1700259924
1700259925
当然，这一切过程都已经包含在了图2—42所示的中心法则里。病毒RNA劫持人类的核糖体制造各种蛋白质，是从RNA到蛋白质的箭头——“翻译”；聚合酶复制病毒的RNA，是从RNA回到RNA的箭头——“RNA复制”。其中，RNA复制的箭头被标记成了蓝色，表示这样的信息流动不太常见，主要发生在病毒感染之后。
1700259926
1700259927
像这样以蓝色标识的特殊情形，图2—42中还有另外一个，它从RNA指向了DNA，这一过程被称为“逆转录”，拥有这项能力的代表病毒“人类免疫缺陷病毒”（HIV）也更加可怕，它是艾滋病的元凶。与冠状病毒一样，HIV的全部遗传信息也都编码在RNA上，但与冠状病毒不同的是，HIV的病毒内部包含了一些特殊的蛋白质，一旦进入人类的T淋巴细胞，这些蛋白质就能利用细胞内的物质和能量，把病毒的RNA逆转录成一条双链DNA，再钻进细胞核，把这条DNA嵌进人类自己的基因里。就这样，整个T淋巴细胞都被HIV绑架，它将耗尽自己的一切物质和能量，让病毒的遗传信息在图2—42中沿着红色箭头不断流动，由此制造数以千万计的新病毒，在细胞油尽灯枯后释放出来。
1700259928
1700259929
作为一种逆转录病毒，HIV感染后的潜伏期极长，而且没有任何明显的症状，很容易在不知不觉中传播开去。同时，它的突变率极高，直到今天还没有任何治愈的手段，也没有可用的疫苗，如果得不到积极的治疗，感染者就将在发病1年之内死亡[2]。时至今日，这种世纪瘟疫已经感染了400万人，造成了100多万人的死亡。
1700259930
1700259931
可在人类已知的历史上，阴魂不散的病毒又何止这一两种？腺病毒、天花病毒、流感病毒、疱疹病毒、乙肝病毒、麻疹病毒、乳头瘤病毒……我们实在苦恼，想要知道它们究竟源自何方。
1700259932
1700259933
如果只是寻求一个直接的答案，那倒不难。病毒虽然不能算作生命，但它们仍然服从中心法则，服从基本的遗传规律，用第七章里的那种办法，比较不同病毒的遗传信息，就能找出它们的亲缘关系。所以我们现在知道，新型冠状病毒“SARS CoV-2”最近才从原本感染蝙蝠或者穿山甲等野生动物的冠状病毒突变过来；HIV在20世纪从猴免疫缺陷病毒（SIV）突变过来；天花病毒则是在三四千年前，从感染啮齿动物的痘病毒突变过来的I；等等。
1700259934
1700259935
但这个直接的答案并不是最终的答案，我们只是找到了这些病毒的祖先而已，可是，病毒最初的祖先，又是来自何处呢？比如这本书正在讨论一个“生命起源”的故事，那么，“病毒起源”的故事，又该从何讲起呢？
1700259936
1700259937
显然，开头那些关于病毒复制机制的描述，是非常意味深长的事情：病毒自身没有任何物质能量代谢的功能，完全不满足生命的热力学定义，所以在第四章结尾的地方，我们说它不是生命。但是，病毒却又能够侵入并劫持细胞，利用细胞的生命活动，实现中心法则的运转，让自己的遗传信息永恒地绵延下去。
1700259938
1700259939
病毒恰似一个寄生的畸胎，一个附体的鬼魂，在已知的世界上，没有任何一个活着的细胞不可能被病毒感染。
1700259940
1700259941
对于这个畸胎和鬼魂的最初来源，人们最初提出了“退化理论”，认为病毒的祖先就是细胞，某些寄生性的细菌在进化中不断退化，最终完全失去了细胞结构，成了病毒。
1700259942
1700259943
这种病毒起源假说观察到了许多看起来像是“过渡状态”的细菌和病毒。比如衣原体和立克次体虽然是细胞，但已经完全不能独立生活，必须潜入其他细胞内部，窃取物质能量代谢的各种成果，才能维持自身的生命，不断繁殖下去，这让它们的结构非常精简，直径零点几微米，体积只有一般细菌的1%左右。
1700259944
1700259945
反过来，世界上又有一些非常巨大的病毒。比如1992年在英格兰一处冷却水塔中发现的拟菌病毒（Mimivirus），直径就达到了0.5微米左右，还额外长有0.1微米长的绒毛，总直径达到了0.7微米以上，以至于最初被误认作球菌。但它们的确是病毒，而且是基因组非常复杂的病毒，110多万个碱基编码了近千个基因，其中甚至包括了修饰转运RNA和核糖体的基因，这都一度被认为是细胞生命专有的基因。
1700259946
1700259947
在那之后，我们在世界各地的真核细胞内发现了越来越多的巨型病毒。比如妈妈病毒（Mamavirus）、图邦病毒（Tupanvirus）、巨大病毒（Megavirus）、马赛病毒（Marseillevirus），都比衣原体和立克次体尺寸更大，也都有着上百万的碱基，上千的基因II，而到2013年，我们在智利的海床上和澳大利亚的湖底下发现了“潘多拉病毒”（Pandoravirus），它们专门感染某些变形虫[3]，是个罐子似的椭球形，高1微米，直径0.5微米，基因组包含了200万个碱基，编码了2000多个基因，甚至比某些真核细胞都复杂。而目前知道的最巨大的病毒，是2014年在西伯利亚的3万年前形成的冻土中发现的阔口罐病毒属（Pithovirus），它们的外观很像潘多拉病毒，但更大，长度可达1.5微米。
1700259948
1700259949
但是，我们又很难说这些例子就能证明退化理论，因为它们的“过渡状态”就只是非常表面的物理尺寸和基因组尺寸，除此之外并没有模糊细胞和病毒的界限，衣原体和立克次体是毫无疑问的细胞，那些大号的病毒也都是名副其实的病毒。
1700259950
1700259951
另一种病毒起源于细胞的假说是“内源理论”，也就是说，病毒不是一整个细胞退化来的，而是细胞内的一部分结构获得了复制和感染的能力，从细胞里逃脱出来变成的。
1700259952
1700259953
主要启发学者们提出这种假说的是细胞内数量庞大、种类繁多的“质粒”和“转座子”。对于前者，我们不应该感到陌生，早在中学生物课上，我们就知道原核生物没有细胞核，它们的DNA也没有凝聚成染色体，而是形成了几个相同的大型环状DNA，大致分布在细胞的中心区域，被称为“拟核”。但拟核并没有囊括细胞的全部DNA，还有大量的小段DNA分散在细胞内部自由地复制着，被称为“质粒”。质粒可以携带各种各样的基因，给原核生物赋予了各种额外的代谢能力，比如对抗生素产生耐药性的基因就常常携带在质粒上。
1700259954
1700259955
在第七章的“悬疑，推测，线索”中，我们提到过细菌和古菌都有活跃的“基因横向转移”活动，它们可以在细胞之间直接交换DNA的片段，而那种在细胞之间交换、传播、扩散DNA片段的，就是质粒。所以这种假说设想，如果质粒突变出了某种可以逃离细胞的基因，就会变成DNA的病毒。
1700259956
1700259957
而“转座子”就是真核细胞基因组内的离奇结构了。在我们染色体DNA上，大量分布着一种特殊的序列，这种序列大都没什么生理功能，却可以从原先的位置上被剪切下来，再插入基因组的其他位置。打个比方，基因组中的各个碱基序列本来像列车上的乘客一样，根据车票坐在自己的位置上，而转座子就是一些极不安分的乘客，动不动就从座位上跳下来，随便流窜到其他座位上去。更奇怪的是，一类被称为“逆转录转座子”的转座子还会一边流窜一边复制：它们不是亲自离开座位，而是先转录出许多条RNA，再逆转录成许多条DNA，才到处插入整个基因组。所以毫不奇怪，经过漫长的岁月，生物的基因组中充满了各种各样的逆转录转座子，它们占据了玉米的基因组的49%~78%，小麦基因组的68%，就连我们人类的基因组，也有大约42%都是逆转录转座子。
1700259958
1700259959
如果这让你想起了HIV之类的逆转录病毒，那就太好了，有那么一些逆转录转座子实在像极了逆转录病毒，它们不但编码了酷似病毒的逆转录酶和DNA整合酶，而且整个转座过程也与病毒的感染过程如出一辙，除了缺少病毒那样的外壳，无法离开原本的细胞，它们与逆转录病毒没有什么区别。所以，如果你担心这些逆转录转座子会在转座的过程中闯出什么祸事，像病毒一样弄死细胞，那真是一点儿都不多余。我们的细胞的的确确进化出了许多机制来限制逆转录转座子的活动，比如让细胞高度分化，关闭每个细胞里的绝大多数基因。但随着时间的推移，仍然会有许多逆转录转座子苏醒过来兴风作浪，给基因组带来一些实质性的破坏。如果你已经看过幕后那篇《我们为什么放弃永生？》就会注意到，其中第三步里提到的DNA损伤，它就有相当一部分由此造成。
1700259960
1700259961
这让逆转录病毒和转座子存在进化渊源的观点非常可信，但是，究竟是转座子终于逃出了细胞，变成了逆转录病毒，还是逆转录病毒定居在了基因组中，变成了转座子，这又是一个尖锐的问题。而且，不幸的是，目前的研究更倾向于后者，也就是说，这些讨厌的转座子，是病毒感染生殖细胞或者胚胎之后，赖在基因组里形成的残迹[4]。
1700259962
1700259963
第三种较晚提出的假说，就是“共进化理论”。这个假说提出，病毒与细胞有着相同的来源，在生命起源的每个阶段，每个生命的“半成品”都有两条路可走：一条路是继续复杂化，发展出越来越健全的物质代谢和能量代谢，最终发展成细胞生命；另一条路是不再复杂化，盗窃前者的发展成果复制自己，如影随形地赖在前者身上，这样的半成品就没有发展为细胞，而发展成了各种各样的病毒。
1700259964
1700259965
在这样的假说里，病毒就是细胞生命那胎死腹中的孪生同胞，但这死胎从未放弃留在世上的野心，它们一直依附在我们身上，以种种可怖的方式与我们共存了40亿年，永远也无法被驱散。
1700259966
1700259967
至于生命起源的各个阶段是什么，每个阶段的半成品是什么样，在不同的研究者那里又有许多不同的版本，但总的说来，都与RNA世界假说脱不开关系。这听起来多少有些新鲜，然而病毒与RNA的联系，甚至要比中心法则更早建立起来。
1700259968
1700259969
人类发现的第一种病毒是烟草花叶病毒，它早在1886年就被德国农业学家阿道夫·迈耶（Adolf Mayer）粗糙地提取出来，但人们一直搞不清楚它是什么东西。直到半个世纪之后，1935年，美国生物化学家温德尔·斯坦利（Wendell Stanley）才终于确定了这是一种蛋白质和RNA共同组成的微粒。而当时也正是遗传学的突破关口，重大的发现接踵而至：1935年到1944年，人类发现DNA是细菌的遗传物质；1946年，斯坦利因分离烟草花叶病毒的RNA和蛋白质荣获诺贝尔化学奖；1953年，DNA双螺旋和中心法则问世；1956年，普朗克研究所证明了烟草花叶病毒的遗传物质就是RNA。也正是因此，1958年，弗朗西斯·克里克才在中心法则上画出了“RNA复制”的箭头III，而这个箭头，也正是RNA世界假说的核心思想：RNA可以自我复制，单独构成一个遗传与代谢的闭环。
1700259970
1700259971
所以，把病毒加入RNA世界本来就是顺理成章的事情。如果你还记得第七章的结尾处，我们说过威廉·马丁与尤金·库宁共同描绘了一幅宏大的生命起源图景，那么，在那之后的第二年，也就是2006年，尤金·库宁又给出了一个生命与病毒的共同起源图景IV，把它概括起来，大概就是下面这个样子：
1700259972
1700259973
最初的世界是严格的“RNA世界”。这些RNA既能编码遗传信息，也能催化复制自己。所以最初的中心法则就只有“RNA复制”那一个箭头，这虽然非常简单，却已经是个完整的闭环，足以启动分子尺度上的进化了。在这个世界里，最初的细胞很可能已经出现了，而某些亚病毒因子甚至比细胞出现得还早。
[
上一页 ]
[ :1.700259924e+09 ]
[
下一页 ]