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　　SARS-CoV-2 只是我们星球上数以百万计的病毒之一，科学家们正在迅速识别大量新物种。 病毒有各种形状和大小，例如巨型拟菌病毒(右上)和月球着陆器形状的噬菌体(中)。图片来源：假色电子显微照片(不同比例)。顶行 L-R：天花病毒;Acidianus瓶状病毒;多食棘阿米巴拟虫病毒。中间行 L-R：狂犬病病毒;T4噬菌体;轮状病毒。底行 L-R：埃博拉病毒;烟草脆裂病毒;HIV-2。声压级;M. Häring等人。/ J. 维罗尔。; E. Ghigo等人。/ PLOS 病原体。; Frederick A. Murphy/CDC GlobalMya Breitbart 在非洲白蚁丘、南极海豹和来自红海的水中捕获了新型病毒。但要达到高薪，她只需要走进她在佛罗里达州的后花园。在她的游泳池周围挂着多刺的圆蛛(Gasteracantha cancriformis)——引人注目的蜘蛛，身体呈球状，白色的身体，黑色的斑点和六个猩红色的尖刺，使它们看起来像一件中世纪的武器。对于圣彼得堡南佛罗里达大学的病毒生态学家 Breitbart 来说，更引人注目的是里面的东西。当她和她的同事收集了几只蜘蛛并将它们磨碎后，他们发现了两种以前科学上未知的病毒1。尽管自 2020 年初以来，我们人类一直专注于一种特别讨厌的病毒，但仍有大量其他病毒等待被发现。科学家估计，在任何给定时间，仅海洋中就有大约 10 31 个单独的病毒颗粒——是已知宇宙中估计恒星数量的 100 亿倍。　　越来越明显的是，生态系统和生物体依赖于病毒。微小但强大，它们通过在宿主之间穿梭基因推动了数百万年的进化。在海洋中，它们将微生物切开，将其内容物倒入海中，并用营养物质淹没食物网。“没有病毒，”加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的病毒学家 Curtis Suttle 说，“我们就不会活着。”　　国际病毒分类委员会 (ICTV) 仅列出了 9,110 个已命名物种，但这显然只是总数中的一小部分。部分原因是，过去对病毒进行正式分类需要科学家在其宿主或宿主细胞中培养病毒——即使不是不可能，也是一个耗时的过程。这也是因为搜索偏向于导致人类或我们关心的生物体疾病的病毒，例如农场动物和农作物。然而，正如 COVID-19 大流行提醒我们的那样，了解可能从一个宿主跳到另一个宿主、威胁我们、我们的动物或我们的庄稼的病毒很重要。　　　在过去十年中，由于发现病毒的技术进步，加上最近对新物种识别规则的改变，已知和命名病毒的数量呈爆炸式增长，允许命名而无需培养病毒和宿主。最具影响力的技术之一是宏基因组学，它允许研究人员在环境中对基因组进行采样，而无需培养单个病毒。较新的技术，例如单病毒测序，正在将更多病毒添加到列表中，其中包括一些非常常见但直到现在仍然隐藏的病毒。Breitbart 说，现在是进行此类研究的激动人心的时刻。“我认为，在很多方面，现在是病毒组的时代。”　　仅在 2020 年，ICTV 就在其官方名单中增加了 1,044 个物种，还有数千个物种等待描述和命名。基因组的这种增殖促使病毒学家重新思考他们对病毒进行分类的方式并帮助阐明它们的进化。有强有力的证据表明病毒多次出现，而不是从单一来源萌芽。　　即便如此，位于马里兰州德特里克堡的美国国家过敏和传染病研究所的病毒学家 Jens Kuhn 说，病毒世界的真实范围仍然大部分是未知的。“我们真的完全不知道外面有什么。”　　在这里，那里，无处不在　　所有病毒都有两个共同点：每个病毒都将其基因组包裹在一个基于蛋白质的外壳中，每个病毒都依赖其宿主——无论是人、蜘蛛还是植物——来自我繁殖。但除此之外，还有无穷无尽的变化。　　有只有两个或三个基因的微小圆环病毒，以及比某些细菌还大并携带数百个基因的大型拟菌病毒。有一些看起来像月球着陆器的噬菌体会感染细菌，当然，还有世界现在非常熟悉的杀手尖球。有些病毒将其基因存储为 DNA，而其他病毒则使用 RNA;甚至还有一种噬菌体使用另一种遗传字母表，用不同的分子替换标准 ACGT 系统中的化学碱基 A，命名为 Z。　　 　　对多刺圆蛛的研究发现了两种科学以前未知的病毒。图片来源：Scott Leslie/Minden Pictures/Alamy　　病毒无处不在，即使科学家不寻找它们，它们也会出现。Frederik Schulz 在仔细研究废水中的基因组序列时并不打算研究病毒。作为维也纳大学的研究生，2015 年，他正在使用宏基因组学来寻找细菌。这涉及从整个生物体混合物中分离 DNA，将其切成小块并对其进行测序。然后计算机程序将这些位组装成单独的基因组;这就像解决数百个拼图的拼图一样。　　在细菌基因组中，舒尔茨不禁注意到一个巨大的病毒基因组——很明显，因为它携带了病毒外壳的基因——具有惊人的 157 万个碱基对2。结果证明它是一种巨型病毒，属于一个成员在基因组大小和绝对大小(通常为 200 纳米或更大)方面都很大的群体的一部分。这些病毒感染变形虫、藻类和其他原生生物，使它们能够影响水生和陆地生态系统。　　 　　Schulz 现在是加州伯克利美国能源部联合基因组研究所的微生物学家，决定在宏基因组数据集中搜索相关病毒。2020 年，在一篇论文3 中，他和他的同事描述了来自包含巨型病毒的群体的 2,000 多个基因组;在此之前，只有 205 个这样的基因组被存放在公共数据库中。　　病毒学家还向内寻找新物种。病毒生物信息学家 Luis Camarillo-Guerrero 与英国欣克斯顿 Wellcome Sanger 研究所的同事合作，分析了来自人类肠道的宏基因组，并建立了一个包含 140,000 多种噬菌体的数据库。其中一半以上是科学上的新手。他们的研究4于 2 月发表，与其他人的发现相吻合，即感染我们肠道细菌的最常见病毒之一是称为 crAssphage(以 2014 年发现它的交叉组装软件命名)。现在在英国剑桥的 DNA 测序公司 Illumina 工作的 Camarillo-Guerrero 说，尽管它很丰富，但人们对它如何为我们的微生物组做出贡献知之甚少。　　宏基因组学发现了大量病毒，但它也忽略了许多病毒。RNA 病毒不在典型的宏基因组中测序，因此爱尔兰科克大学的微生物学家 Colin Hill 和他的同事在称为宏转录组的 RNA 数据库中寻找它们。科学家通常使用这些数据来了解群体中的基因，这些基因正在积极地转化为信使 RNA 以制造蛋白质，但 RNA 病毒基因组也可能出现。该团队使用计算技术从数据中提取序列，在来自污泥和水样的元转录组中发现了 1,015 个病毒基因组5。再一次，他们用一篇论文大量增加了已知病毒的数量。　　 　　在变形虫中发现的巨型图潘病毒超过 1,000 纳米长，拥有已知病毒中最大的一组蛋白质编码基因。图片来源：J. Abrahão等人/Nature Commun。　　尽管这些技术可能会意外地组装出不真实的基因组，但研究人员有质量控制技术来防止这种情况发生。但还有其他盲点。例如，成员非常多样化的病毒物种很难找到，因为计算机程序很难将不同的序列拼凑在一起。　　另一种方法是一次对一个病毒基因组进行测序，正如西班牙阿利坎特大学的微生物学家 Manuel Martinez-Garcia 所做的那样。他决定尝试通过分拣机将海水滴入分离出单个病毒，扩增它们的 DNA，然后进行测序。　　在他的第一次尝试中，他发现了 44 个基因组。结果证明其中一种代表了海洋中最丰富的病毒6。这种病毒是如此多样化——它的基因拼图从一个病毒颗粒到另一个病毒颗粒如此不同——以至于它的基因组从未出现在宏基因组学研究中。该团队将其命名为 37-F6，因为它位于最初的实验室培养皿上，但 Martinez-Garcia 开玩笑说，鉴于它能够隐藏在显眼的地方，它应该以虚构的超级间谍詹姆斯邦德的名字命名为 007。　　病毒家谱　　海洋病毒的詹姆斯邦德没有正式的拉丁物种名称，在过去十年中宏基因组学发现的数千个病毒基因组中的大多数也是如此。这些序列让 ICTV 陷入两难境地：基因组足以命名病毒吗?直到 2016 年，向 ICTV 提出新病毒或分类群需要科学家培养该病毒及其宿主，极少数例外。但那一年，经过一场有争议但亲切的辩论，病毒学家一致认为一个基因组就足够了7。　　关于新病毒和新病毒组的提议蜂拥而至(参见“加入家族”)。但这些病毒之间的进化关系往往不清楚。病毒学家通常根据病毒的形状(长而细，或者有尾巴的头)或它们的基因组(DNA 或 RNA，单链或双链)对病毒进行分类，但令人惊讶的是，这几乎没有说明共享的祖先。例如，具有双链 DNA 基因组的病毒似乎至少出现在四个不同的场合。　　 　　资料来源：ICTV　　最初的 ICTV 病毒分类与细胞生命树完全分开，只包括进化层次的较低层次，从物种和属到目级别——相当于灵长类动物或在分类中具有锥体的树的层次多细胞生命。没有更高的水平。许多病毒家族单独漂浮，与其他类型的病毒没有联系。因此，在 2018 年，ICTV 添加了更高级别的级别：类、门和界8。　　在最顶端，它发明了“领域”，旨在作为细胞生命“领域”——细菌、古细菌和真核生物——的对应物——但使用不同的词来区分这两种树。(几年前，一些科学家提出某些病毒可能适合基于细胞的进化树，但这种想法并未获得广泛支持。)　　ICTV 勾勒出树的分支，并将基于 RNA 的病毒归入一个名为Riboviria的领域。SARS-CoV-2 和其他具有单链 RNA 基因组的冠状病毒是该领域的一部分。但随后由更广泛的病毒学家社区提出进一步的分类群。碰巧的是，位于马里兰州贝塞斯达的国家生物技术信息中心的进化生物学家尤金·库宁组建了一个团队来分析所有病毒基因组，以及对病毒蛋白质的最新研究，以创建分类学初稿9 .　　他们重组了Riboviria并提出了另外三个领域(参见“病毒领域”)。Koonin 说，在细节上存在一些争论，但 ICTV 成员在 2020 年顺利批准了分类法。另外两个领域在 2021 年获得了批准，但最初的四个领域可能仍然是最大的领域，他说。最终，Koonin 推测，这些领域可能多达 25 个。　　 　　资料来源：ICTV(talk.ictvonline.org/taxonomy);ICTV冠状病毒科研究组。自然微生物。 5 , 536–544 (2020)　　这个数字支持了许多科学家的怀疑，即病毒种类没有一个共同的祖先。“所有病毒都没有单一的根源，”Koonin 说。“它根本不存在。” 这意味着病毒可能在地球生命史上出现过多次——而且没有理由认为这种出现不会再次发生。“新病毒的从头起源，它仍在进行中，”巴黎巴斯德研究所的病毒学家 Mart Krupovic 说，他参与了 ICTV 的决定和 Koonin 的分类学团队。　　至于这些领域是如何产生的，病毒学家有几个想法。也许它们在地球上生命诞生之初，甚至在细胞形成之前就来自独立的遗传元素。也许它们是从整个细胞中逃脱或“转移”的，放弃了大部分细胞机制，以过上最低限度的生活方式。Koonin 和 Krupovic 支持一种混合假设，即那些原始遗传元件从细胞生命中窃取基因来构建它们的病毒颗粒。库恩说，因为病毒有多种起源，它们的起源可能有多种方式，库恩说，他还曾在 ICTV 委员会任职并参与过新的分类学提案。　　因此，虽然生命的病毒树和细胞树是不同的，但枝条相互接触，基因在两者之间传递。病毒是否算作“活着”取决于您对生命的个人定义。许多研究人员不认为它们是生物，但其他人不同意。“我倾向于相信它们是活的，”日本京都大学研究病毒的生物信息学家 Hiroyuki Ogata 说。“它们在进化，它们拥有由 DNA 和 RNA 组成的遗传物质，它们在所有生命的进化中都非常重要。”　　目前的分类被广泛认为只是第一次尝试，一些病毒学家说这有点混乱。许多家庭仍然缺乏与任何领域的联系。Martinez-Garcia 说：“好的一点是，我们正试图在混乱中整理一些秩序。”　　世界改变者　　地球上病毒的总质量相当于 7500 万头蓝鲸的质量，科学家们确信它们对食物网、生态系统甚至地球大气产生了影响。哥伦布俄亥俄州立大学环境病毒学家马修沙利文说，新病毒的加速发现“揭示了病毒直接影响生态系统的新方式的分水岭”。但科学家们仍在努力量化它们的影响有多大。　　“目前我们这里没有一个非常简单的故事，”Ogata 说。在海洋中，病毒可以从它们的微生物宿主中爆发出来，释放出碳供其他人回收利用，它们吃掉宿主的内脏，然后产生二氧化碳。但是，最近，科学家们也开始意识到，爆裂的细胞经常聚集在一起并沉入海底，将碳从大气中隔离。　　 　　从瑞典 Stordalen Mire 解冻的永久冻土中收集的病毒基因组具有有助于分解和释放碳的基因。信用：鲍勃吉本斯/阿拉米　　沙利文说，在陆地上，融化的永久冻土是碳的主要来源，病毒似乎有助于该环境中微生物的碳释放。2018 年，他和他的同事描述了从瑞典永久冻土融化中收集的 1,907 个病毒基因组和片段，包括可能影响碳化合物如何分解并可能成为温室气体10 的蛋白质基因。　　病毒还可以通过搅动其他生物的基因组来影响其他生物。例如，当病毒将抗生素抗性基因从一种细菌转移到另一种细菌时，耐药菌株可以接管。Camarillo-Guerrero 说，随着时间的推移，这种转移可以在种群中产生重大的进化转变。不仅仅是在细菌中——估计有 8% 的人类 DNA 来自病毒。例如，我们的哺乳动物祖先从病毒中获得了胎盘发育所必需的基因。　　对于有关病毒生活方式的许多问题，科学家们需要的不仅仅是基因组。他们需要找到病毒的宿主。病毒本身可能带有线索：例如，它可能在自己的基因组中携带一些可识别的宿主遗传物质。　　Martinez-Garcia 和他的同事使用单细胞基因组学来鉴定包含新发现的 37-F6 病毒的微生物。宿主也是海洋中最丰富和多样化的生物之一，一种被称为Pelagibacter 11的细菌。在某些水域中，Pelagibacter占现有细胞的一半。Martinez-Garcia 说，如果只是这种病毒突然消失，海洋生物就会失去平衡。　　德国基尔 GEOMAR 亥姆霍兹海洋研究中心的进化生态学家亚历山德拉·沃登 (Alexandra Worden) 表示，要了解病毒的全面影响，科学家们需要弄清楚它是如何改变宿主的。她正在研究携带称为视紫质的光捕获蛋白基因的巨型病毒。从理论上讲，这些基因可能对宿主有用——用于能量转移或信号传递等目的——但序列无法证实这一点。为了找出这些视紫质基因发生了什么，沃登计划将宿主和病毒一起培养，并研究这对组合在“病毒细胞”状态下的功能。“细胞生物学是唯一可以说明真正作用是什么，这如何真正影响碳循环的方法，”她说。　　回到佛罗里达，布赖特巴特还没有培养她的蜘蛛病毒，但她对它们有了更多了解。这对病毒属于 Breitbart 称之为令人难以置信的一类病毒，因为它们微小的圆形基因组仅编码一个用于蛋白质外壳的基因和一个用于复制蛋白质的基因。其中一种病毒只存在于蜘蛛的身体中，而不是它的腿中，所以她认为它实际上感染了蜘蛛吃的某种生物。另一种病毒存在于蜘蛛的整个身体，以及它的卵和小蜘蛛中，因此她认为它是从父母传给后代12。就 Breitbart 而言，这似乎并没有对他们造成任何伤害。　　对于病毒，“发现它们实际上是容易的部分”，她说。区分病毒如何影响宿主生命周期和生态要棘手得多。但首先，病毒学家必须回答最棘手的问题之一，Breitbart 说：“你如何选择要研究的问题?” 点击查看：更多生物学分类文章使用文档翻译功能什么是全文翻译?一键翻译pdf文档、翻译word文档怎么在线翻译图片?　免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。　　来源于：nature

　　埋在南极冰层深处的探测器观察到了罕见的中微子相互作用过程，称为Glashow共振的证据，这为探测天体物理源中的中微子形成提供了一种方法。　　卡拉·迪斯泰法诺　　中微子是最难以捉摸的基本粒子，分为三种类型：电子中微子，μ子中微子和tau中微子。它们几乎无质量且缺乏电荷，它们仅通过称为弱相互作用的基本力与物质相互作用，该基本力由称为W和Z玻色子的传力粒子介导。在1959年，理论物理学家格拉肖使用粒子物理学的标准模型来预测1带负电W¯¯玻色子(w ^ -玻色子)可以在电子与电子反中微子(电子中微子的反物质形式)之间的碰撞中形成。此过程现在称为Glashow共振，发生在电子反中微子，其能量约为6.3皮法电子伏特(1 PeV为10 15  eV)。　　在实验室中尚未观察到Glashow共振，因为所需的抗中微子能量超出了目前可用的粒子促进剂的范围。但是，在宇宙过程中产生的天然抗中微子可以达到数十PeV 2的能量。在《自然》杂志的一篇论文中，IceCube协作组织报告了从天体物理学来源检测到的抗中微子产生的事件的检测，这可能是Glashow共振的首次观察3。　　当中微子与物质相互作用时

Microscopic wormholes possible in theory理论上可能存在微小的虫洞by University of Oldenburg Credit: CC0 Public Domain奥尔登堡大学信用：CC0公共领域Wormholes play a key role in many science fiction films—often as a shortcut between two distant points in space. In physics, however, these tunnels in spacetime have remained purely hypothetical. An international team led by Dr. Jose Luis Blázquez-Salcedo of the University of Oldenburg has now presented a new theoretical model in the science journal Physical Review Letters that makes microscopic wormholes seem less far-fetched than in previous theories.虫洞在许多科幻电影中扮演着关键的角色，常常是太空中两个遥远点之间的捷径。然而，在物理学中，这些时空隧道仍然是纯粹的假设。奥尔登堡大学的Jose Luis Blázquez Salcedo博士领导的一个国际研究小组在《物理评论快报》科学期刊上提出了一个新的理论模型，该模型使得微观虫洞看起来不像以前的理论那么牵强。Wormholes, like black holes, appear in the equations of Albert Einstein's general theory of relativity, published in 1916. An important postulate of Einstein's theory is that the universe has four dimensions—three spatial dimensions and time as the fourth dimension. Together they form what is known as spacetime, and spacetime can be stretched and curved by massive objects such as stars, much as a rubber sheet would be curved by a metal ball sinking into it.蠕虫洞像黑洞一样，出现在1916年发表的爱因斯坦广义相对论方程中。爱因斯坦理论的一个重要假设是，宇宙具有四个维度-三个空间维度和时间作为第四维度。它们一起形成了所谓的时空，时空可以被诸如星星之类的大物体拉伸和弯曲，就像橡胶板会被沉入其中的金属球弯曲一样。The curvature of spacetime determines the way objects like spaceships and planets, but also light, move within it. "In theory, spacetime could also be bent and curved without massive objects," says Blázquez-Salcedo, who has since transferred to the Complutense University of Madrid in Spain. In this scenario, a wormhole would be an extremely curved region in spacetime that resembles two interconnected funnels and connects two distant points in space, like a tunnel. "From a mathematical perspective such a shortcut would be possible, but no one has ever observed a real wormhole," the physicist explains.时空的曲率决定着太空飞船和行星等物体以及光在其中的移动方式。 “从理论上讲，时空也可以在没有大物体的情况下弯曲和弯曲。”布拉兹克斯-萨尔塞多说。在这种情况下，虫洞在时空中将是一个极度弯曲的区域，类似于两个相互连接的漏斗并连接空间中的两个遥远点，例如隧道。这位物理学家解释说：“从数学的角度来看，这样的捷径是可能的，但没人能观察到真正的虫洞。”Moreover, such a wormhole would be unstable. If for example a spaceship were to fly into one, it would instantly collapse into a black hole—an object in which matter disappears, never to be seen again. The connection it provided to other places in the universe would be cut off. Previous models suggest that the only way to keep the wormhole open is with an exotic form of matter that has a negative mass, or in other words weighs less than nothing, and which only exists in theory. However, Blázquez- Salcedo and his colleagues Dr. Christian Knoll from the University of Oldenburg and Eugen Radu from the Universidade de Aveiro in Portugal demonstrate in their model that wormholes could also be traversable without such matter.而且，这种虫洞将是不稳定的。例如，如果一艘太空飞船要飞入其中，它会立即崩溃成一个黑洞-一个物质消失的物体，再也看不到了。它与宇宙中其他地方的联系将被切断。先前的模型表明，保持虫洞开放的唯一方法是使用奇异的物质，该物质的质量为负，换句话说，其重量小于或等于零，并且仅在理论上存在。但是，来自奥尔登堡大学的Blázquez-Salcedo及其同事Christian Knoll博士和来自葡萄牙阿威罗大学的Eugen Radu博士在他们的模型中证明，如果没有这种问题，虫洞也是可以穿越的。The researchers chose a comparatively simple "semiclassical" approach. They combined elements of relativity theory with elements of quantum theory and classic electrodynamics theory. In their model they consider certain elementary研究人员选择了一种相对简单的“半古典”方法。他们将相对论的要素与量子理论和经典的电动力学理论相结合。在他们的模型中，他们认为某些基本知识particles such as electrons and their electric charge as the matter that is to pass through the wormhole. As a mathematical description, they chose the Dirac equation, a formula that describes the probability density function of a particle according to quantum theory and relativity as a so-called Dirac field.诸如虫子之类的粒子以及它们要穿过虫洞的电荷。作为数学描述，他们选择了狄拉克方程，该方程根据量子论和相对论将粒子的概率密度函数描述为所谓的狄拉克场。As the physicists report in their study, it is the inclusion of the Dirac field into their model that permits the existence of a wormhole traversable by matter, provided that the ratio between the electric charge and the mass of the wormhole exceeds a certain limit. In addition to matter, signals—for example electromagnetic waves— could also traverse the tiny tunnels in spacetime. The microscopic wormholes postulated by the team would probably not be suitable for interstellar travel.正如物理学家在他们的研究中所报告的那样，将Dirac场包含到他们的模型中允许存在可被物质穿越的虫洞，前提是该虫洞的电荷与质量之比超过一定限制。除物质外，信号（例如电磁波）也可以在时空中穿越微小的隧道。团队推测的微观虫洞可能不适合星际旅行。Moreover, the model would have to be further refined to find out whether such unusual structures could actually exist. "We think that wormholes can also exist in a complete model," says Blázquez-Salcedo.此外，该模型必须进一步完善，以查明是否可能确实存在这种异常结构。 Blázquez-Salcedo说：“我们认为虫洞也可以存在于完整的模型中。”点击查看：更多有关物理学文章更多探索太空分类文章使用文档翻译功能 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：phys