病毒到底从哪儿来的?和整个地球上的其他生命完全不一样
2021-11-29 18:32:36  出处:新浪科技   编辑:上方文Q     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

关于病毒的起源,目前主要有三种假设。作为具有遗传物质的有机体,病毒可能是从细胞演化而来,也可能起源自远古时期能自我复制的RNA分子。

病毒是一种微小的寄生体,在我们所生活的星球上无处不在。一个可能会让你震惊的事实是,地球上的病毒数量比宇宙中的恒星还多。

病毒与地球上其他的生命形式截然不同,既不能说它们是“死”的,但说它们“活着”也有些牵强。

这些微生物存在的目的只有一个,那就是感染其他生物,无论是细菌、动物还是植物。

这些感染源从何而来?没有人真正知道答案。不过,科学家们提出了三种可能的病毒起源假说。

病毒到底从哪儿来的?和整个地球上的其他生命完全不一样
人类免疫缺陷病毒(HIV)的结构

渐进假说

渐进假说(progressive hypothesis),顾名思义,是指病毒由简单的遗传片段发展而成。这与人类从类人猿进化而来的过程有些相似。

该理论认为,病毒只是特殊的遗传信息片段。这些基因片段以某种方式获得了在活细胞中自由进出的能力。毕竟,病毒实际上只是被蛋白质外壳保护的DNA或RNA片段。

最有趣的是,这一假说暗示了病毒可能来自于我们自身的基因。

在我们的基因组中,有一类名为“转座子”的特殊基因,也被称为“跳跃基因”,足见它们的特殊性。

这类基因具有从基因组中某个位置“跳跃”到另一个位置的能力,换言之,它们可以从原本的位置解离或通过复制转移到另一个基因位点上。

病毒到底从哪儿来的?和整个地球上的其他生命完全不一样
拟菌病毒(Mimivirus)的结构

这些基因也被认为是自私的。它们“希望”自己被复制,并接受更多的能量和“关注”。就像兄弟姐妹在争夺父母的感情一样,这些基因也“想要”受到宠爱。然而,对于生命的繁荣来说,这是不可行的;所有的基因都很重要。

因此,这个理论背后的含义就是,病毒实际上正是“跳跃基因”,它们在“缺少关注时决定离家出走”,由此演变成一股新的势力。

这也是为什么渐进假说又被称为“逃逸假说”(escape hypothesis)的原因。它们获得了离开细胞的能力,与一些蛋白质形成伙伴关系,并一起感染其他细胞;感染后,它们的DNA或RNA会强行进入宿主的基因组,开始复制和加工。经过不断的自我复制,它们继续感染其他细胞。

像人类免疫缺陷病毒(HIV)这样的RNA病毒,其工作方式就像转座子一样。它们的RNA在进入细胞后,一种逆转录酶会将其转录为DNA;然后,这些DNA进入宿主的基因组,迫使宿主开始制造病毒蛋白质。

尽管如此,渐进假说并不能解释一些很明显的问题,比如为什么有些病毒具有细胞所没有的独特结构,如刺突蛋白。转座子和病毒在演化史上的出现孰先孰后,目前尚无定论。

退化假说

与渐进假说相反,退化假说(regressive hypothesis)并不认为病毒会不断发展,甚至还能为自己考虑。事实上,病毒应该是简化的寄生形态。

一般病毒大小通常在200纳米以下,但有些病毒非常大,比如天花病毒;世界上最大的病毒是拟菌病毒(Mimivirus),直径可达750纳米,相当于一根发丝直径的50倍。拟菌病毒的基因组比一些细胞体还大,一开始被误认为是一种革兰氏阳性菌;它们甚至能被更小的病毒感染。

面对如此巨大的病毒,科学家们开始推测,病毒可能来自于一些非常复杂的祖先有机体,而这些生物可能组成了一种共生关系。

随着时间的推移,其中一个有机体可能会变得过度依赖另一个有机体,从而失去其繁殖和进行代谢过程所必需的基因。

在进化上,摆脱这些多余的基因是一个重要的决定:没有必要浪费时间和精力来维护某些功能重复的基因,因为伴侣做了大部分的工作。

基本上,这就是一种完美的共生关系演变成一种“有毒”的寄生关系。于是,病毒出现了!拟菌病毒的感染策略支持了退化假说。这种病毒会感染阿米巴变形虫,但它体积很大,基因组也很大。可以说,它携带着属于另一个时代的复杂基因。

总之,病毒实际上是演化成寄生性有机体的受供养细胞。演化并没有让它们向前迈进一步,反而是倒退了一步。

病毒先于细胞起源假说

病毒到底从哪儿来的?和整个地球上的其他生命完全不一样
描述病毒可能起源的三种假说,从上到下分别是病毒先于细胞起源假说、退化假说和渐进假说(又称逃逸假说)

这一假说另辟蹊径。前面两种假设只有在细胞先于病毒存在的情况下才有可能,但正如鸡和蛋的故事,我们并不能确定哪个先出现。

如果病毒先出现呢?有证据表明,RNA实际上是第一种遗传分子,而不是DNA。这导致许多人猜测,病毒实际上是世界上最早进行复制的有机体。

在生命形成之前,地球上的环境极其不稳定,充满了自由分子,很不适宜生命存活。假设当时的地球充满了相互竞争的蛋白质和核酸,就像一锅热汤,生物分子之间相互争斗;每个分子都在为生存而战,并逐渐具有了复制自身的能力。

病毒主要以RNA为遗传物质。因此,有科学家提出,地球在数十亿年前出现了最早的能够自我复制的RNA分子,而病毒就是这些RNA分子的后代。

但话说回来,我们依然不知道最先出现的是病毒还是细胞。

结论

截至目前,对于病毒的起源,我们仍不知道到底哪个假说是正确的。每个假说都有其依据,但也都有不足之处。

就我们所知的信息推测,真正的答案可能与这些假说完全不同。也有研究者结合了上述观点,提出了其他假说,如嵌合或共生假说。

现在,随着数据科学的发展,进化生物学家可以借助有机体遗传信息的大量数据库开展更深入的研究。这让我们离真相更近了一步。

未来结构生物学和基因组的研究可能会揭示病毒的真正起源,进而揭示关于生命起源的线索。

- THE END -

#生命#病毒

原文链接:新浪科技 责任编辑:上方文Q

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