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          衡水中學:從高中生物學科核心素養角度看新型冠狀病玻璃假面毒感染的肺炎疫情

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            2019年12月以來,湖北省武漢市持續開展流感及相關疾病監測,發現多起病毒性肺炎病例,均診斷為病毒性肺炎/肺部感染。經科學檢測,導致此次傳染病的病原體為2019新型冠狀病毒,即“2019-nCoV”。人感染瞭冠狀病毒後常見體征有呼吸道癥狀、發熱、咳嗽、氣促和呼吸困難等。在較嚴重病例中,感染可導致肺炎、嚴重急性呼吸綜合征、腎衰竭,甚至死亡。

            冠狀病毒外有包膜,這層包膜主要來源於宿主細胞膜(磷脂雙分子層和膜蛋白),但也包含有一些病毒自身的糖蛋白。膜表面有三種糖蛋白:刺突糖蛋白(S,是受體結合位點、溶細胞作用和主要抗原位點);小包膜糖蛋白(E,與包膜結合的蛋白);膜糖蛋白(M,負責營養物質的跨膜運輸、新生病毒出芽釋放與病毒外包膜的形成)。少數種類還有血凝素糖蛋白(HE蛋白)。冠狀病毒的核酸為單股正鏈RNA。

            就當前發生的疫情,筆者從生物學科核心素養的角度加以粗淺解讀,望給各位同學、同仁以啟示。

            (一)生命觀念

            1.結構與功能觀

            (1)病毒的特異性

            病毒之所以對其所寄生的宿主具有特異性,原因是其表面的蛋白質能特異性地識別並結合宿主表面受體蛋白,而不同類型的生物、同一類型生物不同細胞表面的蛋白質的種類有差別。所以病毒蛋白的特異性的結構決定瞭其所感染的對象。

            (2)簡單的結構有利於其快速繁殖

            相對於其他生物,病毒結構極簡單。即便是真病毒,它們的結構也主要或僅有核酸和蛋白質兩種物質。在漫長的進化歷程中,它們僅保留瞭感染和繁殖的必備的極少數基因,所以它們感染宿主時,可以做到輕裝上陣。以T2噬菌體為例,在其遺傳物質的指導下,合成瞭核酸和蛋白質後經組裝便可成子代個體。隻要條件適宜,它繁殖速度比細菌還要快。

            簡單就是力量,小小的病毒也體現瞭這樣深刻的哲學道理。

            (3)包膜結構賦予其更強毒性

            冠狀病毒的外面還有包膜,相比沒有包膜的病毒,它“自我保護能力”更強大,致病能力往往更強。

            2.進化與適應觀

            (1)2019新型冠狀病毒與其宿主的共同進化

            蝙蝠存在瞭8800萬年,幾乎與恐龍是同時代。據目前人類的研究,蝙蝠是超級病毒的攜帶者,它身上能攜帶超過100多種毒性極大、兇險無比的病毒,有埃博拉病毒、狂犬病病毒、SARS病毒等。

            那麼,蝙蝠為何攜帶病毒卻不生病?

            網絡上有的文章說,“蝙蝠有逆天的免疫系統,強有力的防禦功能,很難被異物傷害,病毒也無法對蝙蝠產生作用。”

            從共同進化的角度出發,我們應當從兩個方面來分析這個生物現象。蝙蝠與其攜帶的病毒是共同進化來的:一方面,蝙蝠中免疫能力低下的在自然選擇過程中已經被淘汰,留下的個體是經過自然選擇之後性狀更加優良的個體;另一方面,病毒中毒性極強的個體已經隨宿主的死亡而失去瞭繁殖下一代的機會,相應的基因也逐漸被淘汰,而毒性弱、繁殖力強的病毒在與蝙蝠長期共同進化的過程中存留瞭下來。

            (2)生物適應環境具有相對性

            人作為萬物之靈長,為何感染瞭包括SARS病毒、2019新型肺炎病毒後顯得免疫力這麼低下呢?

            人的免疫系統有三道防線組成。這三道防線都是在人類長期進化過程中形成的。但在人類進化的過程中,SARS病毒、2019新型肺炎病毒這類病毒是一直處於“缺席”的狀態,所以人體對其免疫能力相對低下。由此可以看出,人雖然有強大的特異性免疫,能產生上百萬種抗體,但這種適應的能力也是有一定的限度的,也僅僅是適應其所生存的環境;而一旦遇到之前所未遇到的環境因素,生物即會在一定程度上表現出不適應性。

            3.穩態與平衡觀

            因為人體免疫系統對SARS病毒、2019新型肺炎病毒反應相對遲鈍,而病毒的繁殖周期又非常短,所以當它們突破人的第一、二道防線後,在第三道防線產生作用前,就已經大量繁殖瞭,從而引起人相關器官功能下降,引起人體的穩態失衡。

            一般認為,病毒侵染機體後,會導致機體下丘腦的“體溫調定點”上升,從而導致人的體溫上升。冠狀病毒對溫度很敏感,在33℃時生長良好,但35℃就使之受到抑制。由於這個特性,冬季和早春是該病毒疾病的流行季節。所以,體溫上升上升有利於機體快速清除病毒以維持機體的穩態,從這個意義上講,體溫上升也是生物適應環境的表現。

            但是,事物總是具有兩面性,一方面,人體溫上升有利於抵禦病毒;另一方面,人體對病原體的過度敏感導致人在感染病毒期間體溫持續偏高,這也嚴重影響瞭幾乎所有酶的活性,從而影響瞭人體的正常代謝。關於對病毒的敏感性這一點,人與冠狀病毒的天然宿主——蝙蝠表現得截然相反,這是也後者能與之長期和諧共處的重要原因。

            (二)科學思維

            1.檢測新型冠狀病毒的方法

            檢測傳染病的策略通常有兩種,檢測病原體本身,或檢測人體為瞭抵抗病原體而產生的抗體。

            (1)檢測病原體抗原。需要利用基因工程或動物細胞工程的方法制備單克隆抗體,利用抗體與抗原做抗原——抗體雜交。若出現雜交帶,則說明已經感染相應的病原體。本檢測的不足是:在感染之初,病原體抗原含量也較低,抗原不容易檢測到。

            (2)檢測病人的體液中相應的抗體。與上述相反,利用基因工程或其他方法獲得的病原體的抗原與待檢病人的體液做抗原——抗體雜交。若出現雜交帶,則說明已經感染相應的病原體。本檢測的不足是:由於抗體產生需要時間,一般幾天至幾周不等,有些免疫功能較弱的病人可能抗體量很低,容易造成假陰性(已經感染,但是測試結果看起來沒有被感染)。

            (3)檢測病原體的核酸序列。提取冠狀病毒的RNA,進行RT-PCR,即反轉錄後再進行PCR,再用熒光探針實時檢測擴增產物。這種檢測方法的原理是DNA分子雜交。這種方法很靈敏,也能夠很好地定量。2020年1月13日至14日,多傢公司研發出核酸檢測試劑盒,科華生物最早開始組織規模化的生產。新型冠狀病毒試劑盒正式獲批直供醫院,使確診時間大大縮短,最短僅需兩個小時。試劑盒的快速生產為新型冠狀病毒的確診提供瞭必要條件,近兩日,確診病例呈指數增加也都是在意料之中。

            2.病毒的傳播與預防

            病毒一般會以某種載體進行傳播,往往不會脫離載體而彌散在空氣中進行傳播。就以導致人類疾病的病毒而言,其傳播往往離不開人的體液。不論HIV、SARS病毒,還是現在肆虐的新肺炎病毒,概莫能外。經過前些天的摸索,人們歸納、概括、總結出2019新肺炎病毒傳播的途徑:①直接傳播,患者噴嚏、咳嗽、說話的飛沫,甚至呼出氣體被近距離接觸者吸入,導致感染;②氣溶膠傳播,飛沫混合在空氣中,形成氣溶膠,吸入後導致感染;③接觸傳播,飛沫附在物體表面,手接觸被污染後,再接觸口腔、鼻腔、眼睛等粘膜,導致感染。

            基於以上分析,預防傳染病最有效的預防措施首先就是隔離,盡量減少外出、聚會等;若要外出,一定要戴口罩。此外,還要註意衛生勤洗手,避免接觸野生動物,警惕異常癥狀,及時就醫等。

            (三)科學探究

            當出現傳染病後,首要的應急和防控措施就是控制傳染源,其次是切斷傳播途徑、保護易感者。

            經過筆者查閱、搜索資料和報道,整理出以下的研究歷程與線索:

            1.醫務人員、研究人員基於相似、相同癥狀且有傳染性確定有傳染病。

            2.基於一定事實推測武漢是傳染源。當疫情出現後,研究相關傳染病的專傢指出,患者要麼去過武漢,要麼來自武漢,並結合其他的信息,迅速確定傳染源應當在武漢,這一推測與假說為後期的行動指明瞭方向。

            3.通過樣本分析確定武漢是傳染源。然而,推測需要實驗與事實作為支撐。中國疾控中心病毒病所持續攻堅,該所首次從武漢華南海鮮市場的585份環境樣本中,檢測到33份樣品含有新型冠狀病毒核酸,並成功免費毛片全部不收費的在陽性環境標本中分離病毒,提示該病毒來源於華南海鮮市場銷售的野生動物。但這次暴發的冠狀病毒的中間宿主和直接源頭,還無法確定。

            4.系統研究確定病毒為新病毒且最可能來自蝙蝠。1月29日最新發表於國際醫學期刊柳葉刀的一篇研究論文對病毒的宿主有進一步的研究。研究樣本來自9名住院病人,其中8人有武漢華南海鮮市場暴露史,研究人員從患者的病原體中提取瞭8個完整和2個部分2019-nCoV基因組序列。相比於和SARS-CoV(約79%)、MERS-CoV(約50%)的相似性,2019-nCoV與兩個蝙蝠SARS樣冠狀病毒關聯更密切(同源性為88%)。研究數據可以香蕉免費永久精品視頻看出,感染的9名患者樣本基因組序列幾乎相同,這意味著該病毒最近才在人類中出現。2019-nCoV與SARS-CoV的差異很大,被認為是一種新的可感染人類的冠狀病毒,與蝙蝠冠狀病毒的密切關聯性反映瞭蝙蝠可能是該病毒的原始宿主。

            5.推測斷定還有中間宿主。據相關網站報道,華南海鮮市場出售野生動物,可是那裡應該並不出售蝙蝠,而某些人通過食用或其他方式接觸瞭野生動物感染瞭蝙蝠體內的病原體,所以可以推測被人們所出售的野生動物可能是一個中間宿主。

            科學研究是一個持續的過程,究竟蝙蝠是不是此次冠狀病毒的天然宿主,究竟華南海鮮市場野生動物的販賣者及食用者或親密接觸者是不是本次疫情的始作俑者?研究還在進行中,直到真相昭然於天下。

            筆者撰寫本文不是要定性病毒的自然宿主究竟是哪種動物,傳染源究竟是哪裡,而是想借相關報道的材料說明研究與發現的歷程。

            生物學科是一門基於科學實驗的學科,觀察現象後提出問題,根據問題做出假說,基於假說設計實驗並實施實驗,讓實驗數值證實或證偽,是所有研究過程所遵循的一般過程。

            (四)社會責任

            1.相信科學,積極面對

            有人說,此次疾病若在100年前爆發,它將會是人類的大災難。盡管此言具有一定的臆測性,但相信大多數人不會持反對態度。截止2020年2月2日 24時,國內患者共計17205人,治愈病例475例,死亡361例。在醫院治療的大多患者病情穩定,情緒平穩。精密的佈置、科學的指導、有力的防控,全國發達的交通網絡與春節期間人口的極高流動性與相對低的發病率、疫情的迅猛性和病毒的高致病性與低死亡率之間的反差,強有力地說明瞭一點:此毒最猛,但可防、可控、可治,我們完全沒有必要恐慌。

            我們需要的是基於對科學的認知而應有的謹慎而淡定、關切而不憂慮、積極而不慌亂的態度與處事風格。

            2.不信謠言,不傳謠言,不造謠言

            “謠言止於智者”,“沒有調查研究就沒有發言權”。我們應當將基於事實或實驗而發表言論或結論當成一種內化於心的自覺。作為高中生,使它成為自身生物學科核心素養的一部分;將來我們步入社會,成為社會的一

            近幾天,雖然疫情發展“有點迅猛”,但一方面,診斷試劑盒的使用,使診斷的時間大幅縮短,本來就患病但未確定的病例在較短時間內確診瞭;另一方面,數據分析顯示最近出現瞭漲幅回落的跡象。1月28日,鐘南山院士表示,隻要措施做到位,正月十五之前,很可能會出現疫情拐點,不會再大規模增加瞭。

            3.疫苗研制,八方給力

            疫苗的本質是抗原,它註射到人體後,引發人的特異性免疫,使人產生抗體和記憶細胞;當相應的病原體進入機體時,可以被迅速識別,盡快被清除,從而有效地避免人罹患相應的患病。

            1月28日,李蘭娟院士領導的杭州國傢重點實驗室分離出瞭3株新型冠狀病毒的毒株,這意味著我們離擁有疫苗又近瞭一步。1月29日,馬雲公益基金會宣佈,捐贈一億元人民幣用於支持冠狀病毒的疫苗研發。

            普天之下為命運共同體,四海神州同胞一傢人。研究者出心力,愛心人士出財力。“天若有情天亦老”,可歌可頌不可泣的一部壯麗詩篇,正在被華夏兒女用行動書寫著。

            4.保護自然,和諧共處

            2005年,中科院武漢病毒研究所石正麗研究團隊中華菊頭蝠是SARS病毒的源頭。果子貍可能隻是病毒的一個中間宿主,它可能是被中華菊頭蝠感染,從後者身上得到瞭這種病毒。

            鐘南山後來曾經諄諄告誡,若不加以重視冠狀病毒傳染源頭及野生動物食用的問題,非典可能卷土重來。似乎一語成讖,2019年,還是冠狀病毒,還是下呼吸道感染,還是蝙蝠。

            我們為什麼沒有做到“不貳過”?

            原因恐怕是我們沒有敬畏自然,沒有看到人的自然屬性從而與其他的物種和諧共處,而一味地追求所謂營養豐富的“野味”。在瘋狂向大自然索取的同時,受到瞭無情的懲罰,也連累瞭同胞。

            老子在幾千年前說過:“人法地,地法天,天法道,道法自然。”所以,我們要遵循大自然本來的規律做事,不破壞環境,與其他生物和諧共處,取所當取,食所當食用,不粗獷無禮,不標新立異,做新時代守法守禮不逾矩的好公民。

            5.擁抱瑰寶,弘揚阿裡雲文化

            1月31日晚,人民日報發佈消息稱,中國科學院上海藥物所和武漢病毒所聯合研究初步發現,中成藥雙黃連口服液可抑制新型冠狀病毒。

            看到此消息,我相信不少人會想起幾個關鍵詞:屠呦呦、青蒿素、瘧疾。當年,屠呦呦曾說,中國郭碧婷再被疑懷孕醫藥學是一個偉大寶庫,青蒿素正是從這一寶庫中發掘出來的。而最近關於“雙黃連”有抑制新型冠狀病毒的奇效,又一次印證瞭屠呦呦的的論斷。這可能要讓一小部分一直崇洋媚外、目光鎖定在西方的人動搖觀念瞭:中藥試行.天休息制醫文化歷久彌新,依然是世界醫藥方面的瑰寶。

            作為新時代的公民,應當擁抱中華文化,相信中華文化,傳播中華文化,運用中華文化造福中華,影響世界。

            當然,以上消息一經報道,很多藥店的雙黃連口服液一夜脫銷。事實上,我們隻要做好防護與預防,我們根本用不著雙黃連口服液;可是,一旦我們去買藥時不小心感染瞭新肺炎病毒,僅在傢裡喝雙黃連口服液可能不僅治不瞭自己的病,而且還會感染全傢。所以,我們說,要理性,要運用科學思維分析問題,任何時間都不要聽到什麼就馬上做什麼,絲毫沒有自己的判斷與分析。

            6.愛黨愛國,傳遞正能

            7天建一所容納千人以上醫院、封城封村、全國各個部門聯動等等。這些在西方看來根本不可能的事情,卻在中國順利進行。西方有人士說,封像武漢這樣的大城市,在西方國傢幾乎不可能;聯合國相關人士高度贊揚中國防控力度,盛贊中國各個部門的通力合作。

            而這一切,得益於我們的制度,得益於中國共產黨正確而強有力的領導。習總書記說,社會主義制度能夠集中力量辦大事。通過中國的快速發展眾多技術獨占世界鰲頭、最近疫情的防控等方面將“社會主義集中力量辦大事”這一點演繹得淋漓盡蝕骨危情致。

            從生物現象中提升生物學科思維能力,利用生物學科的知識與視角解讀生物學現象、解決相關的問題,是高考所要求,更是社會發展的要求。我們生在世界上最偉大的國度,生逢最佳的社會發展機遇,我們有理由利用最優質的教育資源將自己打造成祖國的棟梁之才,為中華的偉大復興貢獻力量!

            附:病毒方面相關知識

            1.結合高中知識對病毒的分類認識:

            (1)按遺傳物質分類:DNA病毒、RNA病毒

            (2)按宿主分類:植物病毒、動物病毒、細菌病毒(即噬菌體)

            (3)按化學組成分類:真病毒(至少含有核酸和蛋白質)、亞病毒(僅含有核酸或蛋白質)

            (4)根據RNA能否直接起mRNA作用而分成單股正鏈RNA病毒(正股RNA病毒)與單股負鏈RNA病毒(負股RNA病毒)兩種。正股RNA病毒(如脊髓灰質炎病毒)的單股RNA可33d直接起mRNA作用,轉譯早期蛋白質,包括RNA多聚酶和抑制宿主細胞合成代謝的調控蛋白。負股RNA病毒的單股RNA不能作為mRNA,稱為負股,須先合成互補股(正股)作為mRNA,再轉譯蛋白分子,而後產生核酸的復制型,成為合成子代病毒RNA的模板。

            2.學術上關於病毒的分類命名:

            依據病毒的形態、毒粒結構、基因組、化學組成等毒粒性質,病毒的抗原性質等諸多生物學方面的性質,經國際病毒分類委員會批準,於1998年通過瞭關於新的病毒命名規則。該規則確定瞭采用目、科、屬、種為分類等級;經過修改和補充,現在的分類系統將已發現的病毒分為dsDNA病毒(即雙鏈DNA病毒)、亞洲圖片歐美圖片在線視頻SSDNA病毒(即單鏈DNA病毒)、DNA和RNA逆轉錄病毒、dsRNA病毒等八大類,共包括62個病毒科、9個病毒亞科、233個病毒屬。

            3.冠狀病毒

            冠狀病毒在系統分類上屬冠狀病毒科冠狀病毒屬,因外形像王冠,所以叫冠狀病毒。冠狀病毒屬的病毒是具外套膜的RNA病毒,可以感染人、鼠、豬、貓、犬、狼、雞、牛、禽類脊椎動物。

            2003年冠狀病毒一個變種SARS病毒引起非典型肺炎。SARS是一種起病急、傳播快、病死率高的傳染病,被傳染的病人多數都與患者直接或間接接觸,或生活在流行區內。

            該病毒主要通過近距離的空氣飛沫,接觸病毒感染者的呼吸道分泌物和密切接觸進行傳播,另外,患者的消化道排泄物及其污染的水、食物和物品等也是重要的傳播途徑。(此段摘自《微生物學》(第2版)沈萍 陳向東)

            4.病毒的培養

            病毒是營寄生生活的生物,隻能借助生活的細胞進行繁殖。並且病毒的特異性強,對寄主有專一性。所以病毒培養必須利用活細胞,並且需要特定的活細胞。

            T2噬菌體侵染大腸桿菌的過程可分為吸附、註入、合成、組裝等幾個步驟。

            (特別聲明:圖片來自網絡,文中援引很多人研究成果,由於時間倉促未一一考證並標註,在此鳴謝)

            作者:生物中心教研室 趙鵬老師