简约之美

■李启剑

简约之美

■李启剑

认为生命及其种种力量原来是被“造物主”注入到几种或者一种类型中去的，同时还认为在地球按照万有引力法则运行时，从刚开始如此简单的类型演化出如今最美丽和最奇妙的物种，而且这一演化过程还一直在进行着，这种生命观是极其壮丽的！

达尔文在其巨著的末尾写下这样的话，无疑是为了再一次强调他整套理论的本质在于提示生物演化的实在性，即宣扬一种演化的生命观。这对于当时西方传统的“物种不变论”而言，无疑是一场革命。但另一方面，这话也常常容易造成误会——生命的演化总是有一种从简单到复杂的趋势。是不是真有这样的趋势，时至今日争论仍然此起彼伏，但那至少不是进化论之父的本意。而在此，我也并没打算喋喋不休地讨论孰是孰非，只想讲述一个有关病毒的故事，当然也是个有关演化的故事。

流感病毒自2010年3月—4月在美国出现之后，新一轮的流感在全球范围内迅速蔓延。虽然其肆虐程度仍远远不及20世纪初那场令人闻风丧胆的“1918大流感”，但也已经造成数千人死亡。很快，引起此次瘟疫的元凶就被锁定，于是一种被叫做“H1N1甲型流感病毒”的病原体便立刻成了万众瞩目的焦点。科学家进一步的研究发现：一切都是病毒演化惹的祸！

病毒是非常奇妙的生物，就其结构而言，可谓简约之王：它没有细胞结构，仅由一个保护性的外壳包裹一段遗传物质而成，某些种类顶多再外加一层包膜而已。而且在遗传物质的组成上，它们不像高等动植物——在臃肿的基因组中填满了一大堆“垃圾基因”，而是物尽其用到极致。例如，乙型肝炎病毒的整个基因组仅包含4个基因，是已知人类病毒中遗传组成最简单的，但就是凭借如此简洁的遗传信息，乙肝病毒却能成为最具杀伤力的病原体之一，每年约有100万人在其蹂躏下身亡。

从功能上讲，病毒并不具有新陈代谢的能力，自身不能生长和分裂。众所周知，“新陈代谢”和“复制”是一切生物体最基本的二个特征，也是区别于非生物体的根本标准。病毒不但只有“复制”一项特征，而且这一功能的实现还必须依赖宿主内的细胞器进行，在离开宿主之后，病毒几乎不表现出任何生命活性，与很多有机大分子无异。因此，一些学者甚至对其能否作为生物体看待都持保留态度。当然，这还涉及究竟应该如何定义生命的问题。从某种意义来说，答案虽然有着相当的一致性，但不同背景的专家还是有其各自的偏爱。例如，18世纪伟大的生理学家亨特就将生命定义为抗腐败或者抗感染的能力。出于专业的特长，他的定义强调生存的能力，彰显“新陈代谢”的特性。就此而言，病毒显然算不上是生命，它们压根儿就没生存过，而仅仅是不断感染和利用各种宿主进行复制而已。相反，《生命是什么？》的作者薛定谔则更强调复制现象，进行了详细的讨论，而新陈代谢却只用了一章简略带过。他的想法除了受量子力学的背景影响以外，更多的是来源于对前人利用噬菌体（细菌病毒）进行的一系列实验的思考。不言而喻，在他看来，病毒不但是生物，而且是难得的模式类型。人们之间的分歧实质上反映了他们的研究材料之间的巨大差异：病毒与人正好是生物界的二个极端——分别属于r-策略和k-策略中的典范。

为了便于理解，我们不妨先看看病毒那传奇非凡的“身世”。现在仍有好几种关于病毒起源的理论并存，它们之间可能并不冲突，只是分别说明了不同类型病毒来源上的差异而已。

一种只有少数支持者的观点称为“独立起源论”，他们认为病毒起源于一种可以自我复制的分子，这种分子与“原细胞”（有细胞结构生物的祖先）平等演化至今，因此病毒是一直独立演化的实体。例如，美国普林斯顿大学的戴森教授就赞同此观点，他甚至把RNA的产生看成是一种生命最古老且不能治愈的寄生性疾病。更多的病毒学家则相信“退行性演化论”，这种理论认为病毒是由原来比较复杂的活细胞退化成更简单的有机体。立克次氏体和麻风杆菌都被认为是上述从“复杂到简单”演化过程的遗迹或过渡阶段。还有一种理论则认为病毒曾经是一种菜细胞的一部分，可能是一种细胞器后来才脱离细胞并成为独立个体的，这就是“细胞器起源论”。

无论是哪种来源，病毒最终还是采取了“只管复制，一切从简”的“投机”策略。在“生存”还是“繁殖”的天平中，它们把赌注全部押在一边，放弃（或没有发展出）“新陈代谢”的功能，成为完全的寄生生物，也是最彻底的机会主义者，这可是连细菌都自愧不如啊！相反，在k-策略的道路上越走越远的人类，则更善于提高生存质量，贯彻“少生优生”的政策，于是发展出硕大的脑袋、杰出的心智以及铜墙铁壁般的免疫系统，但即便如此仍然时不时地遭到各种病毒的“伏击”。现在，让我们再回过头来看看，在新一轮的“流感大战”中，H1N1甲型流感病毒是如何抢得先机的。

流感病毒不像某些病毒（例如之前提到的乙肝病毒）那样最外面还覆盖一层包膜，而是干脆利落地由外面的衣壳和里面的遗传物质组成。与臭名昭著的艾滋病病毒以及冠状病毒一样，它的遗传物质是单链RNA。我们知道，为了保证基因在复制时的准确性，DNA有一套完善的纠错机制，可以去除复制中的错误。但RNA没有这样的机制，因此靠RNA携带遗传物质的病毒变异速度极高，几乎是DNA病毒的104倍～106倍。流感病毒更是其中的典型，即便是在RNA病毒中也仅有艾滋病病毒等少数类型能赶得上。

极高的突变率虽然有利于流感病毒在穷途末路之际及时“改旗易帜”，但代价也是相当惨痛的。在其复制过程中，有99%的新个体因缺陷太大而不能再感染其他细胞。然而，出众的复制速度却在很大程度上弥补了上述缺陷，流感病毒的复制速度之快，连艾滋病病毒都远不能及。通常，从一个细胞能释放出来的106个～107个新病毒，即便扣除掉一大堆“残废”个体后，大概还有1000个～10 000个病毒仍具感染性。极端“机会主义者”的数量优势可见一斑。

此外，流感病毒还分三种：A（甲）型、B（乙）型和C（丙）型。C型很少会引起我们犯病。B型可以使我们生病，但一般传染性小。只有A（甲）型会导致流感在局部地区甚至是世界范围内大爆发。除了人类以外，A型流感病毒还能感染诸如鸟类、猪、海豹、雪貂等多种动物，这也是其他二种流感病毒做不到的。但一般来说，流感病毒是具有“宿主特异性”的，简单地说就是：人流感不会感染禽类，而禽流感也不会感染人。这是由于流感病毒在感染某个生物的时候，依赖的是其外壳上一些像钥匙一样的蛋白质。这些“钥匙”一方面能帮助病毒侵入宿主细胞，另一方面也能被免疫系统识别，使其成为抗体攻击的“靶子”。因此，这些“钥匙”并不相同，自然就无法交叉感染了。除禽流感病毒在快速突变的过程中，机缘巧合地改变了“钥匙”的编码，即出现所谓的“抗原漂变”，于是新种病毒就可能跨越不同的宿主传播。不过，“抗原漂变”更多时候仅仅能使病毒抗原发生微小的变化，结果只是让病毒能有机会勉强逃过疫苗或是“有经验”的免疫系统的追剿，而接下来要提到的过程才是最能造就新病毒的“专家”。

有意思的是，无论是禽流感还是人流感都可以感染猪，因此猪就成了A（甲）型流感病毒的“基因混合器”。一旦最糟糕的情况出现：二种来源的病毒感染了猪的同一个细胞，不同的流感病毒的RNA就可能发生“自由组合”，于是就有可能在猪的体内产生由禽流感和人流感病毒重新组成的“杂交病毒”。这样产生的遗传结果跟高等动植物通过有性生殖产生的基因重组效果十分相似，可以在短时间内造成病毒抗原的大规模改变，因此叫做“抗原转变”。“抗原转变”常常是导致全球性流感大流行的根源，也正是此次瘟疫的祸端。

这已被香港大学的史密斯等人证实。系统发生学分析显示，这种起源于猪的甲型H1N1流感病毒是一个重组体，分别有来自禽、猪和人病毒的基因。换言之，就是在猪这个“基因混合器”内，各种类型相互重组，杂交病毒经过若干次循环之后才最终演化出如今的这种高致病性病毒。虽然我们不太清楚具体的时间，但至少是在疫情爆发之前的几个月，这种新型病毒就已经开始悄悄地在人群中传播了。

A型流感病毒凭借“抗原漂变”和“抗原转变”获得极高的变异率，配合无与伦比的复制速度等特性，即使在人类自身免疫系统和人工抗病毒药物的联合绞杀之下，仍然能从容对抗、横行天下。这恰恰体现了病毒作为最杰出的机会主义者的独到之处——能以如此渺小的身躯和极其有限的遗传去完成众多极其复杂的生物学过程，在复杂多变的世界中成功繁衍至今。可见，演化不但能创造出最复杂和精致的结构，同时也能成就最简约而美妙的设计，真可谓简约而不简单！

（盛文娟插图）