为什么病毒喜寒怕热？

最近，全国人民都被那个“新型冠状病毒”搅得很不舒服。对于这个“新型冠状病毒”的性质，各种媒体都引用专家的话说，这个新型冠状病毒与SARS病毒一样，都是喜寒怕热的。但是，为什么它们喜寒怕热？好像没有什么人来解释，本文就来说说这个为什么。

这个新型冠状病毒是喜寒怕热的，SARS病毒也是如此，其实，所有的病毒都是喜寒怕热的。为什么大家不说这个“为什么”？我看这里面有一层窗户纸，窗户纸一捅开，问题就很容易理解。但是，要捅开这层窗户纸，我们还是要从头说起。

病毒的结构是什么？病毒的中间是一个遗传物质即一个核酸分子，DNA 或者 RNA，外面是一些蛋白质分子。病毒只有找到了宿主，在宿主细胞内才可以复制自己。离开了宿主，单独的病毒不是生命，它不能单独自我复制。说的略微详细一点：病毒没有自己的代谢机构，没有酶系统，单独的病毒就是没有任何生命活动、也不能独立自我繁殖的化学物质。简单地说，离开了宿主的病毒只是一些不能自我复制的化学意义上的分子。

说到这一步，在化学家看来就是一个非常简单的问题了：温度升高不利于分子的稳定性。

为什么温度的升高不利于分子的稳定存在？

众所周知，分子是由原子构成的。原子为什么能够构成分子？因为在有些原子之间有相互作用。有些相互作用比较强，它们能够使得原子之间形成共价键。比如，氢分子是由两个氢原子组成的体系，这个体系有两个氢原子核（即质子）和两个电子构成。两个质子相互排斥，两个电子也相互排斥，电子与质子之间却相互吸引。在它们之间的这些相互作用下，根据量子力学，可以计算得到这个体系的能量与两个原子核之间距离（核间距）有下图所示的关系：

我们把两个原子核相距很远时（即独立的两个氢原子）体系的相对能量设为能量的零点，从图中可见，当两个原子核靠近时。体系能量降低，但是，当两个原子核靠得很近时，体系的能量又迅速增高。在图中所示的“平衡核间距”处，体系的能量最低。核间距大于或小于平衡核间距都将使体系的能量升高，从而处于不稳定状态。这就像在洼处的小球，只有在洼底才能够平衡，离开洼底就不会平衡，会自动滚回底部。

氢分子的平衡核间距约为0.074纳米，在那里，氢分子的能量最低，从而体系最稳定。图中虚线的长度表示氢分子与两个独立的氢原子的能量差，就是两个氢原子形成共价键的键能。这也就是氢分子的稳定化能。正是因为氢分子比两个单独的氢原子能量低，氢分子才能够稳定存在。

但是，原子本身有动能，它要“自由行动”，要离开这个“平衡核间距”。但是，稳定化能的存在，就会把离开平衡核间距的氢原子拉回到平衡核间距。于是，通常情况下，氢原子就在平衡核间距附近做振动。

就像落到坑中的小球，在坑底作振动一样。显然，如果坑比较浅，而小球的动能比较大，小球就有可能跑到坑外去。

同样，如果分子的稳定化能比较小，而原子的动能比较大，原子就可能挣脱稳定化能的束缚，离开分子，这时候，分子就被解离了。

显然，分子的稳定化能越大，这个分子越稳定。而原子的动能越大，就越能破坏分子的稳定。这是矛盾的两个方面。

原子的动能大是什么意思？从宏观上看，就是由这些原子组成的体系的温度高。温度所表示的就是组成体系的原子的平均动能。

上面说过，原子的动能越大，就越能破坏分子的稳定，也就是说，体系的温度越高，分子的稳定性越差。在较高的温度下，分子容易解离。

有人要问，既然温度越高，分子的稳定性越差，那我们怎么没有感觉到因为温度升高，氧气、水、石头等常见的物质分解掉或者变质了呢？这是因为组成这些物质的分子都是非常稳定的分子。组成这些分子的原子之间形成的共价键非常牢固。拿上面所说的氢分子来说，它的键能（也就是把它拉断所需要的能量）是217kJ/mol。按照上面图上的“坑”这样的说法，这是一口非常深的“井”，需要非常大的动能才能够跳出这口井。也就是说，用加热升高温度的办法解离氢分子是非常困难的。在2000K的高温下，只有大约千分之一的氢分子会解离，3000K的高温下也只有不到百分之十发生解离。我们身边常见的水、氧气、石头等都是经由类似的共价键结合的。这些都是很稳定的分子。

像蛋白质这些分子就不是如此了。我们通常说，蛋白质分子是由千百个氨基酸组成的。每一个氨基酸分子有十几个到几十个原子，这数以千计的原子也都是以共价键结合起来的，这些氨基酸分子排列次序的不同，蛋白质分子也不同。这是蛋白质分子的一级结构。这一长串原子并不是排成一条长长的直线。由于各个原子吸引电子的能力有大有小，所以在这些原子外围所带有正负电荷也不同。这些正负电荷之间存在着静电相互作用，这些静电相互作用比共价键的作用要弱许多，其中有些较大的相互作用被称为“氢键”。在这些静电相互作用特别是氢键的作用下，组成蛋白质的原子排列而成的“线”便卷曲、折叠起来，形成了蛋白质的二级结构。而二级结构之间还有更弱的静电相互作用，组成了蛋白质的三级甚至四级结构。蛋白质就具有这些非常精细、非常巧妙的高级结构。由于形成这些高级结构的作用力是很弱的静电相互作用。它们的稳定化能，也就是上面图上形成的“坑”非常浅。温度略高，这些高级结构就被破坏了，蛋白质也就“变质”了。蛋白质变掉了，病毒也就失活了。所以，病毒都是喜寒怕热的。

有人会说，蛋白质这样不稳定，人、动物、植物、微生物等生物为什么能够稳定存在？这回答也很简单，生物体中的蛋白质都存在于活的细胞中，它们受到细胞环境的保护，增加了他们的稳定性，更重要的是，它们处在不断地新陈代谢的过程中。也就是说，蛋白质在不断地分解，同时也在不断地生成，而整个细胞也在不断地新陈代谢。这就使得在这些细胞和蛋白质在宏观上看不出有多大的变化，保持平衡的状态。一旦这些生物死亡，它们体内的蛋白质也就会迅速变质。我们买来的肉，要放到冰箱里冷冻起来，才能够保存较长的时间。

沿着这个思路，我们也能够解释为什么细菌并不像病毒那样喜寒怕热，而是喜欢比较温暖的环境。其原因就是因为细菌是活的细胞。从蛋白质分解的角度看，温度低了，蛋白质较为稳定，但是，细胞的生长、繁殖就很慢，甚至会休眠。在温暖的环境下，虽然蛋白质稳定性差了，容易分解，但是它的生成也快，细胞的生长、繁殖更是大大加快了，细菌的数量仍然会急剧增加。

也正类似于这个原因，侵入我们生物体内的病毒，虽然温度的升高使它们不稳定，但是，由于它们能够在生物细胞内迅速复制自己，致使这些病毒在体内迅速地大量泛滥，弄得不好，甚至会影响到生物体的生命。

当然，生物所能够快速生长和繁殖的温度区间并不大，对于与人或其他哺乳动物关系密切的那些细菌，温度一旦超过它们繁殖适合的温度，也随着温度的升高，容易被杀灭。在这个意义上，它们也是怕热的。我们在医院里往往用压力锅高温灭菌，细菌、病毒，都逃不过这样的高温。

由于病毒是喜寒怕热的，而细菌在一定温暖环境下能够快速生长繁殖，所以我们看到，在冬春季比较寒冷的天气里，像由流感病毒、SARS病毒、“2019新型冠状病毒”等病毒的传播所引起的呼吸道疾病容易流行，而在夏日的温暖环境中，痢疾、腹泻等由细菌引起的消化道疾病则容易高发。这都不是偶然的事情，都有它们的科学道理。

当然，本文所说只是一般的道理，不涉及病毒具体的品种，不涉及杀灭它们的具体温度，更不涉及杀灭的具体方法。