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[闲聊] 从进化的角度来看，病毒的最终目的是消灭所有宿主，还是其它？

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20269 20
呀呀兔兔 发表于 2020-11-23 20:33:18 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
从进化的角度来看，病毒的最终目的是消灭所有宿主，还是其它？


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沙发
僵尸disco 发表于 2020-11-23 20:33:46 | 只看该作者
 
带着“目的”去看演化，是一种很危险的想法。演化是一种盲目、无意识、无目的的过程。一个生物有某个性状并不是以为它有什么“目的”，而是因为没有该性状的同类已经灭绝了，所以我们能看到的都有这个性状。说起演化的时候，为了方便表述，很多时候我们会不可避免地使用一些有目的性的词汇（比如：为了能在短时间内产生后代增多资源，蚜虫会在特定情况下进行孤雌生殖）。这个目的是人为了更好的理解、解释现象时主观地添加的，并非客观存在于演化之中。


如果看明白了前面这段，我们就可以更简单的理解病毒-宿主关系的这个问题了。病毒不会在乎宿主的死活，能帮助病毒传播和生存的性状都会被演化保留，这个性状并不一定要让宿主存活。如果伤害或者杀死宿主可以保护自己或者帮助扩散，这个性状也会被保留下来。几乎所有病毒为了不被免疫系统清理掉都会或多或少地抑制免疫通路（比如MHC I 和 IFN 通路）。有些病毒，比如埃博拉病毒还能另辟蹊径，误导免疫系统。这对宿主都不是什么好事。噬菌体的溶菌效应、轮状病毒的腹泻症状、狂犬病的发狂症状，都是病毒以伤害/杀死宿主为代价帮助自己传播的例子。


在传染病学里有一个叫基本传染数的概念，公式为：
第1张图片
其中：
    ：基本传染数，定义为一个感染到某种传染病的个体传染给其他个体的数量 第2张图片 ：病毒的传染性 第3张图片 ：宿主的数量 第4张图片 ：感染时间
简单地说，  越大，这个病毒的生存能力就越强。如果 第5张图片 ，则这个病毒无法长期生存。
从公式中可以看出，感染时间和 成正相关，但不是决定  的唯一因素，  也可以通过增加传染性来增加，即使这需要降低感染时间为代价。常见病毒中  最高的是麻疹，高达12-18，它的感染期只有几天，但是传播性强。在天花疫苗普及前，天花的  也有5-7（高于艾滋病、非典、流感、埃博拉），虽然天花很容易杀死宿主，但是只要传染性足够强的话依然不会灭绝。所以“成功”的病毒并不一定需要和宿主长期好好相处，只需要总体  够大。
顺便一提，演化中另一个常见的误区是“这个性状一定有什么用”。演化≠自然选择，有些时候一个性状之所以存在，就是因为运气好而已。
附加题：
为什么自行车都在地上而不在天上？

A. 自行车的最终目的是保持受力平衡，所以自行车都在地上。

B. 天上的自行车受力不平衡，无法维持现状，所以我们能看到的自行车都在地上。

为什么森林里的 N2 (氮气）都是气态而不是液态？

A.N2 的最终目的是保持稳定，所以它能变成了稳定的气态。

B. 液氮无法在常温下保持稳定，所以我们能找到的 N2 都是气态的。

为什么病毒可以在正确的时机入侵、潜伏、复制、传播？

A. 病毒最终目的是繁殖/生存，所以它要做到以上几点。

B. 不能做到以上几点的病毒都被淘汰，因此我们现在无法看到。
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板凳
yane999 发表于 2020-11-23 20:34:17 | 只看该作者
 
道常无为而无不为。

如果病毒真的有目的，那这个世界就真的和谐了。因为一旦病毒有了目的，我们作为非常高级的智慧体，就可以通过各种方式来引导其迅速进化的无害甚至于有益，从而反过来利用它。正是因为病毒的进化是盲目的，无意识的，所以才能和人类一直缠斗至今。病毒学专业方面自有方家 @Vigorous Cooler 的详细解说，这里就主要从演化博弈的角度来聊聊。


首先，一定要分清楚两个概念，策略和演化策略。 策略这个词是从博弈论中引入的，用来描述生物的演化非常的方便，但是非常容易给人一个误解，那就是病毒和人之间在有意识的斗智斗勇，最后各自形成了自己的均衡策略。事实上，通常博弈论里面的策略，是博弈者自己选择的，但是演化策略里面的选择，不是博弈者，而是自然做出的。


演化的过程是病毒在无意识的向各个方向变异，最后物竞天择，有那么一种或者几种脱颖而出，比较稳定的在其他生物中潜伏和传播。如果我们只看这个胜利者的话，看起来似乎是病毒有意识的进化成这样，获得了一些优势。但是其实这是对无意识的各种变异进行自然选择的结果，而非是病毒从一开始就计划好。


所以很多的结论只是听起来有道理，而事实上并非是必然的。比如老生常谈的致死率和传播性的关系，一个听起来比较有道理的说法是：


病毒在不断的传播过程中会尽量变得温和，以便于和宿主共存。


这个听起来非常有道理，但是其实只是演化博弈的一个静态的角度而非全部。事实上，获得进化优势有很多的途径，病毒也未必依赖于自己暂时依附的宿主的寿命来获得进化优势。 如果一直如此，我们已经和病毒共处了几百万年，而病毒的变异又非常快，那么按理说大家早就大和谐了。但是我们都知道事实并非如此。其实反向机制很容易找，只要我不局限于宿主和病毒的静态演化：
得了鼠疫的老鼠，得了肺炎的穿山甲非常容易捕捉；而通过让宿主变得虚弱，病毒有机会让宿主被其他类似的生物，比如人类接触或者干脆吃掉，虽然宿主没了，但是病毒却因为中间宿主，而打开了新的大门，也就感染人的机会。假如有一个肺炎病毒变异出来两个亚种A和B，同时演化出了「让宿主得肺炎」的效果，然后分别的感染了两只穿山甲。但是悲哀的是A种不能传递给人而B种可以；这个时候B就可能获得了更广泛的传播而继续的变异和进化下去，而A感染的穿山甲被捉到吃了之后……就没有然后了。这就是自然选择了B，但是这不影响病毒本身演化出A和B是随机的。

第6张图片

一言蔽之，病毒的目的既不是消灭，也不是共存，甚至于也不是生存和繁衍，而是没有任何的最终目的。恰恰因为其没有目的，所以才会在各个方向都随机的尝试尝试，偶尔能拼出来一个很牛的参数，就耀武扬威一把。而恰恰因为如此，病毒总可以通过大量的无目的变异找出人类防范措施的漏洞，人类的病毒的战斗才没有尽头。
其实就像人作为一个生物种类而言，虽然每个人生活在这个世界上，都有一些自己给自己赋予的意义，比如事业、照顾家人/爱人等等，但是人类作为一个整体，也是没有什么最终目的，其意义归根结底，是我们人类自己赋予的——很多时候说人类的目的在于繁衍，严格说也是不对的——只不过是因为自然的选择，那些强烈不喜欢繁衍，强烈喜欢作死的人显然很难留下足够数量的后代而已。
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地板
天秤幕意流转 发表于 2020-11-23 20:34:36 | 只看该作者
 
病毒走出一个生态系统之后，往往会在人类群体中波浪式传播，仿佛是正在衰亡的生物圈的回声。
「地球正在启动对人类的免疫反应。」地球的免疫系统察觉了人类的活动，会派出埃博拉这样的病毒来进行「自我净化」。也许生物圈并不「喜欢」这几十亿人类。
艾滋病、埃博拉和其他雨林病原体的显现，无疑是热带生物圈遭到破坏的自然结果。这些新出现的病毒从生态被破坏的区域浮出水面，其中许多来自热带雨林破损的边缘区域，还有迅速被人类蚕食的热带稀树大草原。
热带雨林是全世界最深的物种储备池，包含了地球上的大多数动植物。雨林也是全世界最大的病毒储备池，因为所有活物都携带病毒。
病毒走出一个生态系统之后，往往会在人类群体中波浪式传播，仿佛是正在衰亡的生物圈的回声。
列举一些新显病毒：拉沙热病毒、裂谷热病毒、奥罗波凯病毒、罗西奥病毒、委内瑞拉出血热病毒、委内瑞拉马脑脊髓炎病毒、猴痘病毒、登革热病毒、基孔肯亚病毒、汉坦病毒、马丘波病毒、胡宁病毒、狂犬病毒属的莫科拉病毒和杜文黑基病毒、勒当泰病毒、科萨努尔森林脑炎病毒、HIV（无疑也是新显病毒，因为它对人类的渗透正变得越来越快，而且看不到尽头）、塞姆利基森林病毒、克里米亚-刚果出血热病毒、辛德毕斯病毒、奥-奈氏病毒、无名圣保罗病毒、马尔堡病毒、苏丹埃博拉病毒、扎伊尔埃博拉病毒、雷斯顿埃博拉病毒。
从一定意义上说，地球正在启动对人类的免疫反应。它开始对人类这种寄生生物做出反应，人类的泛滥仿佛感染，混凝土的坏死点遍布全球，欧洲、日本和美国犹如癌症的烂肉，挤满了不停复制的灵长类动物，人类群落无限扩张和蔓延，很可能会给生物圈带来大灭绝。
也许生物圈并不「喜欢」容纳五十亿人类。也可能是一百年间人类的极度增殖突然产生了海量肉类，这些肉存在于生物圈的每个角落，面对想要吞噬它的另一种生命体，很可能无法保护自己。大自然有自我平衡的手段。
雨林有自己的防护手段。地球的免疫系统察觉了人类的活动，开始发挥作用。大自然在试图除掉人类这种寄生生物的感染。说不定艾滋病只是大自然的清除过程的第一步。
艾滋病可被视为 20 世纪最严重的环境灾难。艾滋病病毒很可能是从非洲灵长类动物——猴类或类人猿——传给人类的。举例来说，HIV-2（HIV 最主要的两个毒株之一）也许是一种突变病毒，从非洲乌白眉猴传给人类：也许是猎杀或捕捉猴子的人接触了带血的组织。
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5#
奉潋 发表于 2020-11-23 20:35:02 | 只看该作者
 
首先病毒的演化是无目的的，在这个前提下举最“有名”的病毒——HIV，艾滋病作为目前全球最难治愈的疾病之一，难以攻克它的原因主要有两点：高变异、病毒库。目前市面治疗艾滋病的药物都是控制病毒载量达到检测不到的水平，但是不能清除病毒库。我们都知道疫苗这一划时代的生物制品，接种疫苗后会刺激人体产生记忆细胞，而抗体来源于记忆细胞增殖分化的浆细胞，而记忆细胞也是HIV的病毒库之一。
不得不佩服艾滋病演化的真的够“聪明”的了。之所以聪明打引号是因为它本身是无目的，无意识的，只是恰好人体免疫系统的细胞表面受体和它亲和。
但其实我个人比较“佩服”细菌和古细菌，在长期的演化中产生了一种适应性免疫防御——CRISPR/Cas9可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。而CRISPR/Cas9基因编辑技术，则是对靶向基因进行特定DNA修饰的技术。说到这里，我《基因工程》课的老师有和我讲过这一技术应用到艾滋病治疗中。而且在相关的实验中确实清除了HIV。
那为什么艾滋病没有被治愈呢？刚刚说到的艾滋病难以治愈的原因之一：高变异。当CRISPR/Cas9靶向病毒并杀死病毒后，新突变的病毒将更难靶向，而成功逃脱靶向的HIV的RNA的大多数突变都恰好排列在Cas9切割DNA的位点。
另外，目前CRISPR没法治艾滋病的另一个原因是:你无法同时给体内所有的CD4+转入CRISPR。理论上只要有一个细胞的病毒DNA没有被清除病毒就能继续被生产。在这里补充说明:CRISPR/Cas系统被发现存在于大多数细菌与所有的古生菌中，而目前已发现 的3 种不同类型的 CRISPR/Cas系统，存在于大约 40%和 90%已测序的细菌和古菌中，Cas9存在于链球菌中，但目前说CRISPR/Cas9，给出的概念都是细菌和古细菌的防御系统。(本段感谢大佬@A Chen的指出)
这样是不是又觉得病毒有目的了？回到HIV本身:它是单链RNA病毒，这类病毒原本就有着极高的不稳定性和突变性。

从根本来说，“繁殖”是所有生物存在的意义所在。病毒也一样，它感染宿主也是为了将自己的遗传物质传递下去。因此病毒演化最终就是为了生存，达尔文有一句很有名“It is not the strongest of the species that survive, but the one most responsive to change”。在HIV出现之前最可怕的病毒——天花，他最终因疫苗的出现而消失在了这个世界。
在这里插一句为啥目前疫苗不能治愈艾滋病——突变率太高。
我以前都特别好奇，病毒究竟是怎样产生的？以前读初中的时候班上同学说男生和男生亲嘴会得艾滋。好多人还对此表示认同，那时我真的特无语。同性间的口水交换和异性间的口水交换到底是有什么不同？居然可以产生HIV这种烈性病毒。后来上高中的时候不知道在哪看的帖子:直肠粘膜的细胞壁被精液刺激后会产生艾滋病病毒。有那么一段时间我是相信的，其实这个说法初中生都明白是错的，人体的细胞没有细胞壁这一结构，很遗憾的是我上了大学第一天去图书馆才知道HIV最初源于SIV。说的和题目有点不相关了。
所以说到底，病毒演化和其他生物一样就是为了繁殖这一根本使命。
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6#
不会太差 发表于 2020-11-23 20:35:51 | 只看该作者
 
因为公地悲剧。
如果宿主身上只可能携带有一种病毒，显然互利共赢才是最佳状态。你好我也好，宿主繁殖的多多的，营养充足，寄生的跟着也沾光。然而事实上在自然下，宿主一般会感染四五种病原体。在这种情况下你自己做谦谦君子，温良恭俭让，别人可不会让你，只会大手大脚把寄主掏空，大肆繁殖把你挤掉。
更别提你怎么着也是个外来的寄生体，不受宿主待见的。老老实实过日子并不能保证免疫系统会放过你，而为了抵御攻击，要么去反攻免疫系统，要么靠人海战术拼命繁殖自己的后代。无论哪一种都会对宿主造成更大的伤害。
当然十步杀一人毒性太强也不好，毕竟是寄生体，需要靠攫取宿主营养生存，如果把寄主快快的杀掉了自己也容易完蛋。这种情况都是初来乍到不适应环境，过些日子慢慢就温和了。
后果就是那些最善良的菌株都没了，最恶毒的菌株也都没了，剩下的是中等毒性的传染病病原体，繁殖能力和传播能力都不太弱，对宿主的伤害也不太强。
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7#
看到静安寺巨蟹 发表于 2020-11-23 20:36:48 | 只看该作者
 
谢谢 @Lightwing 邀请。
如果 从 非生物体来说，那就是完全随机的，没有意义了。
所以，从生物体的角度来分析才能解释病毒的最终目的。
那好，最为一种生物，最重要的是什么？
当然是千秋万代的永远存续下去了。不存在的说明已经不适应环境，被淘汰了。
我们现在能见到各色各样的病毒到底是什么样的祖先病毒进化来的，有很多说法，但是没有公认的结论。


要达到永远存续的这个目的，有两种策略：
第一，生物体永生不死；
第二，生物体通过不断的繁殖（进化），通过子代来保证自己本种群的存续。


第一条基本可以排除，那我们来看第二条，病毒是怎么实现的。
病毒是一种完全的细胞内寄生生物，也就是说没有宿主细胞的情况下，它到底是死是活，其实我们是不清楚的。
那作为寄生生物来说，
（1）如果寄生物的存续需要宿主存活，那么病毒大几率是对宿主不致命的，或者是一段时间内宿主不会暴毙；这其中还可以分两类，一种是持续的慢性感染，与宿主长期存在的情况下不断释放，另一种是我来一会就走，就是把宿主当个公交车站，停一下，歇歇脚，获得更多子代后继续播散；
（2）而如果寄生物的存续需要宿主死亡（比如释放子代），那么病毒肯定有多重杀招来kill宿主达到这个目的；
（3）还有一种情况，病毒根本不在乎宿主存续，只是释放子代的时候会对宿主有很大伤害，很多宿主挺不过去，挂了；
（4）最后就是，病毒本来针对的就不是这个宿主，只不过误打误撞的进来了，还成功复制了，但是宿主根本没见过这种东西，两相碰撞会有两种结果，1. 病毒逐渐适应新的宿主，2. 或者病毒很快消失的无影无踪。


对于（1），我们现在见到的大多数对人致病的慢性感染病毒其实都属于这个类型，最典型的是HIV和HBV，长期存在，在宿主生存的情况下不断向外排毒，这都是病毒完全适应后的一种策略，HIV至今发现不过几十年，看看如今的广度，说明这个策略相当成功；而另一种的最大的代表就是流感病毒了，流感也是非常成功的病毒，一个喷嚏N个子代；但是一般情况下，人很少因为流感死亡（当然有例子）；
（2）对于人来说，最典型的是狂犬病毒。对于温血动物来说，基本上，感染之后只有死路一条，患者最后的是发狂，不管是犬、狼还是人，最后都有非常强的攻击性，进而把病毒传递到下一个个个体。但是患者的死亡却并不是因为病毒感染的神经元细胞死亡引起的，大部分是类似呼吸等神经中枢的机能不正常而导致的个体死亡；
（3）这种的例子有痘病毒，也就是天花。天花出痘的时候，那些痘浆里有很多传染性的病毒粒子的，有很强的感染性，我国宋代开始的人痘接种术就是用的研磨的痘痂，所以很有可能直接接种导致被感染。但对于病毒来说，出痘只是传播的手段，宿主的存续不在它的考虑范围之内。
（4）我们现在的一大类“自然疫源性”病原体中的病毒就属于这一类，比如流行性出血热病毒，发热伴血小板减少综合征病毒，拉沙热病毒，埃博拉病毒等等，这些烈性病毒都是有自然宿主的，如果出现跨宿主传播，并成功在传播途径切断之前感染很多宿主，有可能就会进化出更多的特征而传播开来。另外的SARS病毒，也是无意中来了之后成功适应，但这种太偶然，不像一些啮齿类携带的容易与人接触，所以后续也无影无踪了，这类病毒的下一次宿主跳跃可能还需要广东的同学继续努力。
总结：作为生物体的病毒，通过不断的繁殖（进化），通过子代来保证自己的存续，只不过方式不同，但是我们能见到的，都是进化的胜利者。
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8#
商然驴究 发表于 2020-11-23 20:37:26 | 只看该作者
 
在进化论的科普中古尔德有一个很好用的比喻:
假设一个醉鬼回家，路左边是墙，路右边是沟，醉鬼自然随机反复横跳。但是我们知道他大概率是掉到沟里的，因为碰到墙会被弹回来。
具体到病毒来说，这里的走路就是变异方向，本身是随机的，有些方向是有墙壁(进化死路)，有些方向是沟。同样的病毒A可能会产生变异B,C,D,E。如果B的毒性太大，潜伏期短，对素质没轻没重，同时传播力不够强，这一支变异就容易狗带。如果C同样毒性大，但是它打持久战，长期潜伏，传染力OK。那么它不会狗带。如果D毒性弱可以和宿主共存，传染力大，那么它也不会狗带。最牛逼的E, 它一不小心把自己的一断DNA植入宿主体内，从此千秋万代(在我们的DNA中大约包含了十万个病毒DNA，占到了人类基因组的8%)。
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9#
孤单狂欢 发表于 2020-11-23 20:38:05 | 只看该作者
 
自古以来人类就习惯于给自然现象创造出人格化特征.....
虽然现在各种科学科幻奇幻魔幻多了，知识面广了，但是纯零碎的知识的作用只是让人把人格化的对象换了一下而已....


首先是具有意识的生物才会有目的这一行为，拿目的来说进化的锅大概要甩给各种喜欢胡扯“进化的目的，牛逼的意义”的奇幻魔幻，以及没有用更适合的演化一词而用了进化的翻译者大概也要分一块锅底。
要理解很多微生物的反应，其实首先应当建立起生物和化学的联系，也就是传说中的生化专业实际上所研究的内容。碳基生物的本质就是化学反应的集合，而不具有细胞结构的病毒则更加纯粹地与单纯的化学物质相类似，当他在体外时，不具备新陈代谢等等各种通常意义上的生命特征，只有进入到细胞内才会在细胞内体现出生命活动，这个生命活动的体现也纯粹是体现在蛋白质和DNA的化学的相互作用之上。
如果你不认为太阳里的氢变成氦有什么目的，不认为地球绕着太阳转有什么目的，不认为冷热空气的对流有什么目的，不认为水分子的热力学运动有什么目的，那你又凭啥认为蛋白质和DNA的相互作用就格外要有什么目的了呢？


因此这个过程没有任何目的，只是一群分子的相互作用而已。
P.S.甚至连复制自身也不是他的目的，只是恰好能够在这个相互作用中复制自身的DNA才会被你看到，在你所处的环境中复制能力越强，你看到的越多，在这个环境下他的复制能力的增强也就是所谓的进化。仅此而已。一个简单的幸存者谬误。
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10#
iyaliu39 发表于 2020-11-23 20:38:40 | 只看该作者
 
病毒是无目的的，有时它会被人类利用成为生化武器，有时它会成为杀手，杀人类于无形，逼迫人类寻找其他的「抗生之路」。
第8张图片
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