病毒——科学家的最新科普

病毒不是没有生命的——起码不像石头或者晶体一样毫无生机。有人把这个看法简化后说，任何比病毒小的都是无生命的，比病毒大的则是有生命的。所以病毒就在临界上：死的，或是活的，或者两者兼有。我不认为存在奇点，一个临界点，一个尖锐的分界线；相反，从一个个独立的生物分子直到细胞，存在着连续的过渡。在生命起源的时候，RNA病毒是最大的生物分子了，从那时起它们就一直存在。

“生命是什么？“是物理学家埃尔温·薛定谔在1944年提出的问题，它也是薛定谔的一本著作的名字，这篇论著激励了整整一代物理学家投身于生物学研究。生命遵循热力学原理和能量守恒原理。活细胞的一个特征是有结构的熵减现象。熵是一个物理概念，简单来说是描述“无序的程度”。打个比方，如果我什么都不管，我的书桌会变得越来越凌乱；然而，如果我攒足精力来清理一番，它就会变得整洁有序。生命和热力学第二定律满足以下这个规律：营养和能量使得有序的生命成为可能。诚然，薛定谔所问的是生命的法则，不是生命的起源。

我认为美国国家航空太空总署（NASA）对生命是什么一定有个很好的定义，因为NASA正在努力寻找地球以外的生命。他们肯定知道自己在找什么。杰里·乔伊斯(Jerry Joyce)对此有贡献，他当时在加州的索尔克研究所(Salk Institute)，在试管中制造出能自我复制的RNA，而且RNA可以变异和进化。这是他的方法来“重现生命起源“。也许是他的成果激起了NASA的灵感，NASA给生命的定义是：一个能复制自我的系统，携带遗传信息，并能够进化。（我甚至会省略“遗传信息”这个因素，因为结构信息同样也可以进行演化。没错，我指的就是类病毒。）

我们可以拿苹果和病毒进行类比。桌上的苹果不能复制自己，变成两个；病毒也不能。苹果需要泥土，长成苹果树后才能结果子。苹果有生命吗？那么病毒呢？达尔文是怎么说的来着？他把生命发源处描绘成一个“温暖的小池塘”，认为一开始什么都很原始；但此外他什么也没有预测。病毒需要小池塘，或者起码一个试管，一个能够提供复制所需的养料的环境，以及容纳后代的空间。病毒的确不复杂。病毒比石头有活力，没错，不过石头可从来就没活过。令人惊讶的是，有些病毒可以聚集起来，呈现出对称的准晶体结构，从而极端稳固且耐热，从这个角度来说它们更像是石头。异常的晶体结构甚至可以继续衍生下去，和复制过程很相似。我们大脑中有些蛋白质就会有这样的表现，比如说阮病毒；所以蛋白质也是病毒吗？我们很快会知晓答案。

细菌通常被认为是有生命的微生物：它们可以通过细胞分裂的形式复制自我，更重要的是，它们能够合成蛋白质。合成蛋白质的能力是区分有生命和无生命物质的重要分水岭。细菌也需要从外部获取营养，因而它们也不可以完全做到自给自足。细菌一点也不原始。世界上不存在所谓的“生物永动机”，那种不需要能源供给的系统是不存在的。但是能源并不一定要来自细胞，可以是化学能，就像暗无天日的海底深处那些黑烟囱一样。

最令人惊讶的是，研究发现巨病毒含有蛋白质合成所需的部件。因此巨病毒与活细菌非常接近，可以称之为是“准细菌”。这些巨病毒也被叫做“拟菌病毒”，因为它们似乎在模拟细菌的一切。和细菌一样，这些巨病毒是其他一些更小的病毒的宿主；小一点的病毒在体积大的病毒内部进行复制。这些发现让传统病毒学家极为光火，因为所有现有的定义或者约定俗成的分类方法对巨病毒都不适用。巨病毒在2013年被发现，《自然》杂志上的评论文章说，这个发现，让病毒获得被讨论是不是生命的资格，而且病毒应该在生命之树的底层；拟菌病毒的发现者也是这么希望的。在生命之树的最底层，那里还没有细胞，也没有拟菌病毒——这两者和病毒相比都过于巨大，因此不可能代表生命的起源。早期病毒很可能不需要细胞，这个想法很有风险。我的推测“病毒首先出现”一样很有风险。当今的病毒需要细胞，不过这很可能是长期进化的结果。事实上，类病毒这样的裸露的RNA，可以无需细胞进行复制和进化；它们从一开始就不需要细胞。类病毒可以在乔伊斯的试管中做所有的事情，一点也不依赖于细胞的存在。它们也可以称为“裸病毒”。

病毒是遗传信息的发明者也是提供者。它们建造了我们的基因组。我相信这是正确的，我认为再怎么强调也不为过，这是我的信念。

病毒肯定对细胞的形成有帮助。事实确凿，无可争议。到了今天，病毒成了寄生虫，依赖于细胞。寄生虫可把它部分的职责交给宿主，从而比独立存活或者在宿主细胞外生存，有更少的基因。目前现有的研究手段也只让我们去检测那些依赖宿主细胞的寄生病毒。进化，不仅仅让简单变得复杂，也可以反过来。复杂的系统可以变得简单：它们可以丢掉些基因，功能转移，变得特异化。根据所处环境的不同，可以增加或放弃一些功能。线粒体就是一个好例子。请看本书最后一章。

病毒如何与宿主细胞进行交流？有一类细胞没有细胞核，比如说包含了细菌和古细菌的原核生物；另外的一类具有细胞核，叫做真核生物，包含了昆虫、蠕虫、植物、哺乳动物等等。它们都是病毒的宿主，不过宿主为细菌的病毒有另一个名字，叫噬菌体。然而，没有必要把病毒和噬菌体区分开来。对于宿主来说，它们的行为非常类似。它们的“生命周期”或“复制周期”有几个特征：病毒通过感染进入宿主，之后可以潜伏、整合、复制和/或裂解。潜伏——宿主往往对此毫不知情——是一个慢性或者长期的状态。疱疹病毒就是这样藏匿在神经元中，可达数年之久。很多植物病毒可以永久潜伏下去，从不产生外壳，从不活跃（或产生毒性），于是和植物细胞一起繁殖下去。噬菌体以整合前体的形式，潜伏在细胞内。这个叫做溶原态。此外，逆转录病毒和别的一些DNA病毒可以整合到宿主基因组中去。这样宿主细胞就多了几个基因。然而，病毒整合也可能导致毒性，产生诱变作用，于是对宿主细胞有害。在面对压力的时候，噬菌体和病毒都可以将宿主细胞裂解掉，从而释放成千上万的子代病毒。这和我们面对没有足够空间或食物这种压力时的情形是一样的。去牙医那看牙齿也可能有类似的效果，疱疹病毒从它们的藏匿处跑出来，散布到嘴唇上，造成病灶。

请记住这条普遍规矩：外部入侵，要么被整合，要么在压力下崩溃。这就算对社会来说也是正确的。

病毒会不会毁掉宿主，把我们都杀死，导致人类灭绝吗？不，那是个童话故事，是不会发生的。在进化的角度来说，这是无稽之谈。因为如果病毒这么干了，它们同时也毁灭了它们赖以生存的根基，它们自己也会随之灭亡。如果大多数的宿主消失了，变得十分稀少，那么病毒就无法找到新的宿主。因此如果宿主匮乏，病毒就会做出调整以适应新的宿主类型。“人畜共患病“的危险也在于此。人畜共患病指的是，人和患病动物接触后，染上了从未患过的病毒。在所有的现有宿主都完全灭绝前，病毒会做出新的调整，从寄生变为共生，共生往往是互惠互利的，这对病毒和宿主都有益处。如果病毒帮助宿主更好的生存，那同时也增加了它们自身以及后代的存活性。共同进化可以让病毒不那么猛烈，毒性不那么强。这有两种可能：要么宿主产生更强大的抵抗力，要么病毒变的无害。后者可以通过将病毒序列在宿主基因组中内源化达到。我们的基因组里布满了内源化的病毒，堪称前病毒的墓地。下文会详细介绍内源化。

许多病毒在进化过程中，对宿主的危害越来越小。比如说，埃博拉病毒就与蝙蝠（它们的主要宿主）达成了这样的协议；严重急性呼吸道综合征病毒（SARS）也是如此。在猴子中传播的猴免疫缺陷病毒（SIV，在人中对应的是HIV）也不再会导致猴子生病。如果我们等待足够久的话，我们也许可以和HIV达成友好协议？我猜是会的，只不过那样的话我们就真的得等很久了。

原标题：《病毒——并非你所想象》

打印本页关闭窗口