病毒现形记:科学家又争了半个世纪!

——“毒来毒往”系列下集
作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-04-29

向科学家致敬!

前文回顾:科学家让其现形,前后花了40余年。故事得从百多年前的那场烟草病说起《病毒现形记:植物也得传染病? 》

论文显功效

1888年夏季的一天,俄国圣彼得堡大学的植物学实验室,一位刚毕业的学生正在做一个关于烟草花叶病的实验。他把患病的烟草叶子捣碎,提取汁液并进行过滤,再把滤液注入健康的烟草叶脉中。等待十天后就知道滤液是否有传染性,也能证实麦尔先生的实验。

这位学生叫伊万诺夫斯基,时年22岁。当时世界上许多国家的烟草都患上花叶病,俄国也不例外。1887年,在圣彼得堡大学上学的伊万诺夫斯基受国家农业部委派到克里米亚市和乌克兰市调查花叶病的病因。他深入一线完成论文《论烟草的两种疾病》以理学学士毕业后,继续申请留校任教,在植物学实验室里研究烟草花叶病。通过文献和资料,他已得知麦尔的研究过程,并重复做了相关实验。

通过实验,伊万诺夫斯基得知处理后的滤液仍有传染性,这说明麦尔的实验和结论都是正确的,他只用分析出滤液里是哪种细菌或细菌类似物就可以大功告成。

患病滤液喷洒健康烟草使其染病的过程(来源:搜狐网)

患病滤液喷洒健康烟草使其染病的过程(来源:搜狐网)

想象很美好,现实很不妙。伊万诺夫斯基借来当时最先进的尚柏朗氏过滤器。此仪器因由科学家尚柏朗发明而得名,可用于生产无菌的纯净水。他用尚氏过滤器对患花叶病的烟草进行过滤,结果还是没弄清滤液里是何物。

很显然,他也遇到了当年麦尔头痛的问题。滤液里的致病因子到底是科赫大师提出的细菌,还是自己之前发现的与毒素类似的物质?相信大师之言,却没有确凿的佐证;坚信自己的理论,又感觉说法很沧白。

1892年,伊万诺夫斯基向圣彼得堡科学院提交了一篇论文《关于烟草花叶病》,文中指出,烟草花叶病的致病因子是一种体积远小于细菌的毒素类化学物质。至于它到底是不是生物,文中没有回答。

有这篇论文为证,前苏联科学家一致认为伊万诺夫斯基是病毒学的创始人,1964年前苏联还向全国发布了一枚纪念他诞辰100周年的纪念邮票。

伊万诺夫斯基诞辰100周年纪念邮票(来源:搜狐网)

伊万诺夫斯基诞辰100周年纪念邮票(来源:搜狐网)

可西方科学界并不买账。认为麦尔没有提及病毒,固然不是病毒学的创始人,而荷兰人贝杰林克在病毒学上做了很大贡献,并提出与病毒相似的概念,是当之无愧的“病毒学之父”。

新概念诞生

准确地说,贝杰林克是麦尔的同行兼朋友。他生于荷兰阿姆斯特丹市,1876年到瓦格宁根农业学校任植物学教师。在这里,他认识了学识渊博的农业试验站主任麦尔,并知道了许多关于烟草花叶病的研究信息。

贝杰林克因家庭原因从瓦格宁根市搬到代尔夫特市,在一家工厂里任细菌研究实验室负责人,繁忙的工作让他无暇顾及其它。1895年,他被聘为代尔夫特理工学院化学系任细菌学教授,有了较充裕时间才重新开始研究烟草花叶病。与麦尔、伊万诺夫斯基一样,他用尚柏朗过滤器对患花叶病的烟叶进行过滤,最终确定滤液具有传染性。在此基础上,他通读科赫、巴斯德等前辈的作品,准备对滤液里面的未知生物作科学解释。

尚柏朗氏过滤器(来源:搜狐网)

尚柏朗氏过滤器(来源:搜狐网)

1898年,贝杰林克公开发表了一篇关于烟草花叶病的论文。他在文中提出了一个很重要的概念,名叫“传染性活流质”。此概念里“活流质”说明花叶病的病因是可活动的生物,并不是细菌。

为了弄清“传染性活流质”如何进行增殖,贝杰林克又做了两组实验:一组是把健康的滤液加到患过花叶病的滤液中,并给健康烟草接种;另一组是把同体积蒸馏水加入患过花叶病的滤液中,也给健康烟草接种。实验数据表明,两者受传染的程度都相同,都没增殖。增殖与繁殖都是生物学术语,两者区别在于,细胞分裂叫“增殖”,生物体产生出后代叫“繁殖”。为什么没增殖呢?按常理推断是没有可分裂的细胞可依托。

“难道滤液里的传染性活流质是一种比细菌还小的超级微粒,并不是生物?”研究来研究去,贝杰林克对自己的观点都产生了怀疑。

他决定弄清“活流质”是如何感染烟草叶子的。经过长时间观察,他发现了两个现象:一是健康烟草接种上患病滤液后,只有新生的嫩叶才会出现花叶斑,成熟叶子不受影响;二是嫩叶叶尖才会出现花叶斑,其它部位很少。由此,贝杰林克推断:“传染性活流质”先进入烟草茎部,再感染细胞分裂组织叶芽和叶尖,在细胞组织分裂时进行增殖,面对成熟的细胞里它不能增殖,只能传播扩散。

贝杰林克像(来源:百度)

贝杰林克像(来源:百度百科)

再接再厉,他通过多组实验弄清了“传染性活流质”的一些特性:40摄氏度时将在患病滤液浸泡过的滤纸烘干,此纸仍然能使健康烟草患花叶病;加热到90摄氏度时,滤纸里的“传染性活流质”完全失去活性,不能使健康烟草患病。

病毒终现形

贝杰林克于1898年发表论文提出“传染性活流质”的概念,在西方引起不少科学家的重视。原因之一就是选择了合适的用词。他在文中多次提到“virus”。此单词表面是指“毒素”,延伸意为“蛇的毒液”。19世纪巴斯德提出疾病细菌学说以后,它与“bacteria”(细菌)、“germs”(病菌)等词互用。换言之,“virus”只是细菌的同义词。贝杰林克在论文中用“virus”表示“传染性活流质”,并进行科学解释,这就为“virus”赋予了新的含义,也由此奠定了“病毒”名字的诞生。

远在俄国的伊万诺夫斯基看到贝杰林克的论文后,写文章表示反对,文中坚持烟草花叶病的病原体是一种特殊的、无法观察到的毒素类物质。贝杰林克则撰文反击,坚持认为它是“传染性活流质”。

历史的车轮驶入20世纪,东西方许多学者纷纷加入研究烟草花叶病的队伍。观点多到很快把伊万诺夫斯基和贝杰林克淹没了。

1923年,美国植物心理学家杜加尔经过10年研究,发表论文指出:烟草花叶病的病原体不是细菌,而是“病毒”。他强调“virus”与“bacteria”不同,宜作为新的专用名词来用。“病毒”一词诞生。

1935年,美国生物化学家斯坦利从烟草花叶病的提取液中成功分离出高纯度的病毒结晶。采用化学方法将看不见的烟草花叶病毒变为可视可触的蛋白质,在电子显微镜问世前,终于让病毒现形。

1939年,随着电子显微镜的问世,德国生物化学家古斯塔夫•阿道夫•考舍成功观察到烟草花叶病毒,并确认它是具有传染性的蛋白质和RNA组成的复合体。至此,持续半个多世纪的病毒发现之旅告一段落。

左侧为普通光学显微镜,右侧为电子显微镜(图片来源:Veer图库)

左侧为普通光学显微镜,右侧为电子显微镜(图片来源:Veer图库)

在病毒发现史上,很多科学家都做出了重要贡献,麦尔、伊万诺夫斯基、贝杰林克只是其中的代表。贝杰林克通过实验确认了“花叶病的病原体并不是细菌”,从而改造了传统的“virus”概念,并赋予它“传染性活流质”的新义,所以后人公推他是病毒的发现者。

病毒,这个人类的天敌,人类一直与之战斗,永不言败。现如今,新型冠状病毒肆虐全球,科学家们通过不懈努力已弄清了它的化学结构、传染过程、预防方法等,相信战胜它只是时间问题。

科学的发展推动了社会的进步,科学家则推动了科学的发展。向科学家致敬!

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【参考资料】

1. 论文《烟草花叶病毒的发现、揭示和生物学意义》,作者任衍钢、宋玉奇等,《生物学通报》2014年12期。

2. 论文《烟草花叶病毒病的研究进展》,作者付一峰,《北京农业》2015年12期。

3. 论文《简介烟草花叶病毒》,作者黄艳,《生物学教学》2014年第11期。

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