阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第38部分

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！


单个基因的大小还要小得多。这些病毒的重量大约只有一般蛋白
质分子重量的　
100倍。雀麦草病毒的分子量为　
450万，大约只是
烟草花叶病毒的　
1/10。　
1959年，芬兰细胞学家威尔斯卡设计出一种可以利用慢速电
子的电子显微镜，因为慢速电子比快速电子的穿透力差，所以能够
呈现出病毒内部的细微构造。1961年，法国细胞学家迪普伊发明
了一种方法，将细菌置于充满空气的胶囊内，并利用此法在电子显
微镜下观察到活的细胞，但因为没有金属影子，所以无法看到其细
微构造。

一般的电子显微镜是一种透射的设备，因为电子穿透薄片，在
另一面被记录下来。我们也有可能利用低能量的电子束来扫描要
观察的物体。电子束可使物体表面的物质放射出自己的电子，再将
这些放射出的电子加以分析研究。使用这种扫描电子显微镜，许
多表面的细节都可以看到。这是由英国科学家奥特利在　
1948年发
明的，并在　
1958年被广泛使用。

核酸的作用

病毒学家已能将病毒分解，并将它们再度组合起来。加利福
尼亚大学一位德国血统的美国生物化学家弗伦克尔…康拉特与　
R。　


第十四章　微生物

第十四章　微生物


图　14…3简单物质、蛋白质、不同病毒颖粒及细菌的相对大小
（比例尺为　3。81厘米＝原体的　1/10　000毫米）　

C。　威廉斯合作，发现以温和的化学处理可以将烟草花叶病毒的蛋
白质分解成　2　200多个碎片，每个碎片含有由　158个氨基酸构成
的肽链，单个分子量为　18　000。1960年终于研究出了这些病毒蛋
白单元的精确的氨基酸组成。当这些单元被分解时，它们会倾向
再度合并成中空的长棒状（与完整病毒的形状相同），借助钙及镁
原子便能结合在一起。
总之，当这些病毒蛋白单元结合时，它们会构成几何形。刚提
过的烟草花叶病毒为螺旋形，小儿麻痹病毒蛋白由　60个亚单元排
列成　12个五角形，20个大蚊科虹色病毒的亚单元排列成一个规
则的二十面体。

病毒的蛋白质是中空的，例如烟草花叶病毒的蛋白螺旋便是
由肽链绕　130转，形成一个长而直的中空腔。蛋白质的中空腔为


阿西莫夫最新科学指南

阿西莫夫最新科学指南

病毒的核酸部分，可能是　
DNA或　
RNA，但无论是哪一种，大约都
含有　
6　000个核苷酸。不过施皮格尔曼也曾经发现过一种能复制
的　
RNA分子，小到只有　
470个核苷酸。

弗伦克尔…康拉特将烟草花叶病毒的蛋白与核酸分开来，试图
了解每一部分是否能单独地感染细胞。结果，他证明它们并不能
单独感染细胞。但是当他再一次将蛋白与核酸混合后，其复活的
感染力大约是原病毒样本的　
50％！

这是怎么回事呢？被分开的病毒蛋白及核酸，在各个方面都
显示出它们是无生命的，但是再度混合后，至少有一部分复活了。
当时，大家都称赞弗伦克尔　
…康拉特从没有生命的物质中创造出了
一种有生命的有机体。其实这只是误解而已，稍后我们将加以解
释。

显然，蛋白质与核酸发生了某种重新组合，而且似乎在感染过
程中，两者都起着某种作用。蛋白质与核酸各自的作用是什么呢？
哪一种作用更为重要呢？

弗伦克尔…康拉特做了一项十分精巧的实验来回答这一问题。
他将一种病毒的蛋白部分与另一种病毒的核酸部分混合，二者结
合形成一种兼有两种特性的感染性病毒！在毒性方面（即对感染
烟草的毒力程度），与提供蛋白质部分的病毒菌株相同；而在引起
特殊疾病方面，则与提供核酸部分的病毒菌株相同。

此发现与早期病毒学家们对蛋白及核酸各自功能的怀疑是相
吻合的。似乎是，当一个病毒攻击一个细胞时，它的蛋白外壳，或
称外套，使它附着于细胞上，并打开进入细胞的通道，让病毒核酸
得以侵入细胞内，从事病毒颗粒的复制。

当弗伦克尔…康拉特的混种病毒感染一片烟草叶后，在叶细胞
内繁殖出的新一代病毒，被证明不是混种病毒，而是提供核酸部分
的病毒复制，这种复制遗传了该病毒的感染毒性及引起疾病的类


第十四章　微生物

第十四章　微生物

型。换言之，核酸可以指令新病毒蛋白外套的合成。它能合成属
于自己那种病毒的蛋白质，而不是属于和它混种的那种病毒的蛋
白质。

如此便确实证明了核酸是病毒的“生命”部分，也可以说，核酸
是任何核蛋白的“生命”部分。事实上，弗伦克尔　
…康拉特在更进一
步的实验中发现，纯病毒核酸对烟草的感染能力很小，大约是完整
病毒能力的　
0。1％。很显然，核酸有时候也会自行侵入一个细胞。

所以把病毒核酸与蛋白加在一起形成一个病毒，这并非从无
生命物质中创造出生命，而是生命原来就以核酸的形态存在了。
病毒蛋白只是保护核酸避免被环境中的水解酶（核酸酶）作用，并
促使感染与繁殖更加有效率罢了。我们可以将核酸部分比喻为一
个人，蛋白部分比喻为一部汽车，二者结合后，就可很容易地从此
处移动到他处。汽车本身是不会旅行的，人可以步行远足（有时候
如此），但汽车是一个很有用的辅助工具。

有关病毒感染细胞的机制，在对一种叫噬菌体的病毒的研究
上得到清楚而详尽的了解。英国细菌学家特沃特在　
1915年发现
了噬菌体；1917年，加拿大细菌学家德爱莱尔也独立地发现了噬
菌体。说也奇怪，这些病毒竟然是捕食细菌的。德爱莱尔将之命
名为噬菌体，是希腊文“食细菌”的意思。

噬菌体是非常便于研究的东西，因为它们能在试管中与其宿
主细胞一起被培养。其感染及繁殖的过程如下：

典型噬菌体（研究者通常称为噬体）的形状，像是一只小蝌蚪，
有一个短粗的头和一条尾巴。在电子显微镜下，研究人员已能够
看到噬菌体以其尾部来抓住细菌的表面。此种现象的最佳解释
是：尾端的电荷（由带电荷的氨基酸来决定）。与细菌表面某一部
分的电荷相吸引。这两种相反而互相吸引的电荷精确地配合在一
起，就好像镶假牙一般天衣无缝。一旦此病毒以尾部附着在受害


阿西莫夫最新科学指南

阿西莫夫最新科学指南

细胞上，就会在细胞壁上打开一个小小的开口，此过程可能是用酶
切断附着点的分子完成的。至于在电子显微镜的照片上，看不出
任何事情发生，噬菌体，至少其可见的外壳，仍然附在细菌的表面。
至于细菌内部的活动，则是无法看到的。但经过半小时后，细胞破
裂了，数以千计的成熟病毒倾巢而出。

很明显，这整个过程中只有进攻病毒的蛋白外壳留在细胞外，
在壳内的核酸则是经过由蛋白质组成的壁上的孔进到细菌体内
的。美国细菌学家赫尔希利用放射性示踪剂，查明侵入的物质只
是核酸，而不含任何可被探测到的蛋白质。他以具有放射性的磷
及硫原子来标记噬菌体（先是细菌从培养基中得到这些放射性同
位素，再使噬菌体生长在这些细菌上），磷可出现于蛋白质及核酸
中，而硫只能出现于蛋白质中，因为在核酸里并不含硫原子。要是
有这两种示踪剂标记的噬菌体侵入到细菌内，它所产生的后代具
有放射性磷，而无放射性硫，这个实验就表明，亲代病毒的核酸已
进入细胞，而其蛋白质并未进入。不含放射性硫，表示在病毒子代
中所有的蛋白质，都是由宿主细菌供给的。事实上，实验结果正是
这样：新的病毒含有放射性磷（是由亲代提供的），而不含放射性
硫。

核酸在生命过程中的重要作用再度得到证明。显然，只有噬
菌体的核酸进入细菌体内，并在里面负责利用细胞内的物质，来合
成新的病毒——蛋白质及其他一切。

人们发现，引起马铃薯梭状块茎病的实际感染源确实是一种
不寻常的小病毒。1967年，微生物学家迪纳尔认为此种病毒是一
条裸露的　
RNA，他将核酸中这种具有感染性的小东西（除去蛋白
质）命名为类病毒，现在约有　
6种植物疾病被认为是由类病毒感染
引起的。

类病毒的分子量约为　
13万，只有烟草花叶病毒的　
1/300。在


第十四章　微生物

第十四章　微生物

一条类病毒的核酸里，只有　
400个核苷酸，但也足够进行复制与存
活了。类病毒可能是已知的最小生物。

这种类病毒被认为与动物的某些不太清楚的退化性疾病有
关，如果这种病是因为病毒而引起的话，则属慢性病毒造成的。慢
性病毒需要很长时期才能表现出病症来。原因可能是裸露的短股
核酸，其感染速率缓慢。

免疫反应

除人类自身外，病毒是人类最可怕的有生命的敌人。因为病
毒可与人体内的细胞紧密地结合在一起，所以不容易受到任何化
学药品及任何其他疗法的攻击。然而即使在最差的状况下，我们
仍然可以抵御入侵的病毒及病原体。人类对于疾病有很强的天然
抵抗力。

让我们以　
14世纪最恐怖的瘟疫——黑死病为例，来看看人的
抵抗力到底如何。黑死病首先侵袭一群困苦无助的欧洲人。他们
住在极度肮脏、拥挤的落后地区，没有任何现代卫生的观念，也没
有输水设备，更没有任何适当的医疗条件。这些人固然可以逃离
受害地区，但是，这反而使黑死病散布得更快更远。黑死病虽然肆
虐全欧洲，但　
3/4的欧洲人依然成功地抵御了黑死病的侵害。这
项历史事件最令人吃惊的不是欧洲　
1/4人死了，而是　
3/4的人度
过浩劫活了下来。

人对于某种疾病有天然的抵抗力，这是很明显的。例如，面临
同样严重的传染病，有些人只轻微发病，也有些人会生场大病，而


阿西莫夫最新科学指南

阿西莫夫最新科学指南

另外有些人则会因此丧命。人类对某些疾病也可能具有完全免疫
的能力。这种能力可以是先天的，也可以是后天获得的。比方说，
一个人只要患过一次麻疹、流行性腮腺炎或水痘，就可以终身免
疫。

上述三种病症碰巧都是由病毒引起的。但它们只引起比较轻
微的病征，很少使人死亡。即使其中最厉害的麻疹，通常也只是使
小孩产生轻微的不适而已。人体是如何战胜入侵病毒的呢？战胜
后又是如何加强自身的防卫力量而使战败的病毒永不再入侵的
呢？在解决这些问题的过程中，发生了一段感人肺腑的现代医学
科学的插曲。叙述这个故事之前，我们必须先追溯人类征服天花
的历史。

天花　


18世纪末叶，天花是一种令人闻风丧胆的疾病，不仅因为它
会夺取人的生命，而且因为它会在病愈者的脸上留下永不消退的
瘢痕。轻微的天花会在人的皮肤上留下一点一点的小坑，严重者
则会使人面目全非，难以见人。当时，绝大部分的人脸上都有天花
留下的瘢痕，而那些尚未染上天花的人则生活在恐惧之中。

早在　
17世纪时，土耳其人就开始故意用温和型天花感染自
己，希望由此种做法而免受天花之害。