本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
當艾滋病病毒在 20 世紀初的某個時候從黑猩猩傳播到人類時，它跨越了數百萬年進化的鴻溝。但科學家上週宣佈，菸草環斑病毒完成了一次令人難以置信的躍遷。它跨越了一個約 16 億 年的巨大鴻溝。
這對它的新宿主——蜜蜂來說，可能是一個壞訊息，蜜蜂是農作物的媒人，蜂蜜的帶來者。這兩項服務都是人類永遠感激不盡的，而且就前者而言，可能是無法離開的。蜜蜂為我們大多數水果和堅果作物以及許多蔬菜（總共約 90 種）授粉，沒有蜜蜂，人類的營養將會匱乏。然而，短缺是我們正在面臨的可能性，因為近年來美國的蜜蜂數量一直在下降，原因似乎既多樣又難以捉摸。蜂群崩潰失調，不管它叫什麼名字，最早在 2006 年被報道，並且已經在全球範圍內蔓延。許多病毒、寄生蟲和殺蟲劑都被牽涉其中，但尚未出現確鑿的證據。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來能夠繼續報道關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
當科學家們研究花粉在傳播已知蜜蜂病毒中可能起到的作用時，來自美國和中國的一個科學家團隊開始篩選蜜蜂和花粉中各種各樣的病毒。令他們驚訝的是，正如他們在 1 月 21 日發表在mBio期刊上的報告中所述，他們發現一種常見的植物病毒——菸草環斑病毒——似乎已經侵染了蜜蜂。這僅僅是一個短暫的過客嗎？還是它已經在與通常棲息地截然不同的地方安家落戶了？
他們的第一個線索是病毒的基因組。菸草環斑病毒是一種 RNA 病毒。雖然 DNA 作為構建蛋白質的指令的穩定儲存庫，但 RNA 是將該資訊傳遞到細胞中製造蛋白質的部分的方式。它本質上是短暫的，並在短時間後被回收。因此，RNA 聚合酶（透過複製 DNA 製造 RNA 的酶）不如 DNA 聚合酶（複製 DNA 的酶）那樣謹慎。它缺乏 DNA 聚合酶具有的關鍵校對機制（3'->5' 校對），因此，更有可能犯稱為突變的錯誤。在人類中，這不是問題，因為 RNA 單鏈的壽命很短，任何錯誤都會隨著它的破壞而結束。
但對於 RNA 病毒來說，它們的遺傳資訊就是 RNA，極高的 RNA 病毒突變率是進化的強大引擎。它產生了自然選擇可以作用的多樣性。錯誤可能很快導致畸形或功能失調的病毒粒子（對病毒來說沒什麼大不了的）或新的宿主征服（對病毒來說意義重大）。RNA 病毒已經產生了許多“名人”；艾滋病病毒是一種 RNA 病毒，SARS 和流感也是如此。該研究的作者說，RNA 病毒是最有可能導致宿主跳躍病毒或突然獲得更高毒力的感染的來源。
儘管如此，跨界傳播並非每天都會發生。大多數植物病毒確實依賴以植物為食的昆蟲來交換宿主。但實際上很少有病毒會感染這些昆蟲。一個例外是彈狀病毒科，包括狂犬病病毒的病毒科。長期以來，已知該科中的一些病毒會感染植物和動物宿主。
儘管名為菸草環斑病毒，但除了菸草外，它還感染來自 35 個以上科的許多植物，包括番茄、黃瓜、豆類和許多木本植物。這是一種喜愛植物的病毒，儘管植物肯定不會喜歡它。它會阻礙或殺死植物，並可能在此過程中使葉子變色，形成特徵性的環斑圖案。
百里菸草（Nicotiana tabacum）上菸草環斑病毒的症狀。菸草環斑病毒除了菸草外，還感染許多植物，最嚴重的是大豆。R.J. Reynolds Tobacco Company Slide Set, R.J. Reynolds Tobacco Company, Bugwood.org。CC by 3.0，透過 IPM Images。點選檢視來源和許可。
菸草環斑病毒在植物之間以多種方式傳播——該病毒並不挑剔。它可以直接透過受感染的種子傳播到下一代。或者，它可以由劍線蟲（一種微小的土壤蠕蟲，帶有刺穿植物汁液的口針）從一種植物傳播到另一種植物。任何其他吸食植物汁液或食葉昆蟲也可以做到這一點：蚜蟲、薊馬、蚱蜢或菸草跳甲，也許還有蜜蜂。蜜蜂可以透過受感染的花粉將病毒傳播到新的植物。
這就把我們帶回到出現在蜜蜂身上的植物病毒的神秘事件，它是如何到達那裡的，以及它可能在做什麼。蜜蜂以一些相當親密的方式處理花粉。它們的身體帶電，因此花粉會粘住，但它們也在後腿上攜帶花粉籃，用來裝滿花粉團。然後，回到蜂巢後，它們將花粉與蜂蜜和自己的腺體分泌物混合，製成“蜂糧”，它們稍後可能會食用。簡而言之，蜜蜂像豬在泔水中一樣在花粉中打滾，確保任何有進取心的花粉傳播病毒都有手段和動機進行宿主躍遷。然而，病毒是否在新宿主中建立了長期居留權尚不清楚。
科學家們採集了蜜蜂全身的組織樣本，以檢視病毒是否集中在它們的腸道和唾液腺中，如果它只是路過，那麼最有可能出現在那裡。他們發現了一些非常不同的東西。病毒似乎根本沒有在它們的腸道或唾液腺中複製，並且在那裡發現的病毒顆粒非常少。相反，病毒已經擴散到蜜蜂全身，並在它們的翅膀、神經、觸角、氣管和血液（技術上是血淋巴）中複製得特別好。不祥的是，它似乎特別偏愛神經組織。病毒看起來不像是一個禮貌而不唐突的客人，而更像是撬開了前門鎖，洗劫了冰箱和啤酒桶，並打電話開始安裝有線電視。
但對蜜蜂來說，訊息變得更糟。當科學家們觀察蟎蟲瓦蟎內部時，他們發現蟎蟲的腸道里充滿了菸草環斑病毒，瓦蟎與蜂群崩潰失調有關，並且以蜜蜂的有害蜱蟲狀寄生蟲為生（如果蜱蟲有餐盤那麼大）。與蜱蟲一樣，瓦蟎會消耗宿主的能量，並且已知會傳播疾病。但與蜜蜂不同，蟎蟲的菸草環斑病毒感染僅限於它們的腸道，大大降低了病毒捕食蜜蜂寄生蟲以及蜜蜂的可能性，從而消除了一線希望。
為了瞭解病毒本身可能揭示了什麼，科學家們比較了來自植物、蜜蜂和蟎蟲的菸草環斑病毒基因。蜜蜂和蟎蟲中的病毒密切相關，這意味著蟎蟲從蜜蜂那裡感染了病毒，並且它們都透過共同的祖先感染了病毒——也許是特定的蜜蜂與特定的花粉粒之間的一次不幸的相遇。此外，儲存在蜂巢中的蜂花粉——前面提到的“蜂糧”——也被同一菌株汙染了。
但是，僅憑蜜蜂體記憶體在病毒並不能揭示病毒是否造成傷害。因此，科學家們在一年多的時間裡對六個強壯的蜂群和四個虛弱的蜂群進行了取樣，以檢視菸草環斑病毒是否可能對其新的移動家園產生任何有害影響。他們尋找了這種病毒和與蜂群崩潰失調有關的各種其他病毒——其中包括畸形翅病毒 (DWV)、黑蜂王臺病毒 (BQCV) 和以色列急性麻痺病毒 (IAPV)。事實上，較高濃度的菸草環斑病毒和這些其他病毒似乎預示著蜂群崩潰。
還有許多未知數。該團隊不知道病毒是否可以在沒有從花粉頻繁重新引入的情況下在蜜蜂中持續存在。他們也不知道蜜蜂是否可以將病毒傳播回未受感染的植物。當然，這些可疑病毒是共同導致崩潰的原因，還是某種其他潛在疾病的症狀（虛弱的蜜蜂可能更容易感染病毒），或者兩者兼而有之，仍然很難說。蜂群崩潰失調的故事仍未完結。
值得反思的是，為什麼這次特殊的病毒入侵如此引人注目。一種希望征服任何新宿主的病毒——更不用說與已建立的宿主相隔超過十億年進化的病毒——必須克服幾個重大障礙。它必須遇到新的宿主。它的外殼蛋白必須進化，使其能夠進入宿主細胞，儘管改變一個或幾個稱為氨基酸的蛋白質亞基可能就足以完成這項工作。然後，病毒的基因組必須進化，使其能夠逃避其新宿主的免疫系統並劫持其細胞複製機制。最後，病毒必須找到一種從一個新宿主傳播到另一個新宿主的方法。這是一個艱鉅的任務，而菸草環斑病毒似乎已經完成了這一切，這真是非同尋常。
該研究的作者表示，這是蜜蜂可能被植物病毒汙染的花粉感染的第一個證據，但這可能不是第一個，也不會是最後一個。大約 5% 的植物病毒是透過花粉傳播的。大多數的遺傳物質是什麼？RNA。
參考文獻
Li J.L., Cornman R.S., Evans J.D., Pettis J.S., Zhao Y., Murphy C., Peng W.J., Wu J., Hamilton M. & Boncristiani H.F. & (2013). Systemic Spread and Propagation of a Plant-Pathogenic Virus in European Honeybees, Apis mellifera, mBio, 5 (1) e00898-13-e00898-13. DOI: 10.1128/mBio.00898-13