什麼是生命？新發現的巨型病毒進一步模糊生命的定義！
幾十年來，病毒的存在跨越了生命與非生命之間那片難以定義的灰色地帶。病毒的一些標誌性屬性——比如大小、微小的基因組以及對細胞宿主的寄生依賴性等，都使它們有別於所有其他生物。不僅這樣，關於病毒的故事還有更讓人匪夷所思的一面，尤其是在巨型的擬菌病毒於2003年被發現以來，其龐大的個體甚至讓研究人員一度認為這是一種細菌。
當擬菌病毒於2003年被發現時，它是當時已知的具有最大衣殼直徑的病毒。在發現擬菌病毒之前，病毒之所以在很大程度上被認為與「有生命的」生物完全不同，是因為它們無法合成蛋白質（從而產生自己的能量），因此不能被認作為細胞生命。但是擬菌病毒的遺傳複雜性挑戰著對這一理論界限，在科學家已經發現的幾個巨型病毒家族中，其中一些巨型病毒擁有超過1000個的基因；其中一個還擁有高達2500個（相比之下，一些小病毒的基因數只有少少的4個）。令科學家震驚的是——這些基因中還包括了可以進行DNA修復、複製，轉錄和轉譯等功能的基因。進化生物學家Chantal Abergel說：「如此看來，巨型病毒的複雜性與生物體一樣。」
上周，當科學家在《自然通訊》發表論文宣稱他們在巴西發現了兩種新的巨型阿米巴感染病毒後，這一結論進一步得到了加強。科學家將這種巨型病毒稱作為Tupanviruses（圖潘病毒），這種病毒給研究人員造成的「衝擊」很大，不僅因為它們有長達2.3微米的尾巴，還具有迄今發現的最完整的一套轉譯相關基因，其中包括能確定遺傳密碼特異性的所有20種酶的基因。豐富大量的蛋白質編碼基因讓它可以產生的蛋白質種類多達1425種。它們唯一缺失的成分是全長核糖體基因。但仍需通過測試才能知道所有的這些元素是否能正常運作。
掃描電鏡照片顯示下的 Tupanviruses，這是一種最新發現的巨型病毒，一般超過一微米長。在它們的身上可能藏匿著所有病毒進化的線索。| 圖片來源：MICROSCOPY CENTER OF THE FEDERAL UNIVERSITY OF MINAS GERAIS
Tupanvirus並非獨一無二的：例如去年就有研究人員發表了一份對一組名為 klosneuviruses 的新巨型病毒進行的分析，這些病毒同樣被證明能編碼一種用途廣泛的蛋白質製造器。正因擁有這一特別的製造器，tupanvirus 可被歸類於擬菌病毒科中。
沒有直接參与到這項研究的病毒學家 Matthias Fischer 說：「病毒似乎廣泛地融入了轉譯領域，這很令人驚訝。」
這種混合引發了科學家對病毒是何時以及如何進化產生了爭論。病毒的進化很模糊，不同的病毒組可能有著非常不同的起源。有些可能是從細胞基因組中退化出的「逃逸者」，還有一些則可能直接來自於原始湯（primordial soup）。Fischer 說：「還有一些病毒在進化過程中會出現多次基因重組和交換，我們永遠也無法知道它們最初來自哪裡。」
作為具有多樣性的代表，巨型病毒能讓我們更好地了解病毒是如何運作和進化的，即便無法完全確定它們的起源和進化路徑。一方認為，巨型病毒是從小型病毒在20億年的時間內通過水平基因轉移和基因複製等基因增加過程而進化得來的。而另一方則認為病毒從一開始很大，在拋棄那些不被需要的基因和被分散到我們今天看到的毒株中之前，它們甚至可能是獨立的生物體。
這種觀點分產生的原因在於——巨型病毒的某些基因與在生命樹中其他細胞生物體的基因相關，這些生物體包括古生菌、細菌和真核生物；但又還有一些基因似乎與其他已有的基因記錄完全不同。30%的 tupanvirus 基因組屬於後者，而在其他病毒中這種基因所佔的比重還要更大。
透射式電子顯微鏡圖片顯示的 tupanviruses 病毒的橫斷面結構圖。每個病毒顆粒都有一個特別長的圓柱形尾部和一個能容納其巨大基因組的多面體囊。許多小的纖維覆蓋其表面上。| 圖片來源：MICROSCOPY CENTER OF THE FEDERAL UNIVERSITY OF MINAS GERAIS
新論文的第一作者是微生物學家 Jounnatas Abrah?o，他說：「與大多數巨型病毒一樣，tupanvirus 帶來的問題要多於答案。它的出現將進一步加劇關於巨型病毒起源的爭論、以及對進化會如何驅動病毒與其宿主之間關係的思考。」
如果所有的巨型病毒都共享其獨特的轉譯相關基因，那麼就意味著他們擁有一個巨型的共同祖先，一種隨時間推移而變得多樣化的古老病毒，構建了屬於病毒自身的生命領域。而這也將支持巨型病毒始一開始就很大的說法，
Abergel 認為它們不應該是一條生命分支，但表示：「我確實認為病毒從一開始就是龐大而複雜的系統。」 在她看來，生命的起源見證了共同進化過程中，用不同生存策略而存活下來的原始細胞。最終，細胞的祖先是那些湧現出支配地位、具備能全面運轉的轉譯系統、能迫使「進化的失敗者」（巨型病毒的祖先）變成寄生態以避免被完全消滅的細胞。Abergel 認為，tupanviruses 和其他病毒之所以能擁有如此多與蛋白質製造相關的基因，都是因為這一共同進化過程。
但Fischer說：「與其說是尋找具有相同進化史的基因和蛋白質，我們得到的其實是一幅混合的繪景。」少數幾種轉譯成分廣泛地存在於巨型病毒中，但更多的轉譯成分僅存在於少數的幾種病毒中，並且與在真核生物中發現的基因序列密切相關。這意味著病毒正如生物學家 Eugene Koonin 和微生物學家 Mart Krupovic 在2014年所提出的那樣——是從小開始的，可能始於可移動遺傳因子。然後，隨著時間的推移，當他們感染不同的宿主時，病毒會挑選出新的基因並將它們整合到它們的轉譯庫中。
去年發表在科學預印網站 biorxiv 上的研究就支持了這一觀點。論文的第一作者 Christine Deeg 通過研究不同類型的巨型病毒發現了「似乎正處於翻轉狀態的轉譯機制」。因為病毒似乎會為了適應擁有不同轉譯器的宿主，而丟棄一些自己的基因。此外，它的整個基因組表現出大量的基因複製和擴展。Deeg 說：「這表明了這些病毒是如何變得如此之大的，也就是說它支持的轉譯機制是從外部獲取的。」
目前，tupanviruses 的出現僅為這一難題作出了一小部分貢獻，它幫助科學家精鍊了巨型病毒之間的關係。為了進一步了解它們的進化，研究人員需要對轉譯相關基因進行進一步分析，以篩選出其中哪些基因是活躍的、它們能做什麼、以及哪些對病毒的成功複製至關重要。
與此同時，我們對病毒的分類尚不清楚。根據預印論文所述，tupanviruses 對宿主的依賴似乎很少，其他病毒甚至可以編碼核糖體蛋白。Deeg 說：「細胞生物和病毒之間的差距正開始慢慢縮小。然而這又將我們又回到最初的問題：什麼是病毒，什麼又是生命？
編譯：糖獸
參考鏈接：
https://www.quantamagazine.org/new-giant-viruses-further-blur-the-definition-of-life-20180305/
https://www.sciencealert.com/giants-viruses-discovered-brazil-among-largest-most-complex-ever-found-tupanvirus-mimivirus
http://science.sciencemag.org/content/356/6333/82
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