與人類過招的病毒是從哪里來的

唐騁

日前，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，而國際病毒分類委員會（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）。

雖然對于這種未知病毒的命名還存在不少爭議，但已有研究紛紛把“破案”線索指向了野生動物。為何致命病毒總是來自野生動物？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。

假說一，

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，它們在最后一刻創(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)古的復(fù)仇之魂，對于奪取它家園的族裔進(jìn)行著永恒的抗?fàn)帯?/p>

這個假說一度十分盛行，畢竟病毒的構(gòu)造是如此簡單，甚至簡陋，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，以及每年冬天都會來報到的流感病毒，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。

更實(shí)錘的證據(jù)來自于“擬病毒”，它就是一個RNA分子。擬病毒沒辦法直接感染細(xì)胞，但是它可以感染病毒。確切地說，擬病毒是在某些病毒感染細(xì)胞的時候，通過“搭便車”來順便復(fù)制自己、擴(kuò)散自己，從而引發(fā)一些諸如人類丁型肝炎之類的疾病。

假說二，

劫持細(xì)菌老板的叛逃基因

在這個假說里，基因?yàn)榱俗屪约毫鱾飨氯?，什么事情都做得出來?/p>

細(xì)菌中廣泛存在一種名叫“質(zhì)粒”的小片段環(huán)狀DNA，它們基本上就是一群打工仔、臨時工，細(xì)菌隨時可以從環(huán)境中吸收它們?yōu)榧核?，也能隨時趕走它們。

“我們不要一輩子打工！”于是，在漫長的演化中，有些質(zhì)粒開始嘗試一件事：它們走上了“叛變”之路，反過來把它們的細(xì)菌老板給“劫持”了，奪走細(xì)菌所有的營養(yǎng)來復(fù)制自身。隨著時間推移，它們中的一部分就演化成了病毒。

人類以及所有動植物的細(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蠢蠢欲動，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仙風(fēng)道骨的名字——轉(zhuǎn)座子。

根據(jù)分子生物學(xué)檢測，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)制自己的基因，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。但在這個過程中，病毒每時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，有時候會把一些宿主細(xì)胞的DNA一塊兒包進(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，經(jīng)常導(dǎo)致基因從一個物種轉(zhuǎn)移到另一個物種，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？

假說三，

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”。這個病毒的體型達(dá)到了0.4至0.5微米，在顯微鏡下看，個頭和細(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，可能就是剛剛開始墮落的古菌。

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，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)測下一個對我們有致命威脅的病毒會在何時何地出現(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，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。所以，病毒雖不屬于生命演化之樹上的任何一個枝丫，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。

（作者系中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心博士研究生）

（張迪摘自2020年2月23日《文匯報》）