒到底从何而来 -119

层次：新出现的病毒的起源 -121

第二层次：人类世界的病毒的起源 -125

第三层次：病毒生命的起源 -128

第8章 历史：病毒和人类的恩怨纠缠 -135

病毒影响了人类物种的形成 -136

病毒影响了当今世界的格局 -141

病毒改变了人类的生活习惯和生活方式 -146

第9章 未来：人类会彻底消灭病毒吗 -151

消灭危险病毒的前提 -155

我们能找到对抗病毒的新方法吗 -158

病毒会成为人类的朋友吗 -162

侧 写 那些你必须知道的病毒

1. 烟草花叶病毒 -169


2. 天花病毒 -174


3. 脊髓灰质炎病毒 -178


4. 艾滋病病毒 -183


5. 流感病毒 -188


6. 乙肝病毒 -192


7. 冠状病毒 -197


8. 狂犬病病毒 -200


9. 非洲猪瘟病毒 -203


10. T4 噬菌体 -207

图片来源

王立铭教授亲述的硬核病毒科普，9大模块，全方位直击现代人*应该了解的病毒科学九大问题：画像、入侵、流行、隔离、疫苗、药物、溯源、历史、未来；1份侧写，囊括我们必须了解的10种病毒。

所有因新冠疫情而渴望了解病毒的人，都能在本书中有所收获。我们对于病毒的疑惑，需要一位真正权威的专业人员来解答：浙江大学生命科学研究院教授、“得到”病毒科学课程主理人王立铭。在《给忙碌者的病毒科学》中，王立铭教授延续一贯通俗易懂、趣味十足的写作风格，将复杂的科学知识用浅显生动的语言讲述出来。阅读本书，亲身感受病毒科学的冲击和神奇，同时启发你的现实生活！

王立铭

浙江大学生命科学研究院教授，美国加州理工学院博士，求是科技基金会“杰出青年学者奖”获得者，“赛先生”科学和医学公共传播奖发起人之一。

科普作家，创作了《吃货的生物学修养》《上帝的手术刀》《生命是什么》等畅销书，其中《吃货的生物学修养》荣获国家图书馆“文津图书奖”，《上帝的手术刀》荣获吴大猷科学普及著作奖“金签奖”。

《巡山报告》专栏主笔，长期追踪生命科学与现代医学的进展。

第1 章  画像：病毒是一类什么样的生物

提到病毒这种东西，你肯定不陌生。许多有名的人类疾病，比如慢性乙肝、艾滋病、流感、SARS 和新型冠状病毒肺炎，都是由病毒入侵人体导致的。从19 世纪末次意识到病毒的存在至今，科学家已经发现和详细记录了5 000 多种病毒。这当然不是一个小数目（要知道，世界上全部的哺乳动物只有5 000多种），但是大多数人仍然认为，这个数字是被大大低估的。有人甚至估计，地球上的病毒至少有几千万种，而人类发现的只占全部病毒种类的万分之一，绝大多数病毒对于人类来说至今仍然面目模糊。这种推测并不是没有依据的， 2019 年，一些科学家利用DNA 测序的方法推测，仅在海洋中就有20 万种病毒。

病毒是地球生物圈里特别重要的一部分，在人类文明史上也曾扮演过关键角色。和地球上所有其他的生命形态相比，它有着许多与众不同之处。正是因为这些特殊之处，人们对病毒始终困惑不解，心存敬畏。从很多方面来说，病毒世界对人类来说还是一个笼罩在重重迷雾当中的黑暗世界。

接下来我们就先来看看，病毒到底是一类什么样的生物。

病毒究竟是什么

如果只是简单地描述一下病毒的特性，只要有中学生物课的知识就够了：它们是一类结构很简单的非细胞形态的微生物，由蛋白质外壳（学名叫作衣壳）包裹着DNA或者RNA 形成，有时外面还会包裹着一层薄薄的膜（学名叫作包膜）。大部分病毒只有几十到几百纳米大，比细菌小得多，只能利用电子显微镜才能看得到。大多数病毒都无法独立生长和繁殖，需要寄生于别的生物体内。

仅这样描述的话，虽然事实很清晰，但很难让我们直观地体会到病毒这类生命真正的奇异之处。

我想，有三个名词能很好地说明病毒的奇异特性—完美寄生者、极简主义者和规则破坏者。

（1）完美寄生者

病毒的个特性是，它们是一类特别“完美”的寄生者，可以把自己完全寄生在别的生命身上，也就是所谓的“宿主”身上。

“寄生虫”这个词你肯定不陌生。隐藏于人体中的寄生虫就有很多种，比如肠道里的蛔虫、钩虫，血液里的血吸虫和疟原虫，皮肤上的螨虫等。之所以被叫作寄生虫，是因为它们长期定居在另外一种生物体内或体表，在那里混食物吃、蹭地方住，不劳而获。

在长期的进化历史上，寄生虫适应了宿主提供的舒适的生活环境，自己的某些生物学功能就会逐步退化。比如寄居在人体肠道内的蛔虫，因为已经消化好的食物近在眼前，所以它的消化器官基本都退化了。人体肠道的环境固然黑暗潮湿，却没有危险的天敌，不需要时刻保持警惕以躲避危险，因此，蛔虫的感觉和运动功能也大大退化了。它的主要身体构成是生殖器官，可以使繁衍后代的能力化。

但是无论如何，不管是什么样的寄生虫，总还有很多事情得亲力亲为。比如蛔虫总需要从一个受精卵长大成虫，总需要张开嘴吃东西。如果不小心受伤了，修复损伤之类的工作也只有自己能做。

当然，起码的生存和繁殖—生命的两个核心任务，也都只能由寄生虫独立完成。换句话说，寄生虫只是在一部分生物学功能上依赖于宿主，让宿主来帮忙完成。它们本身还是完整的生命。

但病毒就完全不一样了。

在进入宿主之前，病毒根本就不是严格意义上的生命。它不需要能量，也不消耗能量—不呼吸、不动，更不会繁殖后代，完全处于沉寂状态，和大自然里的一粒沙子、一颗尘土没有什么两样。也正是因为这个特点，只要条件合适，病毒就可以在大自然里稳定地存在超长时间。比如2014 年，法国科学家就曾在西伯利亚地表之下30米深的永冻土中找到了3 万年前的完整病毒，只要培养条件合适，这些病毒还能很快重新开始活动。

一旦进入宿主体内，或者更精确地说，是进入宿主细胞的内部以后，病毒就会立刻展现出全部的生命迹象。它们不需要吃东西，也不需要吸收能量，因为可以直接利用宿主细胞里唾手可得的能量；它们不需要自己繁殖后代，而会借助宿主细胞里现成的工具来帮助自己批量制造后代。

病毒的生命周期可以简化成两个黑白分明的阶段——在宿主细胞之外时和在宿主细胞之内时。在宿主细胞外时，它看起来和非生命物质没有区别，只是安静地等待寄生的机会。而一旦进入宿主细胞，病毒就可以借助宿主细胞现成的能量和工具，立刻启动繁殖后代的程序。而它产生的病毒后代，会批量离开宿主细胞，回归沉寂状态，等待下一次入侵和繁殖的机会。

这是真正意义上的“完美寄生者”，因为病毒把所有的生物学功能，包括其他生命必须靠自己完成的新陈代谢和繁殖，全部依托在了宿主身上。

王立铭教授延续其生动活泼的写作风格，在本书中详细和深入浅出地讲述了病毒相关知识以及人类与病毒羁绊共生的关系，相信渴望了解病毒知识的读者都能在这本书中有所收获。              

——韩启德

北京大学科学技术与医学史系主任

中国科学技术协会名誉主席

人类自始就不断同病毒对抗，也与病毒共生。新冠疫情的冲击，进一步揭示了人类与病毒世界之间的复杂关联。王立铭教授的这本科普小书，是你在“后新冠时代”的科学指南。

——张定宇

湖北省卫生健康委员会副主任

武汉市金银潭医院院长

病毒这类特殊的生命体不光改变了我们今天的生活和整个世界局势，也深刻地影响着人类世界乃至整个自然界的演化。细细看来，人类的历史进程中，一些关键节点的“背景”上常有病毒的身影。如今，新冠疫情更是证明了病毒还具有影响未来的巨大能量。作为一个与世界广泛连接的现代人，了解病毒是你的必修课程之一。新冠疫情催生了立铭的新书，但这本《给忙碌者的病毒科学》不仅对新冠病毒，还对病毒生命做了全景式的解析和展望。所有因新冠疫情而渴望了解病毒的人，都能从这本书里有所收获。

——张文宏    

上海复旦大学附属华山医院感染科主任

王立铭教授的科普著作《给忙碌者的病毒科学》用浅显易懂的语言描述了病毒的基本特征及其引起的人类重要疾病，总结了重要的病毒性疾病的传播方式及其预防和控制策略。它既是一部普通大众读得懂的病毒学科普著作，也可作为病毒学学生的入门教材。  

——石正丽

“蝙蝠女侠”

中国科学院武汉病毒研究所研究员