探究病毒 理解生命

病毒，是一种必须依靠宿主细胞才能完成生命周期的简单的生命形式。然而，科学界对于病毒是否属于真正“生命”的范畴，长期存在争议。同时，病毒对宿主的基因具有深远的影响，因此，研究病毒与宿主基因之间的相互作用，为我们深入理解生命的本质提供了丰富的视角和重要的启示。

生命，信息与进化

关于生命的定义，确实存在着广泛的讨论和不同的观点。不过，地球上所有已知的生命体都有一个共同的本质特征，即它们都拥有一套保存和传递遗传信息的机制，确保这些信息能够从上一代传递到下一代。此外，生命体还具有可进化性，每一代继承前一代信息，同时，也伴随着一定程度的变异。这些变异，即突变，它们为自然选择提供了基础。

在自然选择的过程中，那些携带有利突变的个体更有可能繁衍后代，从而使这些有利突变得以在种群中传播。比如，一个人被某种细菌感染后，服用抗生素进行治疗。在抗生素的作用下，大部分细菌会死亡，但那些携带抗药性突变的细菌则能够存活。随着时间的推移，这些抗药性细菌的数量会逐渐增加，最终导致整个细菌群体对抗生素产生抗性。这一过程，实质上是细菌适应环境压力、逐步进化的体现。

在地球上，我们所了解的生命体系中，细胞中的核酸是保留和传递遗传信息的基础。脱氧核糖核酸（DNA）是主要的遗传物质，其序列由4种核苷酸—腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）组成。这些核苷酸通过特定的排列方式编码生物体的特征。基因是DNA上的一段特定序列，它包含了构建生物体特定特征所需的遗传信息。基因不仅决定了蛋白质的氨基酸序列，从而影响蛋白质的结构和功能，还可能编码某些核糖核酸分子（RNA）。尽管RNA通常并非遗传信息的永久性载体，但是它们在细胞内扮演着多种与遗传信息传递相关的角色。除了编码蛋白质或RNA的序列外，DNA中还有一些非编码区域，它们的功能主要是调节基因的表达。这些区域可以控制基因何时被激活以及在多大程度上被激活，从而影响蛋白质或RNA的合成。

如果我们想深入理解生命活动，必须掌握生物学中的一个基本法则—“中心法则”。这一法则描述了遗传信息的流动方向：从DNA到RNA，再到蛋白质。也就是说，DNA首先通过转录过程生成RNA，然后RNA通过翻译过程生成蛋白质。这一单向的信息流动是生物体发育和实现功能的基础。在DNA转录之前，DNA需要先完成复制，这是一个关键步骤，它确保了遗传信息在细胞分裂时能够准确无误地传递给后代。然而，在DNA的复制过程中，可能会出现错误，导致突变。幸运的是，细胞内拥有一套复杂的DNA修复机制，能够将突变率维持在较低水平。不过，突变是无法完全避免的，它们也为生物的进化提供了原材料，是自然选择和生物进化的基础，使生物能够适应不断变化的环境。

其实，在非分裂状态下，细胞的内部像一个生产车间，依然承担着各种工作任务，比如，根据基因合成相应的蛋白质和RNA。在这项任务中，转录是关键步骤，它涉及将DNA上的基因信息“转抄”到RNA上，转录产生的RNA有以下几种类型：

1.非编码RNA。某些转录产物是具有特定功能的RNA的前体，这些RNA在经过加工后成为最终的功能性RNA，如核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）等。

2.信使RNA（mRNA）。如果转录的信息用于编码蛋白质，那么这个转录产物就被称为mRNA。在许多生物的细胞中，mRNA在成为功能性分子之前需要经过一定的加工，包括剪接、加帽和加尾等过程。

3.逆转录。在某些RNA病毒中，遗传信息的流动可以逆转，即从RNA到DNA。在侵入宿主细胞后，这些病毒会利用自身的RNA作为模板合成DNA，这个过程就是逆转录。逆转录病毒（如人类免疫缺陷病毒，即HIV）能够将合成的DNA整合到宿主细胞的基因组中，从而实现长期寄生和复制。

“中心法则”描述了遗传信息从DNA流向RNA再到蛋白质的过程，然而，随着科学的发展，人们发现这一法则在某些情况下存在例外。例如，在逆转录病毒中，逆转录过程不仅为此类病毒提供了一种独特的生存和复制机制，也对病毒学和分子生物学的研究提供了新的视角。

病毒，备受争议的生命体

病毒是一种极其微小的生物体，普通光学显微镜难以捕捉其踪迹，通常需要电子显微镜才能观察到它们。然而，病毒与细菌的主要区别并不仅仅在于体积，更在于它们的生命形式。

细菌是单细胞生物，具备完整的细胞结构，包括细胞膜、细胞质和DNA。它们能够独立完成生命活动，如新陈代谢和繁殖。细菌的DNA位于细胞质中，这类细胞被称为原核细胞。相比之下，多细胞生物（如人类）的细胞无法独立生存，但通过细胞间的联合会形成能够独立生存的个体。

病毒则完全不同。它们通常由遗传物质（DNA或RNA）和蛋白质外壳（衣壳）组成，缺乏细胞膜和细胞质。病毒不能独立生存，必须侵入宿主细胞才能进行复制和繁殖。病毒的生命周期包括吸附并进入宿主细胞、释放遗传物质、复制遗传物质、合成新的病毒蛋白和组装新病毒颗粒，最终释放新病毒颗粒以感染其他细胞。

在多细胞生物的机体中，细胞通过分裂进行繁殖。在分裂之前，DNA会进行复制，然后均分到两个新细胞中，细胞随后分裂成两个独立的细胞。这种分裂过程是多细胞生物繁殖和生长的基础。

病毒的本质是被蛋白质外壳包裹的DNA或RNA。有时，这些蛋白质外壳外还会覆盖一层由磷脂构成的膜，这层膜通常来源于病毒的宿主细胞。在蛋白质外壳内部，除了遗传物质，还包含一些对病毒复制和转录功能至关重要的蛋白质。

在细胞外，病毒并不表现出生命体的特性，本质上它们只是一系列化学分子的组合。科学家甚至能够像处理其他化学物质一样，将病毒结晶化，使其变为类似于食盐的晶体。然而，一旦病毒侵入宿主细胞，它们的生命机制便被激活。病毒会复制自身的DNA或RNA，进行转录和翻译，合成必要的RNA和蛋白质。其最终目标是制造出更多的病毒颗粒，并从宿主细胞中释放，进而感染更多的细胞。

正是由于病毒的这种特性—必须侵入宿主细胞后才能展现生命体的特性，引发了科学家们对其是否属于生命的广泛争议。笔者认为，尽管病毒必须依赖宿主细胞进行生命活动，但它们能够保存和传递信息，并且具备进化的能力—这些都属于生命的本质特征，因此，病毒应当被视为一种特殊的生命体。

然而，如果将生命定义为必须能够独立完成信息的保存和传递，那么病毒确实不符合这一定义。同时，我们也需要思考：到底该如何定义“独立”？即便是看似独立的细菌、植物和动物，它们的生存也依赖于整个生态系统，它们真的“独立”吗？基于这些考虑，笔者认为无需将“独立”作为定义生命的必要条件。

进化，病毒与细胞的“探戈”

在生物进化史上，病毒与细胞的关系错综复杂，它们同生共舞，仿佛在表演一曲张力十足的激情探戈。通常来说，病毒会给细胞带来麻烦，比如，进入人体细胞后，病毒会导致机体出现功能障碍，所以，它们常常以“敌人”的形象进入我们的认知系统。然而，如果从起源上看，病毒与细胞的关系很密切，许多病毒基因的起源可以追溯到某个细胞。当科学家深入分析病毒的基因，并将其与其他生物的基因进行比较时，发现它们之间存在许多同源性。

病毒在感染宿主细胞并进行复制的过程中，有时会“借用”宿主的基因片段。如果这些片段对病毒的生存有利，它们就可能被保留并最终成为病毒基因的一部分。这种从不同物种获取基因的方式，与传统的从祖先那里“继承”基因不同，被称为横向基因转移。

除了从宿主体内“偷窃”基因外，病毒有时还能向宿主提供基因。据估计，人类DNA中有约8%的成分可能来源于远古时期的病毒，尤其是某些逆转录病毒。这些病毒能够将自己的RNA转录成DNA，并将其插入宿主细胞的基因组中。如果这种插入发生在生殖细胞中，那么这些病毒基因就有可能被遗传给后代。

虽然大部分病毒基因在人体中似乎没有明显的危害，也没有特别的用途，但这并不意味着它们都是无用的。实际上，至少部分病毒基因已被发现具有重要的功能。例如，它们可能在人类基因组的进化中发挥了作用，或者提供了调控基因表达的序列。其中一些病毒基因甚至包含了对人体有价值的基因，比如合胞素基因。合胞素是一种在女性孕期形成胎盘时至关重要的蛋白质，而合胞素基因正是源自远古时期感染灵长类祖先的逆转录病毒。

从病毒中获得合胞素基因显然对人类是有益的，否则我们可能无法实现胎生。这也是横向基因转移的一个典型例子。通过这种机制，病毒为基因在不同物种间的流动提供了一条途径，从而对生物的进化产生了深远的影响。

那么，病毒最初来自哪里呢？病毒的起源至今仍是一个科学上的谜题，科学家提出了几种假说：

1.逃逸基因假说。病毒可能是从细胞中逃逸出来的基因。随着时间的推移，这些基因逐渐进化出了独立于细胞的生存和复制能力。

2.退化假说。病毒可能是细胞退化的产物。它们在进化过程中失去了独立生存的能力，变得只能依赖宿主细胞进行复制。

3.早期生命遗留物假说。病毒可能是早期无细胞生命形式的遗留物。早期的生命可能是基于自我复制的RNA，后来才发展出了DNA和细胞结构。在这个过程中，一些自由核酸可能获得了在细胞内寄生的能力，最终进化成了病毒。

4.游离基因集合。病毒也可以被视为一种在细胞外游离的基因集合。它们无法独立完成生命活动，但可以通过侵入细胞来完成生命周期，并在这一过程中获得或传递新的基因。

尽管目前还没有实验证据能够明确支持上述任何一种假说，但现有的科学证据已经证明，病毒与细胞之间的相互作用极为复杂，它们之间紧密的关系对生命的进化产生了深远影响。

病毒，这些不具备独立生命活动能力的、细胞外的流浪者，携带着一系列基因片段在世界的各个角落游荡，当时机来临，通过侵入宿主细胞，它们就会启动并完成其生命周期。在这个过程中，病毒不仅可能吸纳宿主细胞的基因片段，增强自身的遗传多样性，还可能将自己的遗传物质遗留给宿主，促成跨物种的基因流动。这种基因的交换和转移，丰富了宿主的遗传库，也引发了宿主的适应性进化。也许，当你下一次看到“病毒”两个字时，脑海中不会仅仅浮现出病毒感染导致的各类疾病，也会想起这些流浪者在生命进化史上所扮演的更为复杂多样的角色。

【责任编辑】张小萌