人類能夠變得這麼智慧,病毒的功勞功不可沒!
日常生活中,我們防範著各種各樣的病毒,認為病毒是一種危害,但是,凡事都有兩面性,人類的進步,人類能夠變得這麼智慧,病毒的功勞也功不可沒!為什麼這麼說?
病毒很「簡單」,也很「原始」,可最簡單的就是最原始的嗎?
病毒,我們都清楚,就是那個一心一意製作麻煩的主兒。那麼,病毒是一種生命嗎?這個問題幾百年來一直在討論,直到今天也沒有達成共識。
難以達成共識的最主要的原因是病毒太簡單了。為什麼這麼說呢?細菌,我們都知道,很小,非常小,體長只在微米級,絕大多數細菌介於0.5至20微米之間。細菌這麼小的主要原因是細菌是單細胞生物,意思就是說一個細菌只是由一個細胞構成的。但不要把細菌理解成同構成我們的身體的細胞同樣的東西,細菌同構成我們身體的細胞差別很大。細菌在結構上比細胞更加的簡單和粗糙。我們同蚊子、駱駝、變色龍,以及沙丁魚一樣都是多細胞生物,多細胞生物的細胞被稱為真核細胞,而細菌則是一個原核細胞。
這種名稱上的區別的來由是源於真核細胞中的重要的遺傳物質DNA被一層稱為核膜的物質包裹了起來,真核細胞中還有名目繁多的各種小部件,比如葉綠體、線粒體、高爾基體、溶酶體等等,這些被稱為細胞器的小部件也都是被精心的包裹好的,整個細胞看起來既富麗堂皇,又乾淨利索。而原核細胞中的一切,則簡單粗陋得多,內部沒有什麼小部件,作為遺傳物質的DNA也沒有被封裝起來,而是裸露地堆放在原核細胞中靠近中心的區域,看起來有些寒酸。
但儘管如此,同我們身體中的細胞相比,細菌卻更具有獨立生活的能力。在進化的過程中,多細胞生物由於變得越來越複雜,而使構成自身的細胞發生了結構上和功能上的分化,構成多細胞生物的每一個細胞為了集體的利益,而放棄了獨立生活的能力。從你身上的任何部位取下一個細胞,放生到野外,它們將會死去。而絕大多數細菌儘管簡單原始,卻野性十足,一個個沉默寡言,獨來獨往。細菌是可以獨立生活的。
雖說每一個細菌都是雄心勃勃的,但畢竟細菌只由一個原核細胞構成,非常簡單,它沒有大腦,沒有思維。它看不見東西,聞不到氣味,也聽不見聲音。當然,作為生物,細菌需要吃東西,有的細菌(例如藍細菌,也就是過去被稱為藍藻的東西,後來改名是因為發現它是原核生物)本身含有葉綠素,可以像植物一樣進行光合作用,有些則需要靠吃現成的有機物來過活。儘管細菌很小,可供它進行室內裝修設計的地方不多,但細菌還是頗具想像力的在內部設計了一些顆粒狀的小空間,用來存儲下一些糖、澱粉粒和脂肪粒。雖然沒有什麼娛樂,但日子還得過啊,在食物豐沛的時候存儲下一些能量已備不時之需就是細菌的智慧。細菌也會對一些刺激有所反應,如果這個細菌碰巧生了一根鞭毛的話,它會拚命擺動幾下以逃離危險幾個微米。
說了這麼多關於細菌的,目的是為了同病毒做個比較。細菌看起來已經簡單到極點了,僅由一個細胞構成。但同病毒比起來,細菌可以稱得上是一個非常複雜的結構了。細菌和病毒之間的差距就好比汽車和自行車之間的差距。
還有什麼能比一個細胞更簡單呢?答案是——一個不完整的細胞。病毒只是一段DNA或RNA外麵包了一層蛋白質外殼。有些病毒(被稱為類病毒)則只是一段赤裸的RNA,連蛋白質外殼都省了。由於病毒過於簡單,以至不具備自主生活的必要功能。病毒除了像細菌一樣沒有視覺、味覺、嗅覺外,它甚至不能從外界獲取食物,病毒自身不能進行新陳代謝。病毒也沒有感覺和運動器官。一句話,病毒什麼都沒有,它只是一段DNA或RNA。在這裡,我還想提及另一類更為特殊的病毒——朊病毒,這種病毒被稱為蛋白質病毒,也就是說它只有蛋白質而沒有核酸。換句話說,朊病毒僅僅只是一個分子!朊病毒的複製並非以核酸為模板,而是以這個蛋白質分子為模板搞定一切。
那麼,這樣一個連新陳代謝都不能進行的東西(甚至只是一個分子)能夠被稱為生命嗎?換言之,病毒是「活的」嗎?病毒處於真核或原核細胞之外時,看起來的確不像個活物,你可以像處理化學物質一樣對病毒進行提純和結晶,結晶後的病毒沒有任何生命跡象,看起來和廚房中的食鹽沒有什麼區別。
然而,就如同檢驗一顆炸彈是否是好彈,只有當它落地之後才知道。要討論病毒是否是一種生命,得讓病毒進入適合的環境——一個細胞——中後才知道。一旦觸摸到細胞,病毒就會把蛋白質外殼所包裹的DNA或RNA注射到細胞中,而把蛋白質外殼留在細胞外面。病毒基因中的編碼指令會接管對細胞的控制權,命令細胞自身的複製體系利用細胞內的物質複製出病毒的DNA或RNA,還有病毒的蛋白質外殼,然後這些DNA(或RNA)和蛋白質外殼會按照病毒的指令自我裝配成完整的小病毒,病毒大量複製之後,細胞會因不堪重負而破裂,而這些嶄新的小病毒就很有抱負地上路準備去幹掉更多的細胞。
沒有什麼疑問,病毒是活的。當然,病毒是可以「活的」最簡單的生命形式。那麼,病毒是最原始的生命嗎?根據進化論和我們以往的常識,所有的生命似乎都在變得越來越複雜,先是單細胞生物,然後出現了無脊椎生物,之後是出現了脊椎生物的魚類,魚又爬上了岸成了兩棲類,進而發展成爬行類,最後出現了哺乳類動物。生命總是從簡單到複雜,從低級到高級。不過這樣的說法容易讓人產生錯覺,至少它曾經一度讓我誤以為40億年前年所有的細菌都進化成了無脊椎生物,然後所有的無脊椎生物都進化成了脊椎生物,直至最後所有的哺乳動物都進化成了人類。但事實完全不是這樣,每一次重大的進化都只是在當時存在的部分生物上發生的,而當時的另一部分生物沒有發生這種重大的進化。也就是說,只有一部分細菌進化成無脊椎生物,也只有一部分無脊椎生物進化成脊椎生物,只有哺乳動物中猿類中的一種進化成了我們人類。這才使得今天我們的地球有這麼多的豐富物種,包括細菌、無脊椎生物、魚類、兩棲類、爬行類,各種哺乳動物等等都有。
那麼,為什麼總是只有一部分生物在進化過程中發生了重大的結構和形態的改變呢?最重要的原因當然就是自然選擇了,動物的生活習性和自然選擇使得只有一部分生物的基因突變的累積和選擇產生了質的變化。比如4億年前的肉鰭魚類已經由於之前的突變長出了一個肺,而且鰭也變得十分粗壯有力,而其中的一種幸運的肉鰭魚由於更加頻繁地登陸覓食,控制肺和鰭的基因的突變在這種更頻繁地陸地生活地選擇下進一步向著兩棲類變化,最終自然而然地這種肉鰭魚就徹底變成了兩棲類。而其他的肉鰭魚類因為沒有這種積極地嚮往新生活的願望就留在了海中。到如今,其中的大部分的肉鰭魚都滅絕了,但也有少數幾種活了下來。
但不管怎麼說,即使那些多少億年來看似沒有任何變化的物種,其實也發生了很多變化,就像在今天的魚類中你極難再見到古魚類了,儘管它們仍是魚類,但它們已經不一樣了。40億年前的古細菌和今天的細菌儘管看起了很像,但它們也並不一樣,儘管不像其他生物發生了那樣明顯的變化,但細菌也改變了40億年,進化了40億年。
如此說來,生物的確是在變得越來越複雜,至少也是在看似相同的複雜度上不斷地改變,還沒有哪種生物變得更簡單了。那麼,按照這樣的觀點,病毒這種比細菌還簡單的生命應該是在細菌出現之前就存在於地球上了,細菌應該是從某種病毒進化而來的,這就是某些進化論者的觀點。然而,這種觀點有致命的邏輯錯誤。因為病毒是為細胞而生的,病毒只有在細胞中才能繁殖,位於細胞外的病毒是完全無生命的,位於細胞外的病毒是沒有任何意義的。如果病毒是在細菌出現之前就存在了,那病毒如何複製自身,如何繁殖,如何進化?!病毒是為細胞而生的,連細胞都還沒有,病毒單獨出來做什麼?
這就像是計算機病毒只是在計算機出現後才開始出現,沒有計算機,則計算機病毒將變得毫無意義。而大自然從來不會創造出一樣毫無意義的東西。因此,唯一合理的解釋就是病毒是在細胞出現之後才出現的。病毒是某種單細胞生物進化後的結果。而這種進化,是自然界中唯一的一種在結構上的逆向進化——從複雜到簡單。說到底,自然選擇不是為生物生活得更幸福而考慮的,自然選擇是沒有任何感情的基因裁判員,而所有生命的基因都在這場殘酷的競賽中你追我趕,誰能讓自己的基因一直存在下去,誰就是勝者。
如今地球數千萬種生物共存的事實說明了這樣一點,那就是生物是哪種樣子哪種結構的並不重要,重要的是這種結構和這種樣子能夠有效地保護它的基因,使這個物種的基因繼續存在下去。
為了成功地延續自己的基因,很多生物選擇了讓自己變得越來越複雜,越來越智慧,越來越有自主性,通過主動發起攻擊來獲得競爭優勢,從而讓自己的基因存在下去。而另一些生物則選擇安於一行的本分,盡量不做大的改變,畢竟,如果事實證明保持原樣就可以讓基因延續的話,為什麼非要冒風險去不斷地改變呢?
除了變得越來越複雜和保持原樣外,掉過頭來向更簡單的方向進化也不是不可能的。畢竟,生命的進化沒有固定的模式,生命會朝一切可能的方向進化,會嘗試遍所有的可能。而唯一的目的只有一個,讓自己的基因存在下去。就延續自己的基因這點來說,病毒毫無羞愧地赤裸地表明了它的目的,它把除基因以外的一切都拋棄了,而事實證明這種方式不僅是可行的,而且是成功的。
一個單細胞生物是如何反向進化成一個病毒的呢?根據病毒只能在細胞內複製的特點,原因很可能是最初一個較大的單細胞生物吞噬了另一個更小的單細胞生物,然而卻意外的沒有將這個小細胞消化乾淨,小細胞的DNA頑強地存活了下來,並逐漸適應了在細胞內生活的現實。這段小DNA經過掙扎,學會了利用大細胞內的物質複製自身的方法,但現在這段小DNA還比較脆弱,它還缺少一個蛋白質外殼,幸運的是(對其他所有生物而言則是莫大的不幸)有一天這個小DNA從宿主細胞中俘走了一段用來合成蛋白質的基因(這很可能是由於原核細胞沒有核膜來保護自身的DNA造成的),於是它把這段相當不錯的基因併到了自己的DNA上。現在,這段小DNA既能複製自身,又能合成蛋白質外殼,它已經成為了一個小病毒。原核細胞中有一種被稱為質粒的亞結構,這些質粒處於細菌中心區的DNA以外,是能夠自我複製的遺傳因子,它們看起來是那麼像病毒的前身。
20世紀60年代索爾·施皮格曼(Saul Spiegelman)和他的同事在伊利諾伊大學做過一個富有啟示的實驗。施皮格曼把一個略長於3000個字母的病毒的RNA分子放入一個試管中,並在試管中倒入能使RNA分子複製自身的原料。人們期待這個系統在經歷一段時間後會進化出更複雜的複製分子。但結果出乎人們的意料,複製分子隨一個個世代的推進而縮小了。實驗開始時分子大約有3000個字母長,而結
束時已縮短到只剩下550個字母的長度。自然選擇有利於那些能以最快的速度複製自身的分子,而這個550個字母長的分子就是被精選出來的,能以最快的速度複製自身的變異體。儘管這個實驗的體系和磅礴的地球不能相提並論,但這至少說明在一定的條件下,進化會向更簡單的方向進發。正如病毒所做的那樣。
那麼,病毒這種「純粹」的生命除了能讓所有其他生命的每一個細胞致病外,就沒有丁點益處嗎?答案是——有。病毒是天然的純粹的基因庫。所有其他生命的DNA中都有大量的無意義的編碼,所謂無意義就是把這些編碼刪除也不會對生命產生任何不良影響。這些無意義的編碼所佔比重很大,甚至可以高達95%以上。而病毒則幾乎沒有無意義的DNA編碼,病毒的每一個位元組都是有意義的,都是屬於某一個基因的。病毒對自身DNA編碼的精鍊幾乎已經到了變態的地步,一些病毒的基因少到無法編碼自身所有的蛋白質,當然實際上是夠用的,因為病毒可以在一個基因中包含另一個基因,這就像是對計算機世界中的數據壓縮技術一樣,病毒在最小的DNA編碼中存儲了最大量的信息。這也是為什麼病毒那麼容易變異的原因,因為隨便哪個核苷酸發生改變都會影響它所在的那個基因。
病毒的一心一意侵襲細胞的生活方式也在一定程度上引發了基因的融合和交換,因為一些病毒在從宿主細胞中脫穎而出時會拖泥帶水地夾帶一些原宿主細胞的DNA,並把這些DNA帶入到下一個宿主中,這些原宿主的DNA,甚至病毒本身的DNA有可能在一定條件下被現在的宿主細胞所捕獲併合併到自己的DNA中,從而增長並豐富了自身的基因。當然,除了這種方式外,宿主細胞的DNA在複製時也可能由於某些跳躍基因的影響而把自身中的某個基因或某些DNA片段多複製了好幾遍,從而使子代得到了更長更複雜的DNA。一個生物要想變得更高級更複雜更智慧的必要條件就是要有更長的基因。
也許,我們人類能夠變得這麼智慧,病毒也在其中發揮了作用。
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