东城刃:【引用】《科学世界》：病毒 生命还是非生命

病毒 生命还是非生命

　　病毒曾给人类造成了非常大的危害，科学家近年来却发现，它们也不尽是“坏东西”。此外，科学家还发现了比细菌还要大的新型病毒品种，这也动摇了关于病毒的传统定义。那么，位于生命和非生命交界处的病毒究竟是什么？

　　翻译/王鸣阳

　　病毒是病原体，这是人们早已形成的一种固有观念。现在已经发现的病毒大约有4000种，这些被研究过的病毒，基本上都是能够导致人和家畜患病的、显示有病原性的病毒。病毒的英语名称“virus”就源自拉丁语的“毒”这个词。

　　然而，日本国立遗传学研究所研究病毒进化的五条堀孝教授却告诉我们：“现在大家都知道病毒对于宿主(被病毒寄生的生物)是有害的，其实，这样的病毒只占少数，事实上还存在着大量没有病原性的病毒。人类现在所知道的病毒，其实只是病毒中很少的一部分。”

　　长期进行病毒学研究的日本东京大学山内一也名誉教授还说：“每一种生物都携带有各自特定的病毒，总共到底有多少种病毒，现在还不清楚。”

　　那么，病毒究竟是什么东西呢？病毒是生命还是非生命的物质？为了说明这个问题，我们可以把病毒与大肠杆菌这类细菌(无细胞核的单细胞原核生物)做一个比较。

　　无论细菌还是病毒，两者的基因(携带遗传信息的实体)所使用的都是叫做“核酸”的高分子。但是，包括细菌在内的细胞生物(具有细胞的生物)全都是把DNA(脱氧核糖核酸)当作基因；而病毒则有两类，有把DNA当作基因的DNA病毒，也有把RNA(核糖核酸)当作基因的RNA病毒。只有病毒才会利用RNA作为基因。

　　病毒的结构是在核酸的周围包裹着一层蛋白质壳，在这层蛋白质壳外面还有一层叫做“包膜”的膜层。

　　病毒通过侵袭细胞而增殖

　　病毒和细菌的一个很大的区别是两者的大小相差很大。大多数细菌的直径为1微米左右(1微米等于100万分之1米)，而病毒的大小，通常只有细菌大小的1%～10%左右。细菌在光学显微镜下就可以看见，而病毒很小，在光学显微镜下是看不到的，必须使用电子显微镜。

　　病毒和细菌，两者的增殖方式也很不相同。一般说来，哪怕是单独存在的细菌，也可以通过细胞分裂来实现增殖。然而单独存在的病毒是不可能增殖的，它们必须寄生在宿主的细胞上才有可能实现增殖。正是因为病毒的这个性质，有不少科学家并不把病毒看成是生命。

　　病毒侵入宿主的细胞内，利用细胞的系统，生产病毒的“部件”，然后复制出千万个子孙。在这个过程中，有些将宿主的细胞摧毁，病毒显示出它们的病原性。

　　艾滋病病毒(HIV)等一类RNA病毒叫做“逆转录病毒”，这类病毒是利用逆转录酶来实现增殖的。从DNA合成RNA的过程则叫做“转录”，而从RNA合成DNA的过程则叫做“逆转录”。所谓逆转录酶，是指用来从RNA合成DNA的那种聚合酶。

　　逆转录病毒一旦感染了宿主的细胞，病毒的RNA便会侵入细胞的内部。然后，病毒的RNA在病毒逆转录酶作用下合成出病毒的DNA。新制造出来的病毒DNA插入到宿主细胞核内的DNA中，从而使逆转录病毒与宿主的DNA结合为一体。

　　已经整合到宿主DNA中的病毒DNA被叫做“前病毒”。此后，按照这种前病毒所携带的遗传信息就可以制造出逆转录病毒的部件来。处在前病毒状态的病毒其实就是核酸分子。单从这一点看，病毒与具有细胞的细菌就有很大的不同。

　　发现不符合传统病毒定义的新型病毒

　　以前，科学家一直认为细菌和病毒是两类不同的东西，不难将两者区别开来。然而近些年来，科学家却接连发现了一些新的病毒品种，这就使得病毒与细菌的界线变得模糊不清了。这些奇怪病毒的一个典型例子，是新发现的一种叫做“米米病毒”(mimivirus：Mimicking Microbe Virus，意思是“酷似细菌的病毒”)的巨型病毒，它比支原体(大小为0.2微米左右)类的小型细胞生物还要大。

　　米米病毒是目前已知的最大病毒，大小为0.65微米左右。它是于2003年发现的一种寄生在单细胞生物阿米巴变形虫上的病毒。回顾起来，米米病毒其实早在1992年就已经被发现，只是当时被误认为是细菌，没有引起重视。米米病毒作为病毒实在是太过巨大了，当时曾使用对细菌进行分类的染色方法(革兰氏染色法)对它进行染色，此外还采用了其他一些方法，结果都把它认定为细菌。

　　有一种把病毒和细菌区别开来的传统方法是让研究对象通过过滤器，病毒是“过滤性病原体”，应该能够通过过滤器。然而，米米病毒却大到无法通过过滤器(孔径为0.2微米左右)，在光学显微镜下就能够看见，这可不符合以前对病毒的认识。

　　通常，一个基因合成出一种蛋白质，由于病毒是利用宿主细胞来进行增殖，增殖时，它可以利用宿主细胞的蛋白质，所以，一般来说，病毒的基因数目很少。比如说，流感病毒只有8个基因，而D型肝炎病毒甚至只有1个基因。与此相反，细胞生物的基因组(一个生物个体所携带的全部遗传信息量)却非常大，即使基因组最小的细胞生物支原体也有多达469个基因。

　　然而巨大的米米病毒却不合这个常例，它的基因组大小竟然几乎是支原体基因组大小的两倍，它可能具有的基因数目多达911个。如此多的基因，也几乎是以前所发现的基因最多的病毒基因数目的两倍。不仅如此，米米病毒的许多与合成蛋白质有关的基因，似乎大多数都与病毒的增殖无关，而属于只有细胞生物才具有的基因。这也是一件怪事。米米病毒是如何利用这些基因的，目前还不得而知。

　　此外，米米病毒还具有许多近似于细胞生物的性质，这也是今后需要加以研究的课题。

　先有病毒还是先有细胞？

　　地球上的一切生物全都是由大约38亿年前出现的一个共同祖先进化而来。那么，病毒是在什么时候出现的呢？关于病毒的起源，至今仍有许多不解之谜。山内名誉教授认为，大概早在30亿年以前地球上就已经有了病毒。

　　按照生物学的分类，所有的生物可以分为3大类，即“真核生物”、“真细菌”(普通细菌)和“古细菌”(在热水或强酸性等环境中生长的细菌)。在这3类生物体内都发现了寄生的病毒。而且，所有这些病毒全都彼此相似，比如说，具有相似的蛋白质立体结构。我们自然就想到了，它们大概都是由一个共同的病毒祖先进化而来。既然3大类生物早在大约30亿年前就分化出来，那么，在那之前便应该已经有病毒存在。

　　然而，病毒是如何诞生的呢？目前尚存在两种不同的观点。一种观点认为，“病毒先于细胞生物诞生”；另一种观点认为，“病毒后于细胞生物诞生”。前一种观点与一种关于生命起源的重要的假说“RNA世界假说”有关。我们知道，现在的细胞生物全都是以DNA作为携带遗传信息的基因。RNA世界假说则认为，在今天我们看到的这些生物出现之前，还应该存在过一类仅利用RNA来实现增殖的原始生命形式。

　　在出现了RNA生物之后，再经过一段时间，便开始有了利用现在的逆转录病毒所具有的这种逆转录酶来制造DNA的反应。此后，起基因作用的实体才逐渐由原来的RNA改变为DNA，从而诞生出今天的“DNA世界”。主张病毒先于细胞生物诞生的研究者认为，今天的逆转录病毒很可能就是早先RNA世界遗留下来的生命形式。

　　对于这种假说当然也有人提出异议。反对者认为，不依靠细胞的病毒是难以理解的。五条堀教授说：“现在的病毒能够非常巧妙地利用宿主的生物系统，由此可见，病毒十分熟悉自己的宿主。因此，许多研究者认为，仅根据这一点就无法认为病毒存在于细胞生物出现之前。”

　　病毒难道是跑出细胞的“移位基因”？

　　认为“病毒后于细胞生物诞生”的观点是一种较为可信的假说。这种假说的根据，是在我们人体的细胞内就存在着一类“转座子”(又称“移位基因”)。所谓转座子，是指能够在DNA分子中转移位置的某个DNA片段。

　　有一种叫做“逆转录转座子”的转座子，它们能够先以自身为“模版”制造出RNA，然后利用逆转录酶复制出同自身一模一样的DNA片段。这个复制出来的新的DNA片段则会自行插入DNA分子的其他位置。换句话说，这种逆转录转座子就像是通过“自身的复制和粘贴”来在基因组中添加自己的复制品。

　　逆转录转座子和逆转录病毒有许多共同的地方，比如说，两者都具有逆转录酶。因此，赞同“病毒后于细胞生物诞生”假说的研究者认为，“病毒的诞生很可能就是转座子获得了能够跑到细胞外部的性质的结果。”

　　不过，说病毒先于细胞生物诞生，并不能说在细胞生物出现以后就一定不可能诞生出病毒。上面介绍的这两种病毒诞生假说其实都认为人体这样的细胞生物同病毒之间是存在着“亲缘关系”的。

　　本文在一开头曾提到，事实上还有许多我们并不知道的病毒。现实的情况是，我们对病毒世界的整体模样并不了解。关于各种各样病毒品种的进化谱系，我们不了解的地方还很多。而且，病毒是否真的有一个共同的祖先，对此也还无法确定。

　　病毒能够在不同生物品种之间转移基因

　　科学家在2003年成功地完成了人类基因组的解读工作，截至目前，已经积累了许多不同品种生物的基因组数据。通过比较这些不同物种的基因组，科学家知道了许多十分有趣的事实。以前，只知道基因可以从亲代“垂直”传递给子代，现在则发现，在不同生物品种之间的“基因水平转移现象”其实十分频繁，超出了想象。例如流感病毒，既可以感染鸟类，也可以感染哺乳类。病毒在不同的物种之间交叉感染，在这种场合，就有可能使基因在物种之间水平转移。

　　比如说，五条堀教授曾在2004年把多台计算机连接起来，对大约200种细菌的基因组进行了比较研究。结果发现，细菌的基因组中约有15%的基因是跨越品种来自“外部”的基因(外源性基因)。

　　例如，病原性大肠杆菌O157的毒性就是赤痢菌的毒素在基因水平上转移到了大肠杆菌的结果。

　　对基因水平转移现象，目前不了解的地方还很多，但是许多研究者都认为，基因的这种水平转移多半是以病毒为媒介的。病毒侵入宿主的细胞，在增殖的过程中被“加进了”宿主的基因。当这种携带有原来宿主基因的病毒再寄生到其他种类的生物中时，便会把原来宿主的基因作为外源性基因整合到新宿主的基因组中。这种以病毒为媒介的基因水平转移现象很可能对生命的进化产生过重大影响。

　　病毒被加进宿主的基因，一个著名的例子是“癌基因”。例如有一种能够引起癌变的病毒携带有癌基因，受到这种病毒感染的宿主，在它的基因组中就发现了同那种癌基因完全一样的基因。病毒基因插入宿主基因后与宿主细胞增殖相关基因协同作用，使正常细胞过量增殖，发生癌变。

　　胎盘的形成也同病毒有关

　　对人类基因组进行分析的结果(2001年发表)表明，在人类的基因组中，大约有8%的基因是“病毒的残骸”。关于这些病毒残骸的起源现在还不清楚。有一种观点认为，大概是病毒的DNA被整合到宿主的基因组中以后，由于出现了某种错误而失去了增殖能力造成的。

　　在一定意义上，“可以说基因组是具有不同来源的各种基因‘拼接’起来而形成的整体”，五条堀教授说，“这样一种新的生命观，已经得到了近年来对基因组所进行的比较研究的支持。”

　　我们的身体内有病毒的残骸，这话听起来似乎有点儿可怕。然而，这其中也有对我们的生存必不可少的病毒残骸。这样的病毒残骸叫做“人体内源性逆转录病毒”，它们被整合到了人类的基因组中，代代传递。换句话说，它们是那些已经转化成了人类基因组的组成部分的病毒。

　　最近的研究表明，人类胎盘(连接母亲和胎儿的一种组织)的形成就用到了人体的一种内源性逆转录病毒基因。那种基因本来是用来合成病毒包膜的，也就是制造一种叫做“合胞素”的蛋白质的基因。在形成胎盘时，必须要把许多细胞聚合在一起，科学家通过细致的研究于2000年查明，在这个过程中就用到了人体内源性逆转录病毒产生的合胞素。

　　胎盘的例子说明，病毒其实也有好的一面。山内名誉教授说：“以前的病毒研究工作都是把病毒看成病原体在进行研究，把病毒当作好病毒的研究才刚刚开始，相关的工作还不多。随着今后研究工作的深入，我们一定可以对病毒的另外一面有更多的了解。”

　　对于基因组中病毒残骸所起的作用，现在知道得还很少。相信今后在这方面的研究一定会取得进展。

　　病毒是“生物”吗？

　　关于生命的定义，在科学家中本来就不一致，谈到病毒是不是生命的问题，自然也是众说纷纭。不过，可以肯定的是，从进化的观点看，病毒同细胞生物一定有着密切的联系。五条堀教授认为，如果说病毒是生物，那么今后必须按照这条线索作更加深入的研究。

　　科学家今天并不知道病毒世界的全貌，今后也许还会出现如像米米病毒这样新的重大发现。病毒不拘泥于“病毒＝病原体”，按照这种新观点进行的研究在今后一定会受到人们更多的关注并取得新的进展。