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        與人類過招的病毒是從哪里來的

        2021-04-02 15:06:07唐騁
        北方人 2021年3期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)座子宿主生物

        唐騁

        世界衛(wèi)生組織(WHO)給新型冠狀病毒所致疾病確定下了正式名稱:COVID-19,而國(guó)際病毒分類委員會(huì)(ICTV)則宣布新型冠狀病毒的正式名稱為“嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2型”(SARS-CoV-2)。

        雖然對(duì)于這種未知病毒的命名還存在不少爭(zhēng)議,但已有研究紛紛把“破案”線索指向了野生動(dòng)物。為何致命病毒總是來自野生動(dòng)物?又是怎樣的進(jìn)化邏輯讓病毒如此狡猾,擁有與人類相較量的智慧和力量?要回答這些問題,就得先了解病毒這種古老生命體的起源與演化。

        遠(yuǎn)古分子生命的復(fù)仇之魂

        病毒的故事或許還要從遠(yuǎn)古說起。幾十億年前,在那個(gè)了無生機(jī)的地球上,某些機(jī)緣巧合之下,海水中產(chǎn)生了史上第一批有機(jī)大分子,從而點(diǎn)燃了生命的星星之火。

        慢慢地,有些大分子,比如RNA、DNA和蛋白質(zhì),開始或獨(dú)立、或彼此協(xié)作地復(fù)制自身,這個(gè)階段可以稱為“分子生命”。然而,在一片祥和的分子生命中,它們發(fā)展出了一個(gè)改變生命法則的結(jié)構(gòu),那就是細(xì)胞——擁有膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞可以更好地保護(hù)其中嬌弱的RNA和蛋白質(zhì)等核心大分子,極大增強(qiáng)了這些生物的適應(yīng)力。

        有一種假說認(rèn)為,病毒正是原始分子生命世界的遺民,它們?cè)谧詈笠豢虅?chuàng)造出了寄生的生活方式,反過來利用了別人的細(xì)胞結(jié)構(gòu),宛如一群遠(yuǎn)卉的復(fù)仇之魂,對(duì)于奪取它家園的族裔進(jìn)行著永恒的抗?fàn)帯?/p>

        這個(gè)假說一度十分盛行,畢竟病毒的構(gòu)造是如此簡(jiǎn)單,甚至簡(jiǎn)陋,它們與細(xì)胞生命的差異又是如此巨大。比如,引起這次疫情的冠狀病毒,以及每年冬天都會(huì)來報(bào)到的流感病毒,它們的遺傳物質(zhì)都是RNA,而不像細(xì)胞生物那樣利用DNA來承載自己的遺傳信息。

        劫持細(xì)菌老板的叛逃基因

        人類以及所有動(dòng)植物的細(xì)胞跟細(xì)菌很不一樣,我們都屬于真核生物,細(xì)胞中并沒有細(xì)菌那樣的質(zhì)粒。但在真核生物細(xì)胞里,還是有那么一些基因會(huì)蠢蠢欲動(dòng),它們不肯在染色體上好好待著,而是在細(xì)胞核里的染色體上左右橫跳,跑來跑去。不過這幫調(diào)皮搗蛋的基因倒是有一個(gè)仙風(fēng)道骨的名字——轉(zhuǎn)座子。

        根據(jù)分子生物學(xué)檢測(cè),很多轉(zhuǎn)座子都擁有與病毒非常相似的基因序列,兩者將自己整合進(jìn)宿主細(xì)胞染色體的機(jī)制也高度相似。尤其是病毒樣逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,與某些病毒簡(jiǎn)直一模一樣。唯一不同的,只是這些轉(zhuǎn)座子還不能像病毒一樣,在細(xì)胞之間遷移。

        然而,病毒的身世到這里依舊撲朔迷離,因?yàn)樗鼈兏揪筒蛔裱话闵锏难莼J健?/p>

        病毒感染的一般流程是:把自己的基因注入宿主細(xì)胞中,然后利用宿主細(xì)胞復(fù)制自已的基因,并且制造構(gòu)建病毒顆粒所需的各種材料,最后操控細(xì)胞將病毒顆粒的各個(gè)零件連同病毒的基因一起包裝成新的病毒顆粒,釋放出去感染別的細(xì)胞。但在這個(gè)過程中,病毒每時(shí)每刻都在和各種生物交換基因。比如,病毒在指揮宿主細(xì)胞包裝病毒顆粒時(shí),有時(shí)候會(huì)把一些宿主細(xì)胞的DNA -塊兒包進(jìn)去,或者不小心在宿主細(xì)胞中留一點(diǎn)點(diǎn)自己的基因。

        哺乳動(dòng)物的基因中,ERVW-1基因可以阻止母體免疫系統(tǒng)攻擊胎兒,這就是某個(gè)病毒在一億多年前,不小心落在我們祖先細(xì)胞中的。病毒在跨物種傳播時(shí),經(jīng)常導(dǎo)致基因從一個(gè)物種轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物種,這也成為大自然中“轉(zhuǎn)基因”的一條途徑。

        正因?yàn)椴《镜摹稗D(zhuǎn)基因”如此之頻繁,讓人不得不重新思考:病毒真是叛逃的基因嗎?還是那些轉(zhuǎn)座子其實(shí)是病毒偶然留在細(xì)胞中的基因“禮物”呢?

        病毒或?yàn)槌翜S的細(xì)胞生物

        2003年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種非常不講道理的病毒——“擬菌病毒”。這個(gè)病毒的體型達(dá)到了0.4至0.5微米,在顯微鏡下看,個(gè)頭和細(xì)菌差不多。引發(fā)此次疫情的冠狀病毒也被認(rèn)為是比較大的一類病毒,但其體型還不到0.1微米。

        2008年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第二種大病毒,將其命名為“媽媽病毒”。此后,一種又一種“大病毒”開始接二連三地出現(xiàn)在人類視野中,2013年發(fā)現(xiàn)的“潘多拉病毒”更是把最大病毒的體型刷新到了1微米以上。

        從此,病毒與某些單細(xì)胞生物的界限開始變得模糊。比如,擬菌病毒的結(jié)構(gòu)與基因和一類叫作“古菌”的單細(xì)胞生物非常相似。唯一不同的是,擬菌病毒丟失了一部分自主完成細(xì)胞分裂的關(guān)鍵基因,所以不得不寄生在其他生物的細(xì)胞中,利用宿主細(xì)胞來生長(zhǎng)繁殖。

        于是,這就引發(fā)了病毒起源的第三種假說,認(rèn)為病毒本質(zhì)上是墮落的細(xì)胞生物——有些單細(xì)胞生物在長(zhǎng)期寄生生活中,逐漸退化掉絕大部分細(xì)胞結(jié)構(gòu),最終變成了病毒這種“活死人”般的樣子。而像擬菌病毒這樣的生物,可能就是剛剛開始?jí)櫬涞墓啪?進(jìn)化推手,在生物演化史上烙下深印

        那么,病毒究竟應(yīng)是遠(yuǎn)古的復(fù)仇之魂,還是叛逃的基因,抑或是墮落的細(xì)胞生物呢?這三種假說都有合理之處,同時(shí)也都存在著不能解釋的問題。也許,病毒起源的故事遠(yuǎn)比這一切假說都更加復(fù)雜,甚至它的起源也未必是唯一的。

        這也給科學(xué)家的研究帶來了數(shù)不清的煩惱,因?yàn)楹茈y將病毒像細(xì)胞生物那樣根據(jù)親緣關(guān)系來分類,所以大部分病毒還是以它們的形態(tài)和引發(fā)的癥狀來粗糙歸類,比如說冠狀病毒就是因?yàn)樵陔娮语@微鏡下看起來有很多凸起,樣子像皇冠一樣而得名。

        盡管我們還沒弄明白病毒從何而來,但是病毒卻真真切切地在生物的演化中留下了深深的烙印。

        病毒與生物之間的斗爭(zhēng),也一直是演化的最強(qiáng)推手之一。由于病毒無比強(qiáng)大的變異能力,我們可能無法預(yù)測(cè)下一個(gè)對(duì)我們有致命威脅的病毒會(huì)在何時(shí)何地出現(xiàn)。這最終逼得很多生物不得不采取一些獲得更多基因變異后代的手段。比如,有性生殖就可以讓一個(gè)生物的后代有著不同的基因組合,它所帶來的基因多樣性,盡可能保障了所有后代不至于被一種病毒“全殲”。

        同時(shí),病毒還打破了生殖隔離的壁障,讓基因得以在不同物種之間流動(dòng)。所以,病毒雖不屬于生命演化之樹上的任何一個(gè)枝丫,但它們宛若圍繞在演化之樹上的流螢,在這棵樹上處處都留下它們的痕跡。

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