病毒也有社交行为？为了生存不择手段

研究人员刚刚开始了解病毒之间使用和合作的一些细节。

根据国外相关网站的报道，有各种各样的社会行为，不同的生物也表现出不同的社会倾向。例如，许多哺乳动物和鸟类是热情的社会活动家，但也有一些生物的社会行为仍然充满神秘，如细菌。进化生物学家经常对他们表现出的利他行为感到困惑，因为根据自然选择的自然选择理论，可以说“人类不会为自己而被杀死，整个地球将被毁灭”——利他行为在面对自然选择时显然会使各方处于不利地位。那为什么其他生物会这样做？

威廉·汉密尔顿是20世纪最杰出的进化生物学家之一，他发展了一种特殊的数学模型来解释利他行为，这就是亲缘选择理论。简而言之，这一理论认为个人或群体只会对他们的同龄人或近亲表现出利他行为。例如，为什么大多数群居的蚂蚁、蜜蜂、黄蜂和其他昆虫放弃了它们的繁殖能力，并且一生都没有孩子，却把所有的精力都投入到抚养和照顾蜂王和蜂王所生的孩子上？然而，细菌学家也注意到，细菌的许多成员在其菌落中分泌对他们的同类有益的代谢物。为什么？

著名生物学家和畅销书作家理查德·道金斯在他的著作《自私的基因》中指出，自然选择的基本单位不是一个物种，也不是一个种群或一个群体，而是遗传物质的基本单位，即基因。正是基因的自私导致了对动物生存和利他主义的竞争。因为群体或群体总是处于动态变化之中，所以只有基因是稳定的，并且永远以“拷贝”或“拷贝”的形式存在。动物的基本目标是扩展自己的基因。蚂蚁、蜜蜂甚至细菌都愿意给予，因为它们的同伴往往与自己关系密切，并且拥有大量相似的基因。如果他们活着，他们会遗传基因。

甚至在最近几年，科学家们已经意识到，即使是最低级和最简单的病毒也有社会生活，甚至这些活动也会影响它们的健康和进化。英国牛津大学的生物学家斯图尔特·韦斯特专门研究生物的进化和社会行为。他提到:“从理论角度来看，很明显，病毒之间存在巨大的社会互动潜力，这将导致某种形式的合作和冲突。然而，在此之前，我们对此的研究仍然相当有限。”

在最近发表在《自然微生物学》杂志上的一项研究中，西班牙巴伦西亚大学的进化遗传学家拉斐尔·桑尤恩(Rafael Sanjuán)和他的同事们运用理论和实践相结合的方法来探索病毒之间的合作和冲突现象。他们发现病毒感染的空间结构非常重要——简而言之，不同的病毒群落是否相互分离非常重要。在一个均匀分布的病毒群体中，那些产生利他行为的病毒将遭受严重损失并成为受害者，而那些“利用”的病毒将利用“他人”的善意。但另一方面，在小的孤立社区，产生利他行为的病毒有机会存活。

我们考虑水疱性口炎病毒(VSV)的情况，它是狂犬病病毒的一个家族。在正常情况下，病毒感染通常会刺激受感染的哺乳动物细胞分泌干扰素，这是一种信号蛋白，可使其他邻近细胞激活抗病毒防御机制并阻止病毒繁殖。然而，一些VSV病毒已经发展出抑制哺乳动物免疫功能的特殊能力，但代价是它们的繁殖速度将会减慢。但即便如此，这种能力让他们得以生存——除非有“占便宜”的人参与其中。

这些“占便宜”的“骗子”没有能力抑制宿主的免疫功能。事实上，它们的存在刺激宿主细胞释放干扰素，并刺激身体的免疫功能。但即便如此，它们仍然免费享受到宿主免疫功能减弱的好处，因为附近的VSV病毒在抑制人体免疫方面发挥了作用。然而，与VSV病毒不同的是，这些“奸商”没有参与抑制细胞免疫，因此他们不必为降低生殖能力付出代价。这样，它们将在VSV病毒的保护下迅速繁殖，数量将迅速超过前者。从社会行为的角度来看，圣胡安和他的同事们认为，在这种情况下，VSV病毒对宿主细胞免疫功能的抑制实际上已经变成了一种利他行为，因为它们比那些“骗子”病毒更便宜，却牺牲了自己的繁殖能力。

然而，这最终会带来不好的后果。越来越多不具有抑制细胞免疫功能的病毒将会出现。对细胞的刺激会越来越大。最后，宿主体内强大的免疫功能将被唤醒，两种病毒都将被杀死。这样，似乎自然选择机制会消除抑制人体免疫的病毒功能，因为你看，这种利他行为最终会导致灭绝，并使自己处于不利地位。

但情况不一定如此。圣胡安和他的同事建立的模型显示，这里的情况可能比预期的更复杂:例如，在最简单的情况下，如果能够抑制免疫的病毒和那些“利用”的病毒在物理上是分离的，那么能够抑制的病毒就可以存活。有时，宿主体内的某些结构会创造出天然的小空间，让具有免疫抑制功能的病毒存活下来，而不会被其他“奸商”侵入。

为了描述这种成功启动免疫抑制的特殊情况，研究人员使用了汉密尔顿先前建立的理论框架。根据汉密尔顿定律，利他行为应该满足一个数学公式:br>c，其中r代表两个个体之间的关联程度，即亲缘关系有多近，c是利他行为付出的代价，b是受益者获得的利益。

研究人员还指出，接受者获得的好处，即配方中的b，实际上与病毒是否被具有抑制功能的病毒或“利用”型病毒所包围有关。他们用一个参数来表示影响的程度。当汉密尔顿定律应用于完全混合和相互分离的情况时，我们可以通过比较得到这个参数的粗略估计。

圣胡安说:“为了让抑制机制发挥作用，你需要某种空间结构。因为病毒和细胞分泌的干扰素信号从一个细胞传递到另一个细胞，所以在感染过程中很难避免特定空间结构的出现。病毒颗粒和干扰素分子扩散的速度差异，以及宿主体内的物理隔离，都很容易导致这种病毒分布的空间异质性，从而使免疫抑制发挥作用。”

在行为复杂的动物和通讯系统更复杂的细菌中，进化的结果会受到许多因素的影响。圣胡安说:“相比之下，病毒要简单得多，几乎所有的事情都与隔离条件有关。在这个系统中，没有发现其他因素影响结果。如果病毒混合在一起，利他行为就无法实现，而如果分离开来，利他行为就会蓬勃发展。”

圣胡安和他的同事们关心的另一个现象是为什么有时会发现多个病毒颗粒聚集在一起，然后共同感染一个细胞。这里违背基本生存逻辑的一点是，如果将它们放在一起，病毒可以同时感染的不同细胞的数量将会减少，这在本质上不利于病毒的扩展，并且违背了生存的本质。然而，令研究小组惊讶的是，在这种情况下，病毒的整体生长和扩张实际上加速了，并且产生了更多的后代。当然，这个结果在不同的细胞中是不同的:在没有内源性免疫反应的肿瘤细胞中，病毒聚集策略将是低效和不成功的；然而，在有免疫反应的正常细胞中，聚集策略对病毒有利，因为它能给病毒更大的机会抑制细胞可能产生的免疫反应。

尽管集群策略似乎对病毒有益，但它也将导致“欺诈”病毒的同步进化。例如，如果集群中的病毒失去了部分基因，它可以复制得更快，从而比集群中的同类产生更多的后代。缺失这些基因的病毒被称为“缺陷干扰粒子”(DIPs):许多病毒甚至缺失了90%以上的病毒基因，但它们只以一小块核糖核酸的形式存在。由于它们极其简单的结构，它们可以在宿主细胞中高速复制——但是它们不能再靠自己的能力感染细胞，因为它们的结构太简单了，它们失去了感染的能力。他们必须“搭便车”，依靠其他病毒粒子群来感染和进入细胞。根据一些观察，在集群进入细胞体后，这些新型“奸商”的数量迅速膨胀，甚至占到所有病毒的99%以上！

“有缺陷的干扰粒子”的存在将导致另一个问题:当这种利用优势的病毒出现时，其他病毒会调整它们的策略以确保它们的生存吗？旧金山加利福尼亚大学的病毒学家劳尔·安迪诺指出，在入侵宿主的早期阶段，病毒希望与许多不同类型的同伴一起前进和后退，因为它增加了成功感染宿主的机会。但是，它将希望减少伴生物的种类，以防止病毒如“缺陷干扰粒子”混入其中。然而，总的来说，这是一个尚未被人类完全阐明的领域，但它确实是一个非常有趣的问题。(晨风)