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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？ [:1700256333]
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·比病毒还小的RNA·
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不仅如此，我们越来越怀疑，某些最成功的施皮格尔曼怪即便经历了40亿年的进化也没有变得面目全非，还保留了许多当初的特征。1971年，美国植物病理学家西奥多·迪纳调查了“马铃薯纺锤块茎病”，发现这种传染病的病原体是一种前所未见的有机体，像病毒，但是比病毒更简单，于是把它称为“类病毒”。
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简单地说，类病毒是一种环状的RNA，而且这个RNA真就只是RNA而已，完全裸露着，不像病毒那样裹着衣壳和包膜。而且类病毒的RNA极端微小，不到400个碱基，甚至只有200多个，哪怕最小的病毒也有它们的几十倍大。当然，这样短小的RNA也不可能编码任何蛋白质，它们所做的一切就是通过伤口钻进细胞，然后劫持细胞里负责中心法则的酶，复制自己。
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如果类病毒的尺寸与行径让你疑心它与RNA世界有什么联系，那你的确想到前面去了。迪纳在发现类病毒之后投入了十余年做深入研究，到1989年，他做出了一个大胆的推测：类病毒很可能是RNA世界最古老的孑遗。V
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或许由于当时的人们还不够了解类病毒，迪纳的推测在当时并没有收到太多反响。但是到了近些年，关于类病毒的推测被人们重新拾起，开始得到郑重对待。比如，西班牙巴伦西亚理工大学的分子生物学家里卡多·弗洛雷斯就是类病毒研究的重要人物，他在2014年的论文VI中提出了非常引人瞩目的推测：类病毒那微小的尺寸和极致简单的结构，非常吻合早期RNA应有的模样，迪纳关于类病毒是RNA世界孑遗的想法，很可能是对的。
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比较直观的是，类病毒的一级结构是个首尾相接的环，这样就更加稳定，也不容易在复制时丢失两端的序列；同时，它们的碱基也含有更高比例的C和G，它们配对之后比A和U更加结实[6]，那些生活在火山温泉和热液喷口的嗜热微生物也同样拥有这个特征。
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说起配对，类病毒虽然短小，却也同样形成了精巧的二三级结构。由于大范围的自我配对，类病毒在整体上拉长成了双链，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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对于那些熟悉中心法则的读者来说，上面这段话稍一推敲就会冒出三个疑点。第一，RNA聚合酶通常以DNA为模板，转录出互补的RNA链（如图4—7），那么，它以类病毒为模板，也应该是聚合出来一条类病毒的互补RNA。第二，RNA聚合酶的工作总有个开端，所以互补RNA将不是一个环，而是一条线。第三，类病毒的一级结构是个环，RNA聚合酶沿着它周而复始，聚合出来的RNA就会是一条无穷无尽的循环序列，又该怎么分割呢？
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这就涉及一些精巧的“技术细节”，那些对此深感兴趣的读者，可以现在就跳到这一章的“延伸阅读”中去了解一番。而对于那些着急“听”下文的读者，那大概可以概括地说：类病毒的三维形态还能劫持RNA聚合酶之外的酶，而且，有些类病毒就像自剪接内含子一样，是个自己催化自己的酶RNA。
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所以，小而稳定，不能编码蛋白质，却能够利用中心法则的酶系统，还具有催化能力，这简直就是RNA世界早期的缩影，然而它们究竟是否真的仅凭这些伎俩就幸存了40亿年，这又是一个难以捉摸的问题。
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图4—13 人类发现的第一种类病毒“马铃薯纺锤块茎类病毒”。它的一级结构就如那根淡淡的粗灰线所示，是个首尾相接的环，周围的数字标注了那些碱基的序号，但它的二级结构因为大量的自我配对而聚成双股，非常近似双链。
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迄今为止，我们知道的一切类病毒都只感染农作物，包括土豆、柑橘、啤酒花、椰子、苹果、薄荷，还有鳄梨、桃子、茄子，而且会令它们患上减产的疾病。当然，这非常可能是一种“幸存者偏差”，毕竟像类病毒这样微小的环状RNA，如果不酿成什么经济损失，恐怕根本就没有机会被人类注意到。
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不过，即便是已知的这些类病毒，也似乎透露了一些关于进化的古老信息：已知的类病毒分为两个科，一个是马铃薯纺锤块茎类病毒科，或者叫棒状类病毒，另一个是鳄梨日斑类病毒科，或者叫锤头类病毒VII。前者专门感染植物细胞的细胞核，利用那里面的酶复制自己；而后者专门感染植物的色素体，比如叶片中的叶绿体和块茎中的造粉体[7]，利用那里面的酶复制自己。
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这两科类病毒除了三维结构有很大的差异，整个复制机制也有很多差异。在第七章里，我们介绍过目前普遍被认可的内共生理论，也就是说，植物的色素体曾经是一些独立生存的蓝细菌，大约在15亿年前它们才侵入了植物祖先的细胞，在那里面定居下来，在进化中舍弃了大部分不必要的结构，最终简化成了一种细胞器，但是仍然在很大程度上保持着遗传上的独立，它们有自己的DNA，有自己的核糖体，有自己的整套遗传系统。
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弗洛雷斯因此推测，这两科类病毒曾经分别感染过早期真核细胞和细菌，后来随着内共生全都荟萃在了植物身上，在今天尚未被人类细致观察的单细胞真核生物以及细菌体内，很可能同样存在着未知的类病毒。
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至于我们动物同样是古菌的后代，却为何不被类病毒感染，我们或许可以归因为更加有效的防御机制。首先，植物细胞很容易被啃咬，导致破损，比如蚜虫那注射器似的刺吸式口器就是类病毒传播的主要媒介，各种植物病毒也往往通过这样的伤口进入植物的细胞。其次，植物的细胞普遍存在着“胞间连丝”，也就是相邻的细胞都以很细的管道互相沟通，像曹操的战船都被铁索连环绑在了一起一样。类病毒或者病毒只要侵入了其中一个细胞，就能顺着这些胞间连丝火烧赤壁，迅速蔓延开来。但动物细胞一旦破损就会死亡，活细胞的表面又分布着层层叠叠的受体蛋白，绝不允许来路不明的物质随便进出，所以感染动物的病毒总要编码一些特殊的衣壳蛋白，骗取细胞的信任，才能悄悄溜进去，而类病毒不编码衣壳蛋白，也就无法进入动物细胞了。
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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。