有些世界
是人類肉眼無(wú)法看見
但這不代表它們不存在


2020年1月24日
新型冠狀病毒毒種的照片首次公諸于世
籠罩在疫情陰影中的全國(guó)人民
終于能用肉眼看見
這個(gè)“罪魁禍?zhǔn)住钡恼嫒?/section>

(新型冠狀病毒電鏡照片,圖片來(lái)源@國(guó)家病原微生物資源庫(kù))



而數(shù)百年來(lái)
當(dāng)科學(xué)家憑借顯微鏡
將世界放大百倍、萬(wàn)倍
甚至數(shù)十萬(wàn)倍時(shí)
人類經(jīng)歷的一場(chǎng)場(chǎng)
病痛和苦難的真相
才愈發(fā)清晰可見


在這個(gè)特輯中
你將看到
20張顯微攝影圖片
以及這些圖片向我們講述的故事



·



- 病源 -
它們潛伏在各個(gè)角落,時(shí)刻準(zhǔn)備著發(fā)起攻擊。
病毒,也是其中之一。



甲型流感病毒H1N1亞型
(自然宿主:豬)

1918年,這種病毒在全球引發(fā)“西班牙流感”,死亡人數(shù)超過(guò)5000萬(wàn)人;90余年后,它的新型變種再次引發(fā)2009年全球性流感,超過(guò)160萬(wàn)人確診,死亡人數(shù)近2萬(wàn)人,被世界衛(wèi)生組織(WHO)列入國(guó)際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件(PHEIC)
已有特效藥和疫苗,然而這種人畜共患型流感病毒極易在豬體內(nèi)發(fā)生基因重組,產(chǎn)生新的變種。

淺色圓形為H1N1型甲流病毒;透射電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




寨卡病毒(Zika virus)
(自然宿主:獼猴)

1947年在烏干達(dá)寨卡叢林中的獼猴中發(fā)現(xiàn),1952年首次確認(rèn)感染人類,蚊子(蚊科伊蚊屬)可作為中間宿主。2015-2016年從巴西爆發(fā)的寨卡疫情,造成全球約18萬(wàn)人感染,被WHO列入PHEIC事件。盡管其病死率較低,但孕婦感染病毒可能導(dǎo)致嬰兒小頭癥等先天性畸形,且無(wú)治療方法。
尚無(wú)特效藥和疫苗。

紅色圓形即為寨卡病毒。透射電子顯微鏡負(fù)染色成像,圖片來(lái)源@NIAID




馬爾堡病毒(Marburg virus)
(自然宿主:埃及果蝠)

1967年,這種病毒首次在德國(guó)的馬爾堡和法蘭克福,以及今塞爾維亞同時(shí)發(fā)現(xiàn),至今引發(fā)疫情共10次,平均病死率約50%,非洲綠猴、豬等可能作為中間宿主。在規(guī)模最大的2005年安哥拉疫情中,374例感染病例里只有45人存活,病死率高達(dá)88%。
尚無(wú)特效藥和疫苗。

馬爾堡病毒(藍(lán)色絲狀)附著在被感染的VERO E6細(xì)胞上(黃色);掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID


埃博拉病毒(Ebola virus)
(自然宿主:狐蝠科果蝠屬)

這是繼馬爾堡病毒后,人類發(fā)現(xiàn)的第二種絲狀病毒。1976年首次在今南蘇丹和剛果民主共和國(guó)發(fā)現(xiàn),已在全球引發(fā)疫情38次,平均病死率50%,最高可達(dá)90%,黑猩猩、大猩猩、猴子、羚羊、豪豬等可作為中間宿主。其中2014-2016年的西非埃博拉疫情最為嚴(yán)重,死亡人數(shù)超過(guò)10000人,被WHO列入PHEIC事件。2018年8月在剛果民主共和國(guó)再度爆發(fā)疫情,又一次被列入PHEIC事件,至今尚未解除。
尚無(wú)特效藥,但2019年11月首款埃博拉疫苗已在歐盟和美國(guó)獲得批準(zhǔn),并進(jìn)入WHO預(yù)認(rèn)證程序。

埃博拉病毒(藍(lán)色絲狀)附著在被感染的VERO E6細(xì)胞上(綠色);掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




尼帕病毒(Nipah virus)
(自然宿主:狐蝠科狐蝠屬)

1999年在馬來(lái)西亞首次確認(rèn),此后在孟加拉國(guó)、新加坡、印度等國(guó)家多次爆發(fā)疫情,病死率40%-75%。2008年印度喀拉拉邦爆發(fā)的疫情中,超過(guò)2000人被隔離,18位感染者中只有2人存活。
尚無(wú)特效藥和疫苗。

藍(lán)色圓形為尼帕病毒,紫色為被感染的VERO E6細(xì)胞;透射電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID





SARS冠狀病毒
(自然宿主:菊頭蝠科菊頭蝠屬)

2002年11月首次在中國(guó)廣東發(fā)現(xiàn),花面貍(果子貍)、貉、獾等可作為中間宿主。其引發(fā)的病癥被稱為嚴(yán)重急性呼吸綜合征(SARS)。至2003年7月31日,全球26個(gè)國(guó)家確診感染病例約8000例,病死約10%。其中中國(guó)大陸確診5327例,死亡349人。自此次SARS疫情后,WHO成立突發(fā)事件委員會(huì),開始對(duì)PHEIC事件進(jìn)行評(píng)估和宣布。
尚無(wú)特效藥和疫苗。

橙色圓形為SARS病毒;透射電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




MERS冠狀病毒
(自然宿主:?jiǎn)畏羼橊劵蝌穑袩o(wú)定論)

2012年首次在沙特阿拉伯確認(rèn),其引發(fā)的病癥被稱為中東呼吸綜合征(MERS)。至2015年全球27個(gè)國(guó)家確診感染病例約1300例,病死率約35%。其中1084例確診病例均發(fā)生在2012年的疫情中。
尚無(wú)特效藥和疫苗。

黃色圓形為MERS病毒,可見其外層的“冠狀”包膜蛋白;透射電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID





- 感染 -

在你看不見的地方,入侵已悄然開始。




下圖右側(cè)的兩個(gè)圓形結(jié)構(gòu)為蜱蟲的腺體,這只蜱蟲的其中一個(gè)腺泡已被蘭加特病毒(Langat virus)感染,若它叮咬了人類,可能使人患上蘭加特腦炎。


綠色熒光標(biāo)記的腺泡已被感染;共聚焦顯微鏡成像。圖片來(lái)源@NIAID




這就是被蘭加特病毒(Langat virus)感染的細(xì)胞,病毒編碼蛋白NS51與被感染細(xì)胞的一種輔肽酶相互作用,可阻止被感染細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒反應(yīng)。好在這種蟲媒病毒不可人際傳播,且已開發(fā)有效的疫苗。


紅色為病毒蛋白質(zhì)NS51,綠色為脯氨酰氨基酸酶(Prolidase)。圖片來(lái)源@NIAID





下圖則是一個(gè)感染了輪狀病毒(Rotavirus)的細(xì)胞,病毒在細(xì)胞質(zhì)中形成大量“病毒工廠”,并在其中完成子代的復(fù)制和裝配。這些病毒可引發(fā)急性腸胃炎,盡管已有較為有效的疫苗,但每年因此死亡的5歲以下兒童仍有約20萬(wàn),主要集中于低收入國(guó)家。


藍(lán)色為細(xì)胞核。圖片來(lái)源@NIAID




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細(xì)菌同樣會(huì)受到病毒感染,下圖中大量噬菌體病毒正附著在一個(gè)細(xì)菌的表面,它們的蛋白質(zhì)外殼一般不進(jìn)入宿主細(xì)胞,而是將DNA“注入”宿主細(xì)胞中,利用宿主細(xì)胞的物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制和裝配。有的噬菌體最終將使宿主細(xì)胞裂解,釋放大量子代。


面積較大的圓形為細(xì)菌細(xì)胞,外側(cè)的大量圓形結(jié)構(gòu)為吸附其上的噬菌體病毒;透射電子顯微鏡成像。圖片來(lái)源@Wikimedia Commons




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有的病原體即便沒有DNA或RNA,卻仍具有傳染性。朊病毒(Prion)是僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成的侵染因子,能引發(fā)正常蛋白質(zhì)發(fā)生錯(cuò)誤折疊。下圖中,這種錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)正沿著神經(jīng)細(xì)胞細(xì)長(zhǎng)的突觸傳染相鄰細(xì)胞。受感染的神經(jīng)細(xì)胞將逐漸退化,導(dǎo)致神經(jīng)退化性疾病(主要為傳染性海綿狀腦病,如瘋牛病等)。


紅色為被侵染的蛋白質(zhì)。圖片來(lái)源@NIAID





- 抗?fàn)?nbsp;-


免疫系統(tǒng),是我們最后的天然防線。



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但面對(duì)病原體的入侵,我們也絕非坐以待斃。下圖是正常的人類血液細(xì)胞,除了柿餅狀的紅細(xì)胞、圓片狀的血小板外,還可見眾多白細(xì)胞。它們是人體重要的免疫細(xì)胞,主要包括嗜中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞等5種類型。


掃描電子顯微鏡成像。圖片來(lái)源@Wikimedia Commons




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其中,嗜中性粒細(xì)胞(也稱中性粒細(xì)胞)是人體白細(xì)胞中占比最多的類型,也是人體抵御細(xì)菌、真菌等病原微生物的重要防線。下圖是正在吞噬炭疽桿菌的中性粒細(xì)胞。


橙色條狀為炭疽桿菌,黃色為中性粒細(xì)胞;掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@Wikimedia Commons




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下圖則是正在吞噬耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)的中性粒細(xì)胞,幸運(yùn)的話,這些被吞噬的細(xì)菌將被中性粒細(xì)胞中的溶菌酶等溶解消化。而殺死細(xì)菌后,中性粒細(xì)胞也將死亡,成為膿細(xì)胞,即人們所說(shuō)的“化膿”。


黃色球形為MRSA,紫色為人類中性粒細(xì)胞;掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




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當(dāng)白細(xì)胞中的單核細(xì)胞離開血管進(jìn)入組織后,可分化產(chǎn)生巨噬細(xì)胞,它們能吞噬游離的病原體、死亡細(xì)胞和細(xì)胞殘片等。下圖中一個(gè)小鼠巨噬細(xì)胞正在延伸它細(xì)長(zhǎng)的假足以吞噬可能是病原體的顆粒。


圖片來(lái)源@Wikimedia Commons




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完成吞噬后,巨噬細(xì)胞將利用溶酶體消化這些病原體,并將病原體的特異性抗原整合至細(xì)胞膜,這種“抗原呈遞”效應(yīng)將刺激免疫系統(tǒng)針對(duì)病原體產(chǎn)生抗體。下圖中,在裂解的小鼠巨噬細(xì)胞里,暴露出被吞噬的土拉弗朗西斯菌(Francisella tularensis )。


黃色為巨噬細(xì)胞,藍(lán)色球形的是土拉弗朗西斯菌;掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




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但這些免疫細(xì)胞并非每一次都如此幸運(yùn),下圖便是成功殺死人類中性粒細(xì)胞并從中逃逸的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)。這種“超級(jí)細(xì)菌”于1961年首次在英國(guó)發(fā)現(xiàn),對(duì)包括甲氧西林在內(nèi)的多種青霉素類抗生素具有抗藥性,可引發(fā)癤甚至壞死性筋膜炎。


黃色球狀為MRSA,紅色為中性粒細(xì)胞;掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




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此外,免疫細(xì)胞自身也有可能遭受病原體的感染,從而喪失免疫能力。下圖是被人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus)感染的人類T淋巴細(xì)胞。進(jìn)入宿主細(xì)胞的HIV會(huì)將自己的遺傳物質(zhì)整合進(jìn)宿主細(xì)胞的DNA中,并隨著宿主細(xì)胞一起復(fù)制,并可能引發(fā)艾滋病,導(dǎo)致免疫功能的缺陷。最終宿主將因感染、癌癥等疾病侵襲死亡。截至2018年底,全球約有3790萬(wàn)人感染HIV。


藍(lán)色為人類T淋巴細(xì)胞,附著在其表面的黃色球形為HIV;掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




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然而免疫反應(yīng)也并非越強(qiáng)越好。在白細(xì)胞中還存在一種特殊的淋巴細(xì)胞——調(diào)節(jié)T細(xì)胞(Regulatory T cell),以調(diào)節(jié)、控制自身免疫反應(yīng)。如果沒有它,過(guò)度的免疫反應(yīng)將使免疫系統(tǒng)“認(rèn)友為敵”,攻擊自身正常細(xì)胞,最終造成“自我毀滅”。

調(diào)節(jié)T細(xì)胞(紅色)正與抗原呈遞細(xì)胞(藍(lán)色)相互作用,誘導(dǎo)其產(chǎn)生抑制性受體,抑制免疫反應(yīng)激活;掃描電子顯微鏡成像,后期著色。圖片來(lái)源@NIAID




·



這個(gè)“看不見”的世界
與漫長(zhǎng)的生命進(jìn)化史如影相隨
而人類首次通過(guò)顯微鏡看到它們
僅僅是三百多年前的事
它的復(fù)雜程度
也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們的想象


即便在這個(gè)人類文明空前發(fā)達(dá)的時(shí)代
全球每年因各類傳染病
孕產(chǎn)婦和新生兒疾病
以及營(yíng)養(yǎng)不良造成的死亡人數(shù)
仍接近1000萬(wàn)人
突如其來(lái)的疫情仍毫無(wú)防備地發(fā)生


但縱觀人類歷史
再兇狠的病菌、再慘烈的疫情
也沒能讓人類走向滅亡
因?yàn)榭傆心敲匆蝗喝?/section>
無(wú)論時(shí)局如何艱難

依然孜孜不倦、摸索探尋

為我們解開一場(chǎng)場(chǎng)

恐慌、痛苦、死亡背后的真相

而站在他們的肩膀上

我們才能看見曾經(jīng)一無(wú)所知的世界

我們才有信心依然對(duì)明天充滿期待




創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)
撰稿:木蘭減字
編輯:李張子薇
圖編:任炳旭
審校:冬冬,李張子薇
封面圖片:健康的人類T淋巴細(xì)胞,來(lái)源@NIAID



- The End -



星球研究所
一群國(guó)家地理控,專注于探索極致世界



特輯:當(dāng)世界放大100000倍

圖文簡(jiǎn)介

縱觀人類歷史,再兇狠的病菌、再慘烈的疫情,也沒能讓人類走向滅亡,因?yàn)榭傆心敲匆蝗喝耍瑹o(wú)論時(shí)局如何艱難,依然孜孜不倦、摸索探尋為我們解開一場(chǎng)場(chǎng)恐慌、痛苦、死亡背后的真相。