病毒，是一種必須依靠宿主細(xì)胞才能完成生命周期的簡單的生命形式。然而，科學(xué)界對(duì)于病毒是否屬于真正“生命”的范疇，長期存在爭議。同時(shí)，病毒對(duì)宿主的基因具有深遠(yuǎn)的影響，因此，研究病毒與宿主基因之間的相互作用，為我們深入理解生命的本質(zhì)提供了豐富的視角和重要的啟示。

生命，信息與進(jìn)化

關(guān)于生命的定義，確實(shí)存在著廣泛的討論和不同的觀點(diǎn)。不過，地球上所有已知的生命體都有一個(gè)共同的本質(zhì)特征，即它們都擁有一套保存和傳遞遺傳信息的機(jī)制，確保這些信息能夠從上一代傳遞到下一代。此外，生命體還具有可進(jìn)化性，每一代繼承前一代信息，同時(shí)，也伴隨著一定程度的變異。這些變異，即突變，它們?yōu)樽匀贿x擇提供了基礎(chǔ)。

在自然選擇的過程中，那些攜帶有利突變的個(gè)體更有可能繁衍后代，從而使這些有利突變得以在種群中傳播。比如，一個(gè)人被某種細(xì)菌感染后，服用抗生素進(jìn)行治療。在抗生素的作用下，大部分細(xì)菌會(huì)死亡，但那些攜帶抗藥性突變的細(xì)菌則能夠存活。隨著時(shí)間的推移，這些抗藥性細(xì)菌的數(shù)量會(huì)逐漸增加，最終導(dǎo)致整個(gè)細(xì)菌群體對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性。這一過程，實(shí)質(zhì)上是細(xì)菌適應(yīng)環(huán)境壓力、逐步進(jìn)化的體現(xiàn)。

在地球上，我們所了解的生命體系中，細(xì)胞中的核酸是保留和傳遞遺傳信息的基礎(chǔ)。脫氧核糖核酸（DNA）是主要的遺傳物質(zhì)，其序列由4種核苷酸—腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）組成。這些核苷酸通過特定的排列方式編碼生物體的特征?；蚴荄NA上的一段特定序列，它包含了構(gòu)建生物體特定特征所需的遺傳信息?；虿粌H決定了蛋白質(zhì)的氨基酸序列，從而影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，還可能編碼某些核糖核酸分子（RNA）。盡管RNA通常并非遺傳信息的永久性載體，但是它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)扮演著多種與遺傳信息傳遞相關(guān)的角色。除了編碼蛋白質(zhì)或RNA的序列外，DNA中還有一些非編碼區(qū)域，它們的功能主要是調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。這些區(qū)域可以控制基因何時(shí)被激活以及在多大程度上被激活，從而影響蛋白質(zhì)或RNA的合成。

如果我們想深入理解生命活動(dòng)，必須掌握生物學(xué)中的一個(gè)基本法則—“中心法則”。這一法則描述了遺傳信息的流動(dòng)方向：從DNA到RNA，再到蛋白質(zhì)。也就是說，DNA首先通過轉(zhuǎn)錄過程生成RNA，然后RNA通過翻譯過程生成蛋白質(zhì)。這一單向的信息流動(dòng)是生物體發(fā)育和實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。在DNA轉(zhuǎn)錄之前，DNA需要先完成復(fù)制，這是一個(gè)關(guān)鍵步驟，它確保了遺傳信息在細(xì)胞分裂時(shí)能夠準(zhǔn)確無誤地傳遞給后代。然而，在DNA的復(fù)制過程中，可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致突變。幸運(yùn)的是，細(xì)胞內(nèi)擁有一套復(fù)雜的DNA修復(fù)機(jī)制，能夠?qū)⑼蛔兟示S持在較低水平。不過，突變是無法完全避免的，它們也為生物的進(jìn)化提供了原材料，是自然選擇和生物進(jìn)化的基礎(chǔ)，使生物能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。

其實(shí)，在非分裂狀態(tài)下，細(xì)胞的內(nèi)部像一個(gè)生產(chǎn)車間，依然承擔(dān)著各種工作任務(wù)，比如，根據(jù)基因合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)和RNA。在這項(xiàng)任務(wù)中，轉(zhuǎn)錄是關(guān)鍵步驟，它涉及將DNA上的基因信息“轉(zhuǎn)抄”到RNA上，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA有以下幾種類型：

1.非編碼RNA。某些轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是具有特定功能的RNA的前體，這些RNA在經(jīng)過加工后成為最終的功能性RNA，如核糖體RNA（rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）等。

2.信使RNA（mRNA）。如果轉(zhuǎn)錄的信息用于編碼蛋白質(zhì)，那么這個(gè)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物就被稱為mRNA。在許多生物的細(xì)胞中，mRNA在成為功能性分子之前需要經(jīng)過一定的加工，包括剪接、加帽和加尾等過程。

3.逆轉(zhuǎn)錄。在某些RNA病毒中，遺傳信息的流動(dòng)可以逆轉(zhuǎn)，即從RNA到DNA。在侵入宿主細(xì)胞后，這些病毒會(huì)利用自身的RNA作為模板合成DNA，這個(gè)過程就是逆轉(zhuǎn)錄。逆轉(zhuǎn)錄病毒（如人類免疫缺陷病毒，即HIV）能夠?qū)⒑铣傻腄NA整合到宿主細(xì)胞的基因組中，從而實(shí)現(xiàn)長期寄生和復(fù)制。

“中心法則”描述了遺傳信息從DNA流向RNA再到蛋白質(zhì)的過程，然而，隨著科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)這一法則在某些情況下存在例外。例如，在逆轉(zhuǎn)錄病毒中，逆轉(zhuǎn)錄過程不僅為此類病毒提供了一種獨(dú)特的生存和復(fù)制機(jī)制，也對(duì)病毒學(xué)和分子生物學(xué)的研究提供了新的視角。

病毒，備受爭議的生命體

病毒是一種極其微小的生物體，普通光學(xué)顯微鏡難以捕捉其蹤跡，通常需要電子顯微鏡才能觀察到它們。然而，病毒與細(xì)菌的主要區(qū)別并不僅僅在于體積，更在于它們的生命形式。

細(xì)菌是單細(xì)胞生物，具備完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和DNA。它們能夠獨(dú)立完成生命活動(dòng)，如新陳代謝和繁殖。細(xì)菌的DNA位于細(xì)胞質(zhì)中，這類細(xì)胞被稱為原核細(xì)胞。相比之下，多細(xì)胞生物（如人類）的細(xì)胞無法獨(dú)立生存，但通過細(xì)胞間的聯(lián)合會(huì)形成能夠獨(dú)立生存的個(gè)體。

病毒則完全不同。它們通常由遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）和蛋白質(zhì)外殼（衣殼）組成，缺乏細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)。病毒不能獨(dú)立生存，必須侵入宿主細(xì)胞才能進(jìn)行復(fù)制和繁殖。病毒的生命周期包括吸附并進(jìn)入宿主細(xì)胞、釋放遺傳物質(zhì)、復(fù)制遺傳物質(zhì)、合成新的病毒蛋白和組裝新病毒顆粒，最終釋放新病毒顆粒以感染其他細(xì)胞。

在多細(xì)胞生物的機(jī)體中，細(xì)胞通過分裂進(jìn)行繁殖。在分裂之前，DNA會(huì)進(jìn)行復(fù)制，然后均分到兩個(gè)新細(xì)胞中，細(xì)胞隨后分裂成兩個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞。這種分裂過程是多細(xì)胞生物繁殖和生長的基礎(chǔ)。

病毒的本質(zhì)是被蛋白質(zhì)外殼包裹的DNA或RNA。有時(shí)，這些蛋白質(zhì)外殼外還會(huì)覆蓋一層由磷脂構(gòu)成的膜，這層膜通常來源于病毒的宿主細(xì)胞。在蛋白質(zhì)外殼內(nèi)部，除了遺傳物質(zhì)，還包含一些對(duì)病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能至關(guān)重要的蛋白質(zhì)。

在細(xì)胞外，病毒并不表現(xiàn)出生命體的特性，本質(zhì)上它們只是一系列化學(xué)分子的組合?？茖W(xué)家甚至能夠像處理其他化學(xué)物質(zhì)一樣，將病毒結(jié)晶化，使其變?yōu)轭愃朴谑雏}的晶體。然而，一旦病毒侵入宿主細(xì)胞，它們的生命機(jī)制便被激活。病毒會(huì)復(fù)制自身的DNA或RNA，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，合成必要的RNA和蛋白質(zhì)。其最終目標(biāo)是制造出更多的病毒顆粒，并從宿主細(xì)胞中釋放，進(jìn)而感染更多的細(xì)胞。

正是由于病毒的這種特性—必須侵入宿主細(xì)胞后才能展現(xiàn)生命體的特性，引發(fā)了科學(xué)家們對(duì)其是否屬于生命的廣泛爭議。筆者認(rèn)為，盡管病毒必須依賴宿主細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)，但它們能夠保存和傳遞信息，并且具備進(jìn)化的能力—這些都屬于生命的本質(zhì)特征，因此，病毒應(yīng)當(dāng)被視為一種特殊的生命體。

然而，如果將生命定義為必須能夠獨(dú)立完成信息的保存和傳遞，那么病毒確實(shí)不符合這一定義。同時(shí)，我們也需要思考：到底該如何定義“獨(dú)立”？即便是看似獨(dú)立的細(xì)菌、植物和動(dòng)物，它們的生存也依賴于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，它們真的“獨(dú)立”嗎？基于這些考慮，筆者認(rèn)為無需將“獨(dú)立”作為定義生命的必要條件。

進(jìn)化，病毒與細(xì)胞的“探戈”

在生物進(jìn)化史上，病毒與細(xì)胞的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，它們同生共舞，仿佛在表演一曲張力十足的激情探戈。通常來說，病毒會(huì)給細(xì)胞帶來麻煩，比如，進(jìn)入人體細(xì)胞后，病毒會(huì)導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)功能障礙，所以，它們常常以“敵人”的形象進(jìn)入我們的認(rèn)知系統(tǒng)。然而，如果從起源上看，病毒與細(xì)胞的關(guān)系很密切，許多病毒基因的起源可以追溯到某個(gè)細(xì)胞。當(dāng)科學(xué)家深入分析病毒的基因，并將其與其他生物的基因進(jìn)行比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們之間存在許多同源性。

病毒在感染宿主細(xì)胞并進(jìn)行復(fù)制的過程中，有時(shí)會(huì)“借用”宿主的基因片段。如果這些片段對(duì)病毒的生存有利，它們就可能被保留并最終成為病毒基因的一部分。這種從不同物種獲取基因的方式，與傳統(tǒng)的從祖先那里“繼承”基因不同，被稱為橫向基因轉(zhuǎn)移。

除了從宿主體內(nèi)“偷竊”基因外，病毒有時(shí)還能向宿主提供基因。據(jù)估計(jì)，人類DNA中有約8%的成分可能來源于遠(yuǎn)古時(shí)期的病毒，尤其是某些逆轉(zhuǎn)錄病毒。這些病毒能夠?qū)⒆约旱腞NA轉(zhuǎn)錄成DNA，并將其插入宿主細(xì)胞的基因組中。如果這種插入發(fā)生在生殖細(xì)胞中，那么這些病毒基因就有可能被遺傳給后代。

雖然大部分病毒基因在人體中似乎沒有明顯的危害，也沒有特別的用途，但這并不意味著它們都是無用的。實(shí)際上，至少部分病毒基因已被發(fā)現(xiàn)具有重要的功能。例如，它們可能在人類基因組的進(jìn)化中發(fā)揮了作用，或者提供了調(diào)控基因表達(dá)的序列。其中一些病毒基因甚至包含了對(duì)人體有價(jià)值的基因，比如合胞素基因。合胞素是一種在女性孕期形成胎盤時(shí)至關(guān)重要的蛋白質(zhì)，而合胞素基因正是源自遠(yuǎn)古時(shí)期感染靈長類祖先的逆轉(zhuǎn)錄病毒。

從病毒中獲得合胞素基因顯然對(duì)人類是有益的，否則我們可能無法實(shí)現(xiàn)胎生。這也是橫向基因轉(zhuǎn)移的一個(gè)典型例子。通過這種機(jī)制，病毒為基因在不同物種間的流動(dòng)提供了一條途徑，從而對(duì)生物的進(jìn)化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

那么，病毒最初來自哪里呢？病毒的起源至今仍是一個(gè)科學(xué)上的謎題，科學(xué)家提出了幾種假說：

1.逃逸基因假說。病毒可能是從細(xì)胞中逃逸出來的基因。隨著時(shí)間的推移，這些基因逐漸進(jìn)化出了獨(dú)立于細(xì)胞的生存和復(fù)制能力。

2.退化假說。病毒可能是細(xì)胞退化的產(chǎn)物。它們?cè)谶M(jìn)化過程中失去了獨(dú)立生存的能力，變得只能依賴宿主細(xì)胞進(jìn)行復(fù)制。

3.早期生命遺留物假說。病毒可能是早期無細(xì)胞生命形式的遺留物。早期的生命可能是基于自我復(fù)制的RNA，后來才發(fā)展出了DNA和細(xì)胞結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中，一些自由核酸可能獲得了在細(xì)胞內(nèi)寄生的能力，最終進(jìn)化成了病毒。

4.游離基因集合。病毒也可以被視為一種在細(xì)胞外游離的基因集合。它們無法獨(dú)立完成生命活動(dòng)，但可以通過侵入細(xì)胞來完成生命周期，并在這一過程中獲得或傳遞新的基因。

盡管目前還沒有實(shí)驗(yàn)證據(jù)能夠明確支持上述任何一種假說，但現(xiàn)有的科學(xué)證據(jù)已經(jīng)證明，病毒與細(xì)胞之間的相互作用極為復(fù)雜，它們之間緊密的關(guān)系對(duì)生命的進(jìn)化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

病毒，這些不具備獨(dú)立生命活動(dòng)能力的、細(xì)胞外的流浪者，攜帶著一系列基因片段在世界的各個(gè)角落游蕩，當(dāng)時(shí)機(jī)來臨，通過侵入宿主細(xì)胞，它們就會(huì)啟動(dòng)并完成其生命周期。在這個(gè)過程中，病毒不僅可能吸納宿主細(xì)胞的基因片段，增強(qiáng)自身的遺傳多樣性，還可能將自己的遺傳物質(zhì)遺留給宿主，促成跨物種的基因流動(dòng)。這種基因的交換和轉(zhuǎn)移，豐富了宿主的遺傳庫，也引發(fā)了宿主的適應(yīng)性進(jìn)化。也許，當(dāng)你下一次看到“病毒”兩個(gè)字時(shí)，腦海中不會(huì)僅僅浮現(xiàn)出病毒感染導(dǎo)致的各類疾病，也會(huì)想起這些流浪者在生命進(jìn)化史上所扮演的更為復(fù)雜多樣的角色。

【責(zé)任編輯】張小萌