问题

新冠病毒会在几年内或者什么情况下到达变异的极限和对人类的最佳适应(peak fitness)?

回答
关于新冠病毒变异的“极限”以及它与人类“最佳适应”的问题,其实是一个非常复杂且充满不确定性的领域。科学界对此并没有一个确切的答案,因为它涉及到病毒演化、免疫学、流行病学等多个层面,并且病毒的演化本身就是一个动态、不断变化的过程。

理解“变异的极限”和“最佳适应”

首先,我们得明白,病毒变异是其生命周期的固有部分。病毒的遗传物质(RNA或DNA)在复制过程中会发生随机的错误,这些错误就是变异。大部分变异是中性或有害的,会被自然选择淘汰。但少数变异可能会赋予病毒一些优势,例如更强的传播能力、逃避免疫原有的能力,或者对现有药物的抵抗力。

“变异的极限”: 如果非要说“极限”,那可能指的是病毒在不失去其基本复制和感染能力的前提下,能够发生的、对它自身最有利的那些变异组合。但这并非一个固定的“终点”。病毒的演化是一个持续的“军备竞赛”。人类有免疫系统来对抗病毒,而病毒则通过变异来“绕过”免疫系统的防御。这个竞赛可能永远不会有绝对的“赢家”,除非病毒因为某种原因(比如彻底灭绝宿主,或者自身无法再复制)而停止演化。
“对人类的最佳适应(peak fitness)”: 这句话有点容易引起误解。病毒的目标不是“适应人类”,而是“最大化其自身的传播和生存”。当说“对人类的最佳适应”时,通常指的是病毒的哪些变异能够让它在传播上更有效,同时又不会杀死宿主太快,以免影响传播的持续性。病毒演化不等于“为人类服务”。相反,它是以人类的“代价”来换取自身的传播优势。

新冠病毒的演化轨迹与可能的情景

新冠病毒(SARSCoV2)自2019年末出现以来,已经经历了多次重要的变异株,比如Alpha、Beta、Gamma、Delta,以及现在占主导地位的Omicron及其亚型。这些变异株的出现,一定程度上反映了病毒在传播和逃避免疫方面的“选择压力”。

1. 传播能力(Transmissibility): 病毒演化的一个主要驱动力是提高传播效率。像Omicron这样比Delta更具传播优势的变异株,说明它在感染人类细胞、进入呼吸道、以及在人群中传播方面找到了更优化的方式。这不代表病毒“更聪明”了,而是其基因组中的某些突变组合恰好赋予了它这种能力。

2. 免疫逃逸(Immune Evasion): 随着全球大规模接种疫苗和自然感染形成的免疫屏障,病毒面临着来自人体免疫系统的巨大压力。能够逃避免疫的变异株(例如Omicron的刺突蛋白上的大量突变)更容易在已经有免疫基础的人群中再次感染,从而获得传播优势。

3. 致病性(Virulence): 病毒的致病性与其传播性之间存在一种微妙的权衡。如果病毒致病性太强,会导致宿主迅速死亡或严重虚弱,这会阻碍其传播。相反,如果致病性太弱,宿主可能不会出现明显的症状,反而可能更隐匿地传播。历史上的许多冠状病毒(如导致普通感冒的某些冠状病毒)最终演化成了季节性、相对温和的呼吸道疾病。SARSCoV2是否会沿着这条路走,还有待观察。

病毒演化到“极限”的可能性和时间线

何时会到达“极限”? 很难预测。病毒演化的“极限”不是一个静态的终点。它更像是一个不断被推移的目标。
技术性极限: 病毒在结构和功能上存在物理和生物化学的限制。例如,刺突蛋白的结构可以容纳的突变数量是有限的,过多突变可能会破坏其与ACE2受体的结合能力,或者影响其在细胞内的复制。
生态性极限: 病毒需要在宿主(人类)存活的时间内完成传播。如果病毒变得过于致命,导致宿主死亡过快,它的传播链就会中断。反之,如果它变得非常温和,但又无法有效地在人群中传播,它也可能逐渐衰退。
人类免疫的“适应”: 随着疫苗的不断更新、新的治疗方法的出现,以及人群免疫水平的提高,人类社会也在不断“适应”病毒的存在。这种适应反过来也会对病毒的演化施加新的选择压力。

几年内? 病毒演化的速度非常快,但“达到极限”是另一个概念。
可能性不大: 除非发生某种“灭顶之灾”式的变异(比如病毒突然变得无法感染人类),否则很难说病毒会在“几年内”到达一个绝对的“极限”。病毒会不断地尝试各种变异组合,寻找传播优势。
可能出现的“稳定期”: 也许在未来某个时间点,病毒演化出了一套相对稳定的变异组合,它能够有效地传播,但致病性处于一个不至于导致大规模社会崩溃的水平,并且能够部分地逃避免疫,形成一种“地方性流行”的状态。但这只是“相对稳定”,新的变异株仍然可能出现。

人类与病毒的“最佳适应”

与其说病毒“适应人类”,不如说人类需要“适应”病毒的长期存在。

人类的“最佳适应”: 这种适应更侧重于建立一个可持续的公共卫生策略,以及提升个体和群体的抵抗力。
疫苗的持续更新: 就像流感疫苗每年都需要根据当年流行的病毒株更新一样,新冠疫苗也可能需要定期接种或更新,以应对主要的变异株。
抗病毒药物的研发: 开发更有效的抗病毒药物,降低重症和死亡的风险。
早期诊断和监测: 建立强大的监测系统,能够快速发现新的变异株,并及时调整公共卫生措施。
提升整体健康水平: 改善生活方式,增强免疫力,也能帮助个体更好地应对感染。
社会经济的适应: 调整社会运行模式,使其能够在病毒存在的背景下维持正常运转。

总结来看

新冠病毒不太可能在几年内“到达”一个绝对的变异“极限”或“最佳适应”。病毒的演化是一个持续的过程,它会不断地寻找新的传播优势,这取决于其基因组突变的可能性、自然选择的压力(包括人类免疫系统和公共卫生措施)以及与其他病毒的竞争。

我们更可能看到的是,新冠病毒随着时间的推移,其变异株的组合会不断调整,以平衡传播效率和致病性,同时也在不断“测试”人类的免疫屏障。最终,病毒可能演变成一种在人群中广泛存在,但对大多数人来说,不会造成严重威胁的季节性呼吸道疾病,类似于我们今天面对的许多其他普通感冒病毒。然而,这个过程的具体时间表以及最终的形态,都充满了未知数,并且会受到人类采取的各种干预措施的深刻影响。

与其等待病毒“到达极限”,不如说人类需要学习如何与这个不断变化的病毒“共存”,通过科学、医疗和公共卫生的进步,将病毒的影响降到最低。

网友意见

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————2021年12月6日第二次更新————

Omicron横空出世,

常年不上推的大佬KG Anderson老师也一反常态地跳出来打脸了~

惊不惊喜意不意外?

————2021年9月21日第一次更新————

老夫个人公众号上更新了对Balloux老师扒皮的内容,请品鉴:


————以下是2021年9月4日原回答————

谢邀。

又到周末了,借这个问题例行贩卖一个焦虑吧。


一、

Peak fitness这个概念自然是有道理的。

但这是一个演化生物学领域偏深奥的概念,不是一个适合用通俗语言解释清楚并借以向大众直观描述疫情走向的概念。

所以很奇怪为啥突然就冒出来这么一小撮科学家,比如说带头的这位:

跑到推特这种智商准入门槛基本为零的平台大力吹peak fitness~

或者这么说吧,咱如果一定要用peak fitness理论来讨论突变毒株演化方向呢,咱至少得先搞清楚fitness landscape、quasispecies、epistasis、survival of the flattest等一大坨基础知识,然后手撕一大堆公式,最后建个模……

反正你们谁行谁上吧,老夫这种玩票的搬运党还是梭边边好了~

但各位请放心,以上步骤咱碰都不用碰。

——因为,请品鉴啊[1][2]

谁说peak只有一个???


二、

而且吧,演化生物学意义上的peak不仅不止一个,

这玩意儿它甚至从来就不是固定的。

Fitness landscape理论的创始人休厄尔·赖特老爷在1932年提出peak这个概念时,他可是这么说的,请品鉴[3]

(顺便召唤野生翻译君)

所以这peak根本就是千变万化的嘛,那还说个J8?


三、

咱不妨再考虑一个问题——某种病毒毒株要怎么样才能达到peak fitness?

嗯嗯嗯?

闪现过去吗?星际传送过去吗?

显然不可能。

关于抵达peak的方式,科学家们取了个形象的名字,叫做:

ADAPTIVE WALK

——请品鉴:

(顺便继续召唤野生翻译君~)

既然是要靠“walk”,那么各位不妨继续猜猜:

病毒的踏脚石是啥呢?

嗯嗯嗯?

所以情况就是这么一个情况~

所谓的peak fitness,其实是为了给某个已被批倒批臭的理论遮羞而生搬硬套的理论而已。

Balloux老师这些小把戏实在是瞒不过人哎~


——贩卖焦虑警告——

四、

咱不妨继续假设一下啊,某种毒株最终达到了peak fitness。

或者就按照Balloux老师的说法好了——Delta成功登顶。

那么其他所有不属于Delta系的毒株会怎么样?

乖乖去死吗?


关于这一点,咱不妨继续参考参考目前研究得最透彻的病毒-宿主协同演化实例——澳洲穴兔和粘液瘤病毒(MXYV)。

话说高中生物教科书上写道,小兔兔们靠着肉身抗疫,成功压低了病毒毒力;

老夫之前又曾经八卦过,病毒直接掀了桌,演化出急性免疫抑制的终极大招[4]

但其实吧,以上两种情况不是故事的全貌。

小兔兔和MXYV的军备竞赛,最终结局其实是这样的……

——请品鉴[5]

短短几十年时间,最初引进土澳的SLS株就分化成几十种毒力/病死率差异巨大的独立毒株(strain)。

其中有一些毒力减弱,长期稳定存在,并且流行率长期占优,说是peak fitness也没啥毛病。

但其他毒株乖乖去死了吗?

比如老夫用红框框出的BRK/12-2-93,这货就是咱上次八卦过,搞得小兔兔们急性免疫系统崩溃和败血性休克的奇行种——这尼玛连疾病表型都变异得亲妈不认了……还不是混得风生水起~

而光是在检出BRK/12-2-93的堪培拉地区,就同时存在着好几种毒力参差不齐的独立毒株。

所以peak fitness有球用啊?它能帮小兔兔们躲开病死率99%的BRK/12吗?


大周末的,再添加一坨含焦量得了。

独立毒株还远远算不上bad ending。

独立毒株继续演化下去的话呢,必然会发生的是——

血清分型。

所以各位不妨猜猜:

为啥登革热有四种血清型?

为啥脊灰病毒有三种血清型?

为啥狂犬病毒只是利莎病毒的七种血清型之一?

为啥新冠病毒只配有一种血清型?

处于peak fitness状态的Delta凭啥阻止其他屁民毒株最终演化成不同的血清型?

参考

  1. ^ https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1227710
  2. ^ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4474369/
  3. ^ https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/fitness-landscape
  4. ^ https://www.zhihu.com/question/476151987/answer/2035495406
  5. ^ https://www.researchgate.net/publication/257073951_Genome_Scale_Evolution_of_Myxoma_Virus_Reveals_Host-Pathogen_Adaptation_and_Rapid_Geographic_Spread
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感染者病毒载量越大,越容易传播。

病毒代际间隔越短,越容易传播。

病毒对气候适应性越强,越容易传播。

病毒传播途径越广泛,越容易传播。

病毒突破免疫能力越强,越容易传播。

病毒对人体免疫系统抑制能力越强,越容易传播。

病毒潜伏期越长,越容易传播。

存在无症状感染者,有利于传播。

但只要传播能力足够强,重症率高并不影响传播。


只要病毒存在一天,变异就不会停止。

病毒如果有能力称霸地球,为什么要和人类妥协呢?

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