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但果真如此吗?事情恐怕还有玄机。
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在类病毒和病毒之间,还有另一种被称为“卫星核酸”的亚病毒因子。这种小东西一方面像类病毒一样,只是一段极简单的核酸序列,并不编码任何衣壳蛋白,另一方面又不像类病毒那样裸露着,而是会盗窃某种病毒的衣壳蛋白,装配出完整的病毒结构,由此获得感染动物细胞的能力。比如丁型肝炎的病原体就是一种卫星核酸,它们可以偷取乙肝病毒的衣壳蛋白,打扮得像个正经病毒似的,出来感染人类的细胞。
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显然,卫星核酸一定要与某种病毒一起感染宿主细胞,才能获得传播能力。凡是丁型肝炎的患者,必然先是乙型肝炎的患者。如果说病毒是小偷,那么卫星核酸就是专偷小偷的小偷,在施皮格尔曼怪的世界里,也有“强盗遇上打劫的”这种咄咄怪事。
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这些卫星核酸各式各样,有单链的,也有双链的,有环形的,也有线形的,有RNA的,也有DNA的。其中最值得我们注意的,是某些卫星核酸是一个环状的RNA,像类病毒一样只有几百个碱基,不仅三维形态与锤头类病毒长得像极了,在宿主细胞里的复制机制也与锤头类病毒的复制机制如出一辙。它们与类病毒唯一不同的,就是需要与某种病毒一起传播感染。
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于是,弗洛雷斯警觉地提出,这样的卫星核酸就是另一群类病毒,只不过在进化中无比奸诈地利用了真正的RNA病毒,大大增强了传播与感染的能力。丁型肝炎可以被看作其中的典范,它只有1 700个碱基,在已知的能够感染动物的核酸里,这是最小的。如果你注意到它比说好的几百个碱基大了很多,那是因为它还额外编码了一个蛋白质,可以帮助它调控复制的速度,而这个蛋白质的基因,很可能也是它在进化中偷盗来的,这在核酸的世界里是再寻常不过的事情了。
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现在是时候问一下,遗传信息从DNA到RNA到蛋白质的流动是如何开始的。在这方面,弗朗西斯·克里克再次远远领先于他的时代。1968年,他已认为RNA一定是第一个遗传分子,他还进一步指出,RNA除了作为模板外,还可能作为酶,从而催化自身的自我复制。
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——詹姆斯·沃森[8],《RNA世界》VIII,1993年
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在2014年的论文结尾,弗洛雷斯引用上面这段话称赞了RNA世界假说的远见,并最终总结了类病毒作为RNA世界孑遗的若干理由。但我们除了思考同样的问题,还遇到了一件新的值得思考的事:在上一章的结尾,我们曾把那个互相催化的RNA世界看作一个“各物种相互依存的生态系统”,而在这一章里,无论实验室的发现还是自然界的痕迹,又都暗示着一个尔虞我诈、激烈竞争的RNA世界。
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当然,这两者并不冲突。毕竟,今天这个由细胞组成的生命世界也是这副样子,一边是互利共生,一边是生存斗争,进化用这两种方式塑造了我们每一个物种。然而,这是直到今天才刚刚出现的局面吗?现在看来,事情恐怕远远早于我们的预期:在中心法则启动了第一个箭头,遗传和复制刚刚开始,细胞都尚未出现的那个时代,这样的格局就已经建立起来了。
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毫无疑问,这是意义深远的事情。因为协作和竞争使RNA面临的选择压力不再只有“最大限度地利用核苷酸”,还有投资与回报、利用与被利用的无限复杂的生存博弈。在细胞诞生后的世界里,就是这样的生存博弈让地球上的生命进化出了惊人的多样性,每一个物种都与其他物种交织成了错综复杂的关系网络。同样,在细胞诞生之前的RNA世界里,这样的生存博弈也把所有RNA乃至所有有机分子的进化之路纠缠绑定起来,导向了不可避免的复杂未来。
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当然,我们也不要忘了,在我们的故事里,支撑起这复杂未来的仍然是海底深处的白烟囱,那地质化学反应提供的绵绵不绝的物质与能量。
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延伸阅读类病毒的复制机制
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类病毒,一个环状RNA分子而已,怎样才能劫持一个细胞来复制自己呢?
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正文里已经有过概述:类病毒虽然是个环状分子,但由于大范围的自我配对,类病毒在整体上被拉长成了双链,这不但让它更加稳定,还让它能冒充双链DNA结合到RNA聚合酶上,然后利用这个酶复制自己。
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但是,RNA聚合酶的本职工作是转录,是根据DNA的模板链聚合互补的RNA链,就像图4—7那样。所以,即便被类病毒劫持,它也只能以类病毒的母链为模板,聚合出来一条类病毒的“负链”。同时,类病毒是个环,RNA聚合酶沿着它转圈,聚合出来的负链就会是一条无穷无尽的重复线性序列,又该怎么恢复成一个个的“类病毒正链”呢?
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我们已知的类病毒有两个科,它们用不同的方式解决这些问题,追究起来,也都很有趣IX。
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首先是较早发现的马铃薯纺锤块茎类病毒科,这个科的类病毒都像图4—13那样,二级结构近似一对双链,就像苏东坡那句“柳庭风静人眠昼。昼眠人静风庭柳”[9],出句对句就是互相转个身,RNA聚合酶绕着它走一圈,转录出来的负链就会与正链几乎一样,也能形成大段大段的自我配对(图4—14)。又因为这些序列头尾相连,于是就折叠成了一大串“……几几几几几几几……”这样的“连体负链”。更要紧的是,既然负链与正链非常类似,那么这每个“几”也将酷似DNA的双螺旋,也都能劫持DNA聚合酶,于是在每个“几”上面,又一轮新的聚合反应开始了。
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这一次的聚合产物当然就是正链了,但是,既然负链是连体的,这些新合成的正链也还是“……几几几几几几几……”这样的连体正链。但是如此多的RNA双链实在太刺眼了,细胞自己的RNA很少形成这样的结构,这显然是病毒入侵的标志。所以,细胞的RNA干扰机制会派出一种“III型RNA内切酶”(RNase III),上去把它们全都剪断。哈哈,这下反而中了计,把正愁分不开的连体正链齐齐整整地分开了!
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最后,每一个成功分离的正链都会折叠成一个图4—13那样的双链,只是某处还有一个断口,而这样的结构又能欺骗细胞里面用来修复DNA缺口的“I型DNA连接酶”,把断口连接上。
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事儿就这样成了,类病毒复制成功。
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图4—14 马铃薯纺锤块茎类病毒科的扩增机制。(作者绘)
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