馮元昱，董昊東

（內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

病毒作為地球上目前發(fā)現(xiàn)的最小生命單位，是一種非細胞結(jié)構(gòu)的生命個體，且不能獨立繁殖與生活，必須借助于其他生命個體來完成自身的生命活動[1]。在過去的十幾年中，環(huán)境基因組學(xué)專家發(fā)現(xiàn)病毒（特別是噬菌體）是地球上最常見和最豐富的生物實體[2]。除了一些高度降解的胞內(nèi)寄生細菌，病毒可以寄生在所有細胞生物上。與其在生物圈中的物理優(yōu)勢相輔相成，病毒擁有地球上大部分生物的遺傳多樣性[3]。病毒特殊的寄生性和廣泛的遺傳多樣性，使得追溯病毒的起源變得困難重重。最近，科學(xué)家們提出，生物世界可以分為核糖體編碼生物（現(xiàn)代細胞）和衣殼編碼生物（病毒）[4]，而現(xiàn)代細胞起源于同一個祖先——LUCA[5]，但是在病毒上沒有找到類似的統(tǒng)一的信號分子。而通過對病毒衣殼蛋白的結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)不同的病毒多次獨立選擇了自身病毒基因傳播方式[6]，并且通過混合不同的衣殼和病毒基因組，不斷進化出新型病毒，因此人類永遠不可能繪制出類似于現(xiàn)代細胞LUCA樹的“病毒樹”[7]。所以，了解現(xiàn)代病毒如何起源在一開始就注定了將比了解現(xiàn)代細胞進化的歷史更復(fù)雜。目前，有關(guān)病毒起源的推測眾說紛紜，大部分研究者認為病毒是細胞拋出的一個組分，提出了細胞退行性起源假說。有學(xué)者提出不能忽視病毒自起源與細胞平行進化的觀點。近些年隨著分子生物學(xué)，生物信息學(xué)等一系列新技術(shù)的出現(xiàn)，越來越多的證據(jù)表明，病毒可能先于細胞出現(xiàn)，有不同于細胞的祖先。故本文將列舉一系列的實驗研究結(jié)果，深入分析病毒起源的自起源理論和平行進化理論。

1 自起源理論的基本概念

自起源理論認為病毒起源于生命前地球的生物大分子前體，然后再進化成原核細胞和真核細胞，進化地位先于細胞。認為在遠古地球的生命湯中，寡聚核苷酸和小分子肽等生物大分子前體先形成了“亞生命單位”，再由這些“亞生命單位”發(fā)展為亞病毒或病毒，最后通過與類似脂質(zhì)分子的其他分子相結(jié)合，形成現(xiàn)代細胞的雛形。一種病毒在不同的進化壓力下最終可以進化成為不同的宿主細胞。生物進化通常遵循從簡單到復(fù)雜的規(guī)律。在物質(zhì)上，在非生命物質(zhì)到生命出現(xiàn)這一漫長的過程中，病毒可能正好處于非生物與生物的過渡位置。在結(jié)構(gòu)上，立克次氏體、衣原體等最簡單的細胞也比最復(fù)雜的病毒更復(fù)雜，可以說病毒剛好填補了從化學(xué)大分子物質(zhì)到原始細胞之間的空白。所以，病毒的自起源理論應(yīng)運而生。

2 RNA世界概念與自起源理論的關(guān)系

“RNA世界”概念認為，RNA可以和DNA一樣儲存和復(fù)制遺傳信息；RNA酶和蛋白質(zhì)酶一樣，可以催化對生命至關(guān)重要的化學(xué)反應(yīng)。雖然如今DNA因其更好的穩(wěn)定性和耐久性，蛋白質(zhì)酶因其更豐富和多樣化的單體，取代了RNA與以RNA為基礎(chǔ)的核酶，但是這并不能否認，甚至是更加證明了RNA在產(chǎn)生生命之前的時期占據(jù)了統(tǒng)治地位。Attwater J等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，在一定的條件下，RNA分子能將單核苷酸聚合成寡聚核苷酸，這表明RNA分子具有自身拼接的功能，并且可以自我復(fù)制。Ekland等[9]在Nature上報道了RNA可以自身為模板，聚合三磷酸核苷，有極高的正確配對率。這些實驗均表明，RNA極有可能在無蛋白質(zhì)或者肽出現(xiàn)的生命前時期就已經(jīng)存在，并將遺傳信息通過自身復(fù)制傳遞給子一代RNA分子。然后與其平行產(chǎn)生的多肽相結(jié)合，形成RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，當復(fù)合體陷入生命前期的“囊泡”中后即形成了原始的細胞[10]。而另一方面，蛋白酶將RNA逆轉(zhuǎn)錄成DNA，與其他分子相結(jié)合，形成了有穩(wěn)定遺傳特性的原始原核細胞，最終通過其相應(yīng)的進化途徑發(fā)展出真核細胞[11]。且有實驗表明，這一設(shè)想的病毒進化成細胞的自起源途徑，在現(xiàn)代細胞中有著明顯的痕跡，如Varmus等[12]報導(dǎo)的細菌的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象以及近年來分子生物學(xué)研究的熱點，蛋白質(zhì)與RNA的復(fù)合體——端粒酶，作為真核細胞染色體穩(wěn)定遺傳的必需組分之一，其蛋白質(zhì)組分能以此RNA為模板反轉(zhuǎn)錄成DNA[13]，這些結(jié)果在理論和實踐上均表明了，RNA世界概念與自起源理論有密切的關(guān)系。

3 真核細胞起源對病毒自起源理論的補充

真核細胞的起源是進化生物學(xué)中的一個主要問題，且是一個未被完全解決的問題。真核細胞的祖先（LECA）被認為是一類典型的線粒體真核細胞[14]。且另一個與真核細胞起源有關(guān)的已知關(guān)鍵信息是，進化保守的真核生物基因被明顯分成具有進化親和力的基因和具有細菌親和力的基因（以及一些沒有被檢測到原核同源物）[15]。根據(jù)這些約束條件，真核細胞的起源情景主要被分為了兩類，一類是推測原代線粒體真核生物起源于古生菌，是古生菌的姐妹群，或者是古生菌一主要分支的姐妹群[16]；另一類情景是由真核生物中線粒體和相關(guān)細胞器的普遍存在而推動其進化的[17]。在這兩類起源情景的基礎(chǔ)上，有學(xué)者總結(jié)文獻，推測真核細胞病毒可能是從一些原核病毒或古菌病毒進化而來[16]，最近有文獻還證實了古菌病毒的主要衣殼蛋白與真核生物和細菌的MCP高度同源，它們之間具有密切的進化關(guān)系[18]。雖然目前已經(jīng)有很多證據(jù)表明了病毒在古菌、細菌、真核生物這三域中的起源和進化存在著一定關(guān)聯(lián)或順序，但是依然不能系統(tǒng)全面地證明這一網(wǎng)絡(luò)的存在，所以這將會是今后研究病毒起源問題的一個重要方向。

4 結(jié)語

研究病毒的起源，目的是更系統(tǒng)和全面地認識病毒，為未來能更好的處理由病毒引發(fā)的危害人類健康的疾病作出貢獻。病毒因其自身生長與繁殖的特殊性，導(dǎo)致在研究其起源與進化的過程中困難重重，且以往的研究發(fā)現(xiàn)更偏向于認為病毒是細胞的退行性或者是內(nèi)源性產(chǎn)物，認為細胞來自同一個祖先。但近年來，隨著對病毒起源證據(jù)的不斷挖掘，研究者們借助基于分子生物學(xué)，生物信息學(xué)等一系列新的技術(shù)方法，取得了一系列研究成果，在更多方向上詮釋了病毒先于細胞或平行于細胞起源的可能性和理論存在的必要性。到目前為止，人類雖然還未能完全揭開有關(guān)病毒起源的真正謎底，但相信在不久的將來，一定會得到想要的答案。