|
在100年左右的時間里，科學界對病毒定義的集體看法不斷發(fā)生改變。病毒最早被認為是毒藥，然后是生命的形式，再后來是生化物質(zhì)，如今，病毒則被看成處于有生命和非生命之間交叉區(qū)域的存在物：它們自身不能復制，但可以在真正的活細胞中復制，而且能夠深刻影響宿主的生物習性。在現(xiàn)代生物科學時代的很長一段時期內(nèi)，病毒都被歸入非生命的一類，這種分類法帶來了一種不曾預料到的后果：導致大多數(shù)研究者在進化研究中都忽略了病毒。但是，科學家終于開始意識到，病毒是生命史中的重要參與者。
“病毒”概念的演變 為什么一直以來都很難對病毒進行分類，這一點不難理解。每一次被置于顯微鏡下檢查時，它們的形態(tài)似乎都不一樣。最早對病毒產(chǎn)生興趣是源自于它們與疾病的關系―“病毒”這個詞就來源于拉丁語的“毒藥”。在19世紀晚期，研究者們認識到，某些疾病，包括狂犬病和口蹄疫，都是由行為類似細菌、但體積小得多的微粒引起的。由于病毒本身具有確切無疑的生物性，能夠在受害者之間傳播并產(chǎn)生明顯的生物效應，因此被看成所有活的、具有基因的生命形式中最簡單的一種。 1935年之后，病毒被降級成無生命的化學物質(zhì)，因為溫德爾?斯坦利（Wendell M. Stanley）及其同事在現(xiàn)在的紐約市洛克菲勒大學第一次結晶了一種病毒―煙草花葉病毒。他們發(fā)現(xiàn)，這種病毒由一系列復雜的生化物質(zhì)組成，但是缺少實現(xiàn)生命的生化活動―新陳代謝功能―所必需的基本系統(tǒng)。由于這項工作，斯坦利在分享了1946年的諾貝爾獎―是化學獎，而不是生理醫(yī)學獎。 斯坦利和其他人的進一步研究發(fā)現(xiàn)，病毒是由蛋白質(zhì)外殼包圍著的核酸（DNA或RNA）組成，而且蛋白質(zhì)外殼也可以保護參與感染的病毒蛋白質(zhì)。按照這種描述，病毒似乎更像是化學物質(zhì)，而不是生物體。但是，病毒進入細胞（感染后被稱為宿主）之后，絕對不是一種沒有活性的物質(zhì)。它會脫去外殼，暴露出基因，引導細胞自身的復制體系復制入侵者的DNA或RNA，并且根據(jù)病毒核酸的指令，制造更多的病毒蛋白質(zhì)。新制造的病毒片段組合起來，接著，就出現(xiàn)了更多的病毒，它們也可以繼續(xù)感染其它細胞。 正是病毒的這些行為讓很多人相信，病毒處于化學物質(zhì)和生命體的邊界線上。法國斯特拉斯堡大學的病毒學家Marc H. V. van Regenmortel和疾病預防控制中心的Brian W. J. Mahy最近提出了一種更具詩意的觀點，他們說，由于病毒要依賴宿主細胞，所以它們過著“一種借來的生活”。有意思的是，盡管生物學家長期以來都認為病毒只是盛放化學物質(zhì)的盒子，但是，他們卻利用病毒在宿主細胞中的活動，確定核酸如何為蛋白質(zhì)編碼：事實上，通過病毒獲得的信息為現(xiàn)代分子生物學打下了基礎。 分子生物學家繼續(xù)將細胞的大部分基本組分具體化，如今，他們已經(jīng)習慣于將核糖體、線粒體、細胞膜、DNA和蛋白質(zhì)等細胞組分看成化學機器，或者是該機器使用或制造出的材料。整天面對完成生命過程的多種復雜化學結構，這也許就是大多數(shù)分子生物學家不愿花很多時間為病毒是否有生命而傷腦筋的原因。對他們來說，在該問題上花心思就相當于考慮那些亞細胞組分自身到底有沒有生命。由于這種短視的觀點，他們只能認識到病毒如何破壞細胞或引起疾病。至于病毒對地球生命史有何貢獻這樣一個更為概括性的問題，很大程度上還沒有得到回答，甚至無人問起。后面我會簡單地談談該問題。
對細胞的困惑
"約一個世紀以來，關于病毒是否是生物體這一問題的爭論擾亂了生物學家的注意力。這一爭執(zhí)很大程度上源于十九世紀下半葉的一項總結―細胞是構成所有生命體的基本單位。病毒比細胞更簡單，所以按照邏輯，病毒就不是生命體。這一觀點是用教條決定語義，本末倒置，應當予以摒棄。(―美國進化生物學家Paul Ewald，2000)”
對進化的影響
關于病毒是否有生命的爭論自然而然地引出了另一個問題：思考病毒處于有生命還是非生命狀態(tài)是否僅僅是一種哲學練習，只是為活躍、熱烈、浮華的辯論作基礎，而幾乎沒有真正的意義？在我看來，這個問題很重要，因為看待這個問題的方式將會影響科學家對進化機制的看法。 病毒自身有古老的進化歷史，可以追溯到細胞生命的起源。比如說，有些病毒修補酶―用來切除并重新合成受損DNA、修補氧化損壞等等[參見下面的框圖]―是專用于某些病毒的，可能數(shù)十億年來幾乎沒有發(fā)生過變化。 然而，大多數(shù)進化生物學家堅持認為，由于病毒沒有生命，所以在試圖理解進化過程時，不值得對其進行嚴肅考慮。他們還把病毒看作來自宿主的基因，不知什么原因脫離了宿主，并獲得了蛋白質(zhì)外殼。按照這個觀點，病毒是由出逃的宿主基因退化而成的寄生生物。這樣，就會把病毒排除在生命網(wǎng)絡之外，因無法了解它們對物種起源和維持生命所起的重要作用。（事實上，在2002年出版、篇幅達1 205頁的《進化百科全書》[The Encyclopedia of Evolution]中，只有4頁是說病毒的。） 當然，進化生物學家并不否認病毒在進化過程中扮演了一定的角色。但是，這些研究者將病毒看作無生命的物體，因而將它們與氣候變化歸入了同一類。這類外部影響會在具有由遺傳控制的不同遺傳特征的個體間進行選擇；面臨這些挑戰(zhàn)時，生存和生長能力最強的個體將會繼續(xù)成功地繁殖，由此將自己的基因傳給后代。 但是，病毒會直接與具有生命的生物體―也就是在生命網(wǎng)絡中―交換遺傳信息。大多數(shù)已知的病毒能夠持久生存、沒有害處，而且不會致病，可能大多數(shù)醫(yī)生以及進化生物學家都會為此感到吃驚。病毒在細胞中生存，在那里，它們可能很長時間都會處于休眠狀態(tài)，或者利用細胞的復制系統(tǒng)以緩慢而穩(wěn)定的速度繁殖。這些病毒利用許多巧妙的方法，防止被宿主的免疫系統(tǒng)檢測到―基本上，免疫過程中的每個步驟都可以被某個病毒中的各種基因調(diào)控。 此外，病毒基因組（完整的DNA或RNA補體）可以永久地移植在宿主中，為宿主后代加入病毒基因，最終成為宿主物種的基因組中的關鍵部分。因此，與僅僅在緩慢產(chǎn)生的內(nèi)部基因變化中進行選擇的外部力量相比，病毒的影響絕對要快得多，也直接得多。病毒的數(shù)量巨大，再加上它們極快的繁殖和突變速度，使它們成為這個世界上基因革新的最主要源泉：它們經(jīng)常會“發(fā)明”新的基因。來自病毒的獨特基因會四處傳播，進入其它生物體，并且在進化過程中發(fā)揮作用。 國際人類基因組測序協(xié)作組發(fā)表的數(shù)據(jù)顯示，在細菌和人類基因組中出現(xiàn)的大約113至223個基因中，其中有一些在得到充分研究、處于進化過程中這兩個極端之間的生物體中并不存在，例如釀酒酵母、黑腹果蠅以及美麗線蟲等。一些研究者認為，這些出現(xiàn)在細菌之后、脊椎動物之前的生物體在其進化史的某一時刻丟失了上述基因。還有人提出，這些基因乃是通過入侵的細菌，直接轉移到人類世系中。 我和俄勒岡衛(wèi)生與科學大學疫苗與基因療法研究所的同事Victor DeFilippis提出了第三種可能性：也許是病毒制造出基因，然后將它們移植到兩個不同的世系中―比如說，細菌和脊椎動物。明顯由細菌給予人類的基因，可能是最初源自于病毒。 事實上，我與澳大利亞悉尼市麥加里大學的Philip Bell都主張細胞核本身就源自病毒。細胞核的出現(xiàn)將包括人類在內(nèi)的真核生物（細胞中含有真正細胞核的生物體）與細菌等原核生物區(qū)分開來，僅僅將這種過程解釋為原核細胞通過逐漸適應環(huán)境然后進化成為真核細胞，這種說法并不能讓人滿意。一種更可能的情況是，細胞核可能是從在原核生物中永久安家的大型DNA病毒進化而來的。基因組測序數(shù)據(jù)可以為該觀點提供支持，數(shù)據(jù)顯示，一種感染細菌的、名為T4的病毒，其控制DNA聚合酶（復制DNA的酶）的基因與真核生物及感染它們的病毒體內(nèi)的其它DNA聚合酶密切相關。巴黎南大學的Patrick Forterre也分析了控制DNA復制的酶，并得出結論，在真核生物中控制這些酶的基因可能來源于病毒。 從單細胞生物到人類，病毒感染地球上的所有的生命，常常因此而決定哪種生物會繼續(xù)生存下去。但是，病毒本身也在進化。新的病毒，如引起艾滋病的HIV-1病毒可能是研究者們親眼目睹其產(chǎn)生的唯一生物實體，提供了一個實時的進化實例。 病毒對生命很重要。它們是生物界與生化界之間不斷變化的分界線。隨著我們不斷揭示越來越多生物的基因組，病毒這一古老的動態(tài)基因庫所作的貢獻也會越來越明顯。1959年，諾貝爾獎獲得者薩爾瓦多?盧里亞（Salvador Luria）思索著病毒對進化的影響。“我們可能沒有感覺到，”他寫道，“在病毒體內(nèi)，在它們與細胞基因組結合，然后又再度出現(xiàn)的過程中，也許可以發(fā)現(xiàn)在進化期間創(chuàng)造出成功遺傳模式的裝備和過程。”不管我們是否把病毒看作生命體，如今應該是時候恢復其本原面貌了―即承認它們在生命網(wǎng)絡中的地位并研究它們。 |
|
|
