著名的咸潘多拉病毒，直径达到1微米，基因组包含190万到250万碱基对的DNA（图片来源：维基媒体 Vincent Racaniello）

病毒，作为结构最为简单的非细胞型生物，通常只由遗传物质（DNA或RNA）和一层蛋白质外壳构成。

在很多人的印象里，病毒都非常小。但事实上，病毒的尺寸从几十纳米到几百纳米不等，最大的“巨无霸”病毒甚至比细菌还大！其所包含的基因信息也特别多！

近日，由美国迈阿密大学的科学家开展了一项研究，他们利用定制的计算机程序分析测定海水样本中的微生物基因组，一下子就识别出了230种此前未被科学界记录过的巨型病毒。

比细菌还大的病毒（图片来源：引导AI绘制）

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巨型病毒只是体型大吗？

巨型病毒（Giant Virus，或简称“Girus”）通常具有尺寸较大的伪二十面体衣壳（蛋白质外壳），直径可达200-400纳米，在这外面还可能具有一层较厚（约100纳米）的丝状蛋白质纤维层包裹。

除了体型庞大和层层包裹，巨型病毒内部还藏着一个巨大的双联DNA染色体组，其中蕴含着约1000个，甚至更多的基因，而一般病毒所包含的基因通常只有个位数或最多几百个。

巨病毒及其相关噬菌体（图片来源：维基媒体 Sarah Duponchel and Matthias G. Fischer）

由于巨型病毒的粒径通常超过了200纳米，所以科学家甚至可以用光学显微镜直接观测。对于科学家来说，巨型病毒很有魅力的一个方面在于，它经常携带一些奇怪的基因组，比如和糖酵解、三羧酸循环（TCA cycle），甚至与光合作用有关的基因……作为一个连细胞结构都没有的病毒，要那些基因有什么用呢？

研究者们都很好奇这些奇怪基因的来源和用途。

2013年，有科学家分别在智利和澳大利亚发现了两种全新的巨型病毒（直径超过1微米）。由于其只有6%的基因与地球上其他生物的基因类似，看起来似乎“自成一派”，拥有一个完全独立的基因谱系。科学家们认为自己打开了一个“潘多拉盒子”，所以将这两种病毒分别命名为咸潘多拉病毒和甜潘多拉病毒，不过他们在命名时大概没想到后续还会发现更多的潘多拉病毒……

作为病毒中的异类，巨型病毒虽然体型吓人，但其实对于人类而言，它们的威胁程度与普通病毒是一样的。毕竟病毒是否会攻击人类主要取决于其携带的遗传物质与人类亲缘的远近，而与其体积的大小或所携带基因的多少无直接关联。

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巨型病毒源自哪里

这些微观世界的“庞然大物”究竟是从哪儿来的呢？

目前有两方面主流的假设。一是它们经历了一个“由简到繁”的过程，即巨型病毒可能原本就是常规大小的病毒，只是在后续的繁衍中通过不断地从宿主细胞中拾取DNA片段来增大体型，最终拥有了如今的体量……二是巨型病毒的祖先其实是某种更为复杂的生物体，它们由于一些原因，它使得自身的基因组不断减少，最终失去了包括独立进行自我繁殖在内的一系列高级功能，沦为了一种病毒——但是因为“瘦死的骆驼比马大”，所以它即使成了病毒也还是巨型病毒。

巨型病毒可能由更复杂的生物体进化而来（图片来源：引导AI绘制）

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大号病毒也有巨大影响力

海洋中存在着一类虽然单一个体很不起眼（其中的许多根本无法被肉眼看见），但整个群落聚集起来却可以对生态调控发挥重要作用的生物——浮游植物：

它们通过进行微小光合作用，可以产生大量氧气；同时，它们也是很多动物的主要食物来源。然而科学家们表示，浮游植物的死亡通常就是由巨型病毒的感染造成的。

所以，通过更好地研究和了解巨型病毒与各种微生物间是如何互相影响的，对于有害的藻类，我们将来或许可以更精准地预测和控制其数量增减，从而更好地应对有害藻类的暴发。同时对于有益处的浮游植物，我们也能采取有针对性的保护措施。

形形色色的浮游植物对于地球生态至关重要（图片来源：罗得岛大学 Stephanie Anderson）

更有意思的是，除了简单粗暴的“感染并危害”，有研究表明巨型病毒在感染部分宿主后似乎还对其新陈代谢存在着更深层次的控制。

这背后的证据是研究者在本次研究中共识别出了569种新的功能性蛋白质，其中的9种被认为与光合作用有关。在一些案例中，巨型病毒被认为甚至可以借助自身携带的有关光合作用的基因，去“劫持”宿主细胞的光合作用功能，让“受害人”转为去生产病毒所需要的能量。

这就好像电影里的科学家在被匪徒绑架后，会被强迫着生产坏人需要的武器装备一样。如此看来，巨型病毒对于海洋生物地球化学（Marine Biogeochemistry）的影响机制，似乎远没有研究者们之前所预想的那样简单。

劫持浮游植物的光合作用功能为自己所用（图片来源：引导AI生成）

科学家们常说，我们对于海洋的了解程度可能还不及宇宙——海洋中潜伏着大量的未知生物，每一滴看似清澈的海水中实则承载着一个微生物的世界。

通过对新发现的这230种巨型病毒进行研究，科学家们得以重新审视海洋生态的具体维持机制。研究人员所运用到的全新工具与思路将来也可以被用在治理污染和病原体监测等其他方面，为保护我们的星球尽一份力。

参考资料：

1.https://www.sciencealert.com/hundreds-of-mysterious-giant-viruses-discovered-lurking-in-the-ocean

2.https://www.sciencealert.com/scientists-find-a-whole-new-ecosystem-hiding-beneath-earths-seafloor

3.http://health.people.com.cn/n1/2018/0626/c14739-30085421.html

作者：宋世超

审核：马润林 中国科学院遗传与发育生物学研究所 研究员