探究病毒 理解生命

病毒，是一種必須依靠宿主細胞才能完成生命周期的簡單的生命形式。然而，科學界對于病毒是否屬于真正“生命”的范疇，長期存在爭議。同時，病毒對宿主的基因具有深遠的影響，因此，研究病毒與宿主基因之間的相互作用，為我們深入理解生命的本質提供了豐富的視角和重要的啟示。

生命，信息與進化

關于生命的定義，確實存在著廣泛的討論和不同的觀點。不過，地球上所有已知的生命體都有一個共同的本質特征，即它們都擁有一套保存和傳遞遺傳信息的機制，確保這些信息能夠從上一代傳遞到下一代。此外，生命體還具有可進化性，每一代繼承前一代信息，同時，也伴隨著一定程度的變異。這些變異，即突變，它們為自然選擇提供了基礎。

在自然選擇的過程中，那些攜帶有利突變的個體更有可能繁衍后代，從而使這些有利突變得以在種群中傳播。比如，一個人被某種細菌感染后，服用抗生素進行治療。在抗生素的作用下，大部分細菌會死亡，但那些攜帶抗藥性突變的細菌則能夠存活。隨著時間的推移，這些抗藥性細菌的數量會逐漸增加，最終導致整個細菌群體對抗生素產生抗性。這一過程，實質上是細菌適應環境壓力、逐步進化的體現。

在地球上，我們所了解的生命體系中，細胞中的核酸是保留和傳遞遺傳信息的基礎。脫氧核糖核酸（DNA）是主要的遺傳物質，其序列由4種核苷酸—腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）組成。這些核苷酸通過特定的排列方式編碼生物體的特征。基因是DNA上的一段特定序列，它包含了構建生物體特定特征所需的遺傳信息。基因不僅決定了蛋白質的氨基酸序列，從而影響蛋白質的結構和功能，還可能編碼某些核糖核酸分子（RNA）。盡管RNA通常并非遺傳信息的永久性載體，但是它們在細胞內扮演著多種與遺傳信息傳遞相關的角色。除了編碼蛋白質或RNA的序列外，DNA中還有一些非編碼區域，它們的功能主要是調節基因的表達。這些區域可以控制基因何時被激活以及在多大程度上被激活，從而影響蛋白質或RNA的合成。

如果我們想深入理解生命活動，必須掌握生物學中的一個基本法則—“中心法則”。這一法則描述了遺傳信息的流動方向：從DNA到RNA，再到蛋白質。也就是說，DNA首先通過轉錄過程生成RNA，然后RNA通過翻譯過程生成蛋白質。這一單向的信息流動是生物體發育和實現功能的基礎。在DNA轉錄之前，DNA需要先完成復制，這是一個關鍵步驟，它確保了遺傳信息在細胞分裂時能夠準確無誤地傳遞給后代。然而，在DNA的復制過程中，可能會出現錯誤，導致突變。幸運的是，細胞內擁有一套復雜的DNA修復機制，能夠將突變率維持在較低水平。不過，突變是無法完全避免的，它們也為生物的進化提供了原材料，是自然選擇和生物進化的基礎，使生物能夠適應不斷變化的環境。

其實，在非分裂狀態下，細胞的內部像一個生產車間，依然承擔著各種工作任務，比如，根據基因合成相應的蛋白質和RNA。在這項任務中，轉錄是關鍵步驟，它涉及將DNA上的基因信息“轉抄”到RNA上，轉錄產生的RNA有以下幾種類型：

1.非編碼RNA。某些轉錄產物是具有特定功能的RNA的前體，這些RNA在經過加工后成為最終的功能性RNA，如核糖體RNA（rRNA）、轉運RNA（tRNA）等。

2.信使RNA（mRNA）。如果轉錄的信息用于編碼蛋白質，那么這個轉錄產物就被稱為mRNA。在許多生物的細胞中，mRNA在成為功能性分子之前需要經過一定的加工，包括剪接、加帽和加尾等過程。

3.逆轉錄。在某些RNA病毒中，遺傳信息的流動可以逆轉，即從RNA到DNA。在侵入宿主細胞后，這些病毒會利用自身的RNA作為模板合成DNA，這個過程就是逆轉錄。逆轉錄病毒（如人類免疫缺陷病毒，即HIV）能夠將合成的DNA整合到宿主細胞的基因組中，從而實現長期寄生和復制。

“中心法則”描述了遺傳信息從DNA流向RNA再到蛋白質的過程，然而，隨著科學的發展，人們發現這一法則在某些情況下存在例外。例如，在逆轉錄病毒中，逆轉錄過程不僅為此類病毒提供了一種獨特的生存和復制機制，也對病毒學和分子生物學的研究提供了新的視角。

病毒，備受爭議的生命體

病毒是一種極其微小的生物體，普通光學顯微鏡難以捕捉其蹤跡，通常需要電子顯微鏡才能觀察到它們。然而，病毒與細菌的主要區別并不僅僅在于體積，更在于它們的生命形式。

細菌是單細胞生物，具備完整的細胞結構，包括細胞膜、細胞質和DNA。它們能夠獨立完成生命活動，如新陳代謝和繁殖。細菌的DNA位于細胞質中，這類細胞被稱為原核細胞。相比之下，多細胞生物（如人類）的細胞無法獨立生存，但通過細胞間的聯合會形成能夠獨立生存的個體。

病毒則完全不同。它們通常由遺傳物質（DNA或RNA）和蛋白質外殼（衣殼）組成，缺乏細胞膜和細胞質。病毒不能獨立生存，必須侵入宿主細胞才能進行復制和繁殖。病毒的生命周期包括吸附并進入宿主細胞、釋放遺傳物質、復制遺傳物質、合成新的病毒蛋白和組裝新病毒顆粒，最終釋放新病毒顆粒以感染其他細胞。

在多細胞生物的機體中，細胞通過分裂進行繁殖。在分裂之前，DNA會進行復制，然后均分到兩個新細胞中，細胞隨后分裂成兩個獨立的細胞。這種分裂過程是多細胞生物繁殖和生長的基礎。

病毒的本質是被蛋白質外殼包裹的DNA或RNA。有時，這些蛋白質外殼外還會覆蓋一層由磷脂構成的膜，這層膜通常來源于病毒的宿主細胞。在蛋白質外殼內部，除了遺傳物質，還包含一些對病毒復制和轉錄功能至關重要的蛋白質。

在細胞外，病毒并不表現出生命體的特性，本質上它們只是一系列化學分子的組合。科學家甚至能夠像處理其他化學物質一樣，將病毒結晶化，使其變為類似于食鹽的晶體。然而，一旦病毒侵入宿主細胞，它們的生命機制便被激活。病毒會復制自身的DNA或RNA，進行轉錄和翻譯，合成必要的RNA和蛋白質。其最終目標是制造出更多的病毒顆粒，并從宿主細胞中釋放，進而感染更多的細胞。

正是由于病毒的這種特性—必須侵入宿主細胞后才能展現生命體的特性，引發了科學家們對其是否屬于生命的廣泛爭議。筆者認為，盡管病毒必須依賴宿主細胞進行生命活動，但它們能夠保存和傳遞信息，并且具備進化的能力—這些都屬于生命的本質特征，因此，病毒應當被視為一種特殊的生命體。

然而，如果將生命定義為必須能夠獨立完成信息的保存和傳遞，那么病毒確實不符合這一定義。同時，我們也需要思考：到底該如何定義“獨立”？即便是看似獨立的細菌、植物和動物，它們的生存也依賴于整個生態系統，它們真的“獨立”嗎？基于這些考慮，筆者認為無需將“獨立”作為定義生命的必要條件。

進化，病毒與細胞的“探戈”

在生物進化史上，病毒與細胞的關系錯綜復雜，它們同生共舞，仿佛在表演一曲張力十足的激情探戈。通常來說，病毒會給細胞帶來麻煩，比如，進入人體細胞后，病毒會導致機體出現功能障礙，所以，它們常常以“敵人”的形象進入我們的認知系統。然而，如果從起源上看，病毒與細胞的關系很密切，許多病毒基因的起源可以追溯到某個細胞。當科學家深入分析病毒的基因，并將其與其他生物的基因進行比較時，發現它們之間存在許多同源性。

病毒在感染宿主細胞并進行復制的過程中，有時會“借用”宿主的基因片段。如果這些片段對病毒的生存有利，它們就可能被保留并最終成為病毒基因的一部分。這種從不同物種獲取基因的方式，與傳統的從祖先那里“繼承”基因不同，被稱為橫向基因轉移。

除了從宿主體內“偷竊”基因外，病毒有時還能向宿主提供基因。據估計，人類DNA中有約8%的成分可能來源于遠古時期的病毒，尤其是某些逆轉錄病毒。這些病毒能夠將自己的RNA轉錄成DNA，并將其插入宿主細胞的基因組中。如果這種插入發生在生殖細胞中，那么這些病毒基因就有可能被遺傳給后代。

雖然大部分病毒基因在人體中似乎沒有明顯的危害，也沒有特別的用途，但這并不意味著它們都是無用的。實際上，至少部分病毒基因已被發現具有重要的功能。例如，它們可能在人類基因組的進化中發揮了作用，或者提供了調控基因表達的序列。其中一些病毒基因甚至包含了對人體有價值的基因，比如合胞素基因。合胞素是一種在女性孕期形成胎盤時至關重要的蛋白質，而合胞素基因正是源自遠古時期感染靈長類祖先的逆轉錄病毒。

從病毒中獲得合胞素基因顯然對人類是有益的，否則我們可能無法實現胎生。這也是橫向基因轉移的一個典型例子。通過這種機制，病毒為基因在不同物種間的流動提供了一條途徑，從而對生物的進化產生了深遠的影響。

那么，病毒最初來自哪里呢？病毒的起源至今仍是一個科學上的謎題，科學家提出了幾種假說：

1.逃逸基因假說。病毒可能是從細胞中逃逸出來的基因。隨著時間的推移，這些基因逐漸進化出了獨立于細胞的生存和復制能力。

2.退化假說。病毒可能是細胞退化的產物。它們在進化過程中失去了獨立生存的能力，變得只能依賴宿主細胞進行復制。

3.早期生命遺留物假說。病毒可能是早期無細胞生命形式的遺留物。早期的生命可能是基于自我復制的RNA，后來才發展出了DNA和細胞結構。在這個過程中，一些自由核酸可能獲得了在細胞內寄生的能力，最終進化成了病毒。

4.游離基因集合。病毒也可以被視為一種在細胞外游離的基因集合。它們無法獨立完成生命活動，但可以通過侵入細胞來完成生命周期，并在這一過程中獲得或傳遞新的基因。

盡管目前還沒有實驗證據能夠明確支持上述任何一種假說，但現有的科學證據已經證明，病毒與細胞之間的相互作用極為復雜，它們之間緊密的關系對生命的進化產生了深遠影響。

病毒，這些不具備獨立生命活動能力的、細胞外的流浪者，攜帶著一系列基因片段在世界的各個角落游蕩，當時機來臨，通過侵入宿主細胞，它們就會啟動并完成其生命周期。在這個過程中，病毒不僅可能吸納宿主細胞的基因片段，增強自身的遺傳多樣性，還可能將自己的遺傳物質遺留給宿主，促成跨物種的基因流動。這種基因的交換和轉移，豐富了宿主的遺傳庫，也引發了宿主的適應性進化。也許，當你下一次看到“病毒”兩個字時，腦海中不會僅僅浮現出病毒感染導致的各類疾病，也會想起這些流浪者在生命進化史上所扮演的更為復雜多樣的角色。

【責任編輯】張小萌