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2020-01-01潛藏內太空的微觀世界 海洋病毒 601 期

Author 作者 嚴融怡/畢業於中興大學土壤環境科學系,曾擔任中研院助理。喜好徜徉在知識之海當中,熱衷於自然科普寫作。

 

世界上有百萬兆的病毒圍繞在生活周遭,它們就存在於天氣系統當中,每天約有八億顆病毒從天空降落,病毒可以暢通無阻地移動很遠的距離,而海洋則是許多病毒聚集與起源的另一個搖籃(圖一、二)。 根據統計,每公升的海水當中約有10~100 億個病毒,此數量是細菌的10倍左右。雖然為數眾多,但因個體太小,所以只佔5%的海洋生物量,但光是這樣的數量就已經達到7500萬隻藍鯨的重量。
 

圖一:海洋噬菌體─原綠球藻肌病毒(prochlorococcus myoviruses)利用負染色法 (negative stain)所拍攝的電子顯微攝影照片,
黑色比例尺顯示為100奈米(nm)。圖中分別是(A)帶有未縮短尾部的病毒、(B)縮短尾部的肌病毒P-SSM2、
(C)伴隨縮短尾部及(D)未縮短尾部的肌病毒P-SSM4。(Sullivan MB, CC BY-SA 2.5, Wikimedia)


圖二:寄生海洋阿米巴原蟲的巨型病毒 (Megavirus chilensis)。 (Sullivan MB, CC BY-SA 2.5, Wikimedia)

海洋病毒對生態的強大主導性


雖然海洋病毒是微生物世界的頂級掠食者,但因為缺乏酵素系統與自我繁殖的能力,只能透過感染與殺死宿主的方式運用宿主的養分並進行自體繁殖。病毒感染除了製造新病毒,也會改變宿主的代謝系統,如加速光合作用與固碳作用的速率。當病毒殺死宿主時,數十個新病毒與宿主細胞內容物會被釋出,同時加速供應其它微生物族群養分元素所需,因此病毒其實是海洋養分循環的重要推手之一。 病毒每年約可轉換1500億噸的碳,此數量更超過任一時期海洋浮游生物所含有碳量的30倍。

不過,病毒並非總是殺死它們的微生物宿主,在某些情況下,它們反而會和宿主形成一種互惠互利的關係。病毒可在宿主族群內部建立起一種回饋機制,使宿主免受其他類似病毒的攻擊,科學家甚至認為某些細菌可能會運用感染自身的病毒作為對付其他類型微生物的武器。

海洋病毒的疫情爆發,往往也會為水產業帶來極為可怕的災情,如 1968 年廖一久院士曾以草蝦人工繁殖技術使得臺灣的蝦類產量大為增加外銷國外,1987 年時臺灣草蝦年產量達到世界之冠,因此贏得「草蝦王國」的美 名。但是1988年草蝦桿狀病毒病症(Penaeus monodon baculovirus)的侵襲導致草蝦大量死亡,後續蝦農大量改換斑節蝦飼養後,卻又在1992年遭遇到隸屬線極病毒科 (Nimaviridae)白點病毒屬(Whispovirus)的白點症病毒(white spot syndrome virus, WSSV)在西海岸大肆蔓延,至此養蝦業一蹶不振,時至今日仍無法回復過往的盛況。


WSSV宿主範圍廣,侵犯能力強且難以防治,國際養蝦業也普遍受到此病毒的危害。但也正因為WSSV 的相關研究,讓臺灣學者羅竹芳的團隊得以發現此病毒的基因具有極強勢而特殊的啟動子(promoter),可作用於無脊椎動物和脊椎動物,具有很高的潛力可用作跨物種基因表現載體。而蝦白點病毒也是病毒和宿主共演化的結果,白點症病毒會盜用蝦細胞在逆境時產生的抗病毒分子STAT,並強化極早期基因表現使自己快速增殖,這是一種運用對方武器來強化自己的聰明策略。此發現也讓科學界對於病毒與宿主之間的交互作用有更多的認識。……【更多內容請閱讀科學月刊第601期】