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生命的起源:所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的? 1886年夏天,荷兰瓦赫宁恩的郊外,田野里的作物葳蕤茂盛,那些饥饿而贪婪的绿叶争先恐后地向着高处伸开,哄抢着太阳布施的光芒。这激烈的举动让它们浑身上下的绒毛上都沁出了细密的汗水,黏黏的,在湿润的空气里散发出一种甜甜的香气。
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这香气里还带着一股微妙的焦味,但很难说这是香气本来的品质,还是真的混入了燃烧的烟雾。因为不远处的确有一间宽敞的木屋,淡蓝色、金黄色或者银白色的烟雾正从木头与木头的缝隙中溢出来,溶解在田野上的空气中。原来,那屋里正搭着整齐的架子,收获后的叶子就一层一层地挂在上面,焖烧的青烟妖娆地缠绕上去,翡翠似的叶片就渐渐被熏成了黄金和琥珀的颜色,也染上了一种让人上瘾的香气。
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烟草,这田里种的都是烟草。和其他茄科植物一样,它们也擅长用生物碱防御天敌,尼古丁是它们最得意的武器,这种致命的毒素富集在它们大部分的组织内,甚至通过腺毛一滴一滴地分泌出来。然而尼古丁显然不足以保全一切,比如那个农业试验站的指导员,就是专门来这里调查“烟草花叶病”的根源的。
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这个指导员是个容貌清秀的中年男人,留着精致的小胡子,看来精力充沛。事实也的确如此,他在这一带工作了很久都没有任何收获,却依然不知疲倦地在田边走来走去。此时,他正认认真真地检视那几株烟草:十几天前的时候,它们还都是非常健康的植株,然而如今的叶片却洒满了斑斑驳驳的白色病变,然后向下皱缩翻卷起来,再也没有了那种争先恐后的舒展姿态。
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指导员一直认为这种危害农业的传染病是某种细菌引起的,在过去这段时间里,他在显微镜下仔仔细细地看了一遍又一遍,却一无所获。所有看起来可疑的微生物,都被证明并非烟草花叶病的元凶。
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但是,没有收获也同样是一种收获,因为这强烈地暗示着病原体微小得根本不能在显微镜下观察到。所以,在这一次的实验中,指导员用最细密的滤纸反复过滤了病株的汁液,才把这排除了细菌的汁液注射给了原本健康的烟草,果然正如他此刻看到的,那几棵倒霉的植物还是染上了花叶病,如果把这些斑驳的叶子继续榨汁,继续反复过滤,继续注射给其他烟草,这种花叶病就会继续传播下去。
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最后,他只能在调查结论中解释说,烟草花叶病不像是细菌引起的,却能通过高度过滤的组织液不断传播,其中的具体原因,实在难以辨明。
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关于生命的起源,说来说去,我们还是更关心遗传的起源,或者说一切“原型”的起源,我们今天如此多样的生命形态,究竟可以追溯到怎样的进化起点上。
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所以在这一幕里,我们会尽可能具体地回答这样一串难题:遗传信息来自何方?基因来自何方?中心法则的复杂机制,又来自何方?
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这一幕中登场的主角将是RNA世界假说,这个假说虽然与白烟囱假说吻合得非常好,但毕竟是另外一个独立的假说。它出现得早得多,半个世纪以来发展出了许许多多不同的版本,可以匹配各种不同的理论和事实。所以这一幕的故事既不打算也不可能展现RNA世界假说的全貌,我们就像拆开了一大套崭新的拼图,只能把目光聚集在它与这整个故事最契合的片段上,从中寻找最鲜明的特征,依稀辨认40亿年前的宏大图景。
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生命的起源:所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的? 第十一章阴魂不散的“死胎”
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病毒与RNA世界假说
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早期版本的生命起源假说通常不会考虑病毒,因为病毒的结构太简单,连细胞都没有,称不上生命。但是,新进的生命起源假说却越来越重视病毒与细胞的关系,推测病毒与细胞有着相同的古老起源。
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特别是在RNA世界假说里,我们如果把病毒也纳入考虑范围,那么一向难缠的中心法则起源问题就变得豁然开朗了。
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不少恐怖故事都采用了这样一种离奇的设定:主角原本是双胞胎之一,可他的孪生同胞却在母体内就夭折了,于是,这个胎死腹中的兄弟姐妹怀着对死亡的巨大怨恨和对生命的无限渴望,以鬼魂或者连体畸形的方式依附在主角身上,与他一起成长,一起生活,不知不觉,阴魂不散,由此引出许许多多的灵异事件。
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这个吓人的故事,恐怕就是此时此刻真实发生的事情,但故事的主角并不是什么地方的哪个特殊的人,而是你,是我,是今天一切的细胞生命,而那个胎死腹中的孪生同胞,就是病毒。
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就在作者写下这行字的时候,2020年4月13日,整个世界正笼罩在狂飙的瘟疫之下。一种前所未见的新型冠状病毒在2019年底突然暴发,在短短的4个月内,由它导致的肺炎已经席卷了全球210个国家和地区,累计患者超过187万,死亡病例超过11万。但这些数字仍然没有停止增长的迹象,欧洲和北美洲的疫情仍在全速扩张,每天都能检出大约6万个新病例。而在贫穷的南亚和非洲,窘迫的医疗条件使人们甚至拿不出足够的核酸检测试剂来确诊病人,此时的2万多病例显然只是冰山一角,死亡正在海面下逡巡游曳,在你读到这本书的时候,这场瘟疫可能已制造了更加骇人听闻的纪录。
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图4—1 电子显微镜下的“严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2”(SARS-CoV-2),就是它引起了这一次的瘟疫。拍摄者是Flickr上的NIAID。
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与其他所有冠状病毒一样,引发瘟疫的新型冠状病毒[1]包裹着一层镶满棒状蛋白的包膜,在电子显微镜下看到的横截面就如同戴着冠冕(图4—1),因此有了“冠状”这个名字。这些棒状蛋白专门负责识别人类的细胞,一旦确认就叮咬上去,整个病毒就趁机钻进细胞,开始疯狂地复制。
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至于冠状病毒如何复制自己,最关键的是包膜里面裹着的RNA,它长约3万个碱基,编码了冠状病毒的一切遗传信息。于是,当病毒进入了细胞,包膜就会打开,这条RNA在细胞质里被释放出来。很快,它就会劫持我们的核糖体,攫取细胞内的物质和能量,源源不断地制造出病毒所需的蛋白质来。这些蛋白质有的是精巧的聚合酶,能够以那条RNA为模板,复制出无数条相同的子链来;有的是病毒的构件,能把刚刚复制出来的RNA包装成数以万计的新病毒,运送到细胞表面,释放出来,去感染其他健康的细胞。
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