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发表于 2020-2-6 12:04:31
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这完全取决于对“生命”的定义。生命的定义,目前来看在边界上还比较模糊。
“病毒跨越了生命的定义。它们处于超分子复合物和非常简单的生物实体之间。病毒包含某些结构,并展现出有机生命所共有的一些活动,但它们却缺少许多其他活动。通常,病毒完全由包裹在蛋白质胶囊中的单条遗传信息组成,病毒缺乏表征“生命”的大部分内部结构和机制,包括繁殖所必需的生物合成机制。复制它必须感染合适的宿主细胞”。
上图:病毒感染细胞的过程。
病毒的蹊跷之处
当研究人员首次发现行为类似细菌但体积更小并引起狂犬病和口蹄疫等疾病的病毒时,人们普遍认为病毒在生物学上是“活的”(也就是说,是“生命”)。然而,当在1935年发现烟草花叶病毒结晶时,这种画风骤变,因为学者们认识到病毒颗粒缺乏代谢功能所必需的机制。在确定了病毒仅由被蛋白质外壳包围的DNA或RNA组成之后,科学界就认识到它们具有比活生物体更复杂的生化机制。
烟草花叶病毒是一类RNA病毒,它在干燥的烟叶中都能存活52年,稀释100万倍后仍具有侵染活性。在无菌条件下致病力达数年。是病毒界有名的小强。
上图:烟草花叶病毒的结构。
“病毒以两种不同的状态存在。当不与宿主细胞接触时,病毒将保持完全休眠状态。在此期间,病毒内部没有发生生物学活动,本质上,病毒仅是一种静态有机分子复合而成的颗粒。这种简单的、明显处于无生命状态的病毒被称为“病毒粒子”(virions),病毒可以长时间处于这种休眠状态,耐心等待与适当的宿主接触。一旦遇到适当的宿主,它就会活跃起来,转而被我们称为“病毒”,此时,它可以表现出生物体的典型特性,例如对环境的反应,并努力进行自我复制。”
上图:病毒颗粒的两种形态。病毒颗粒有点像孢子。
病毒能够在其他生物的内环境中展现生命的特征,但在脱离必要的环境之后就表现得像化学分子的集合。貌似病毒更像是一种“插件”(如果你熟悉计算机就更容易理解,计算机病毒有类似的特征)。
如何定义生命?
关于将生命与非生命区分开来的标准,学术界并没有确切的定义。
人类蒙昧时期可能会把人是否具有自我意识用来判断人是否还具有生命(那时的概念可能是“灵魂”)。从这个意义上讲,患有严重头部创伤的人可能被归为“死了”。但实际上在这种情况下,身体和大脑仍然在基本的细胞水平上运作着,并且组成较大生物体的所有细胞中肯定都存在新陈代谢活动,但是由于其他人认为此人没有自我意识,因此将此人认为是“死了”(或者“半死”)。
随着科学的发展,人类对细胞生理机制的认识越来越深入,生命的定义的标准进一步细化到了将遗传蓝图移入子孙后代的能力,并能够重现大体的相似度。但在这种定义之下,病毒似乎是有“生命”的。
尽管对于是否可以将病毒视为生命实体这一问题尚无定论,但它们将遗传信息传递给子代的能力使其在进化意义上成为主要参与者。
病毒在进化和自然选择的过程和机制上与任何生命体没有原理上的差异,它可以繁殖、被选择、被淘汰然后进化成新的品种,只不过依赖特定的环境。但从环境依赖的角度来看,我们人类是不是也可以看做是依赖地球内环境的病毒呢?有一天我们殖民了其它“宜居”行星的时候,是不是可以看做是病毒的传染和繁殖?细思极恐~
病毒存在的“意义”
——虽然“意义”有一点主观视角,但似乎没有合适的词语用来表达,姑且借用这个词。 让那些将病毒简单地视为寄生生物的大多数人感到惊讶的是,病毒实际上是地球上数量最多的生命活性体形态(这里暂时避免直接使用“生命体”这个词)。迄今为止,人类研究过的每种生物体都至少伴有一种病毒,并且病毒的数量超过所有其他生命形式至少一个数量级。而且除开这些具有传染性的四处飘散的病毒之外,人类在迄今为止每个完成了DNA测序的生物体的DNA序列中都发现了起源于病毒的序列,很明显,病毒是我们目前所认为的生命进化中不可或缺的参与者。
生命体的组织复杂性从大分子在原始汤中组装开始就不断逐渐增加,这是熵增的一种宏观表现(即有序度越来越高)。但我们必须考虑存在一种与热力学第二定律直接相关的奇特原理——即,虽然热力学第二定律推动了生命体向更高级更复杂的组织形式发展,例如从单细胞到多细胞。但热力学第二定律也推动了另一种组织和繁殖(进化)策略。
病毒不仅在繁殖自己的遗传物质方面非常高效,而且还导致其他生物之间遗传密码的的无尽移动和混合。遗传密码的可变性可以说是进化的根本驱动力。通过表达可变的表型,生物能够适应环境并在变化的环境中变得更有效率。而病毒或许优化了这种效率,不仅对其自身,而且对那些需要集结称为复杂体系的生命体而言也有同样的“催化”效应。
病毒的起源问题
病毒是寄生生物,它们生活在被感染的细胞中,并产生病毒粒子来传播其基因。大多数病毒蛋白在现代细胞中都没有同源物,这与传统上将病毒视为细胞基因扒窃者的观点相矛盾。这表明病毒基因在病毒基因组可能起源于病毒圈或从现已灭绝的细胞谱系中获取。一些特定的病毒蛋白普遍存在于感染生命三个域的病毒当中,这表明病毒确实非常古老。特别是对病毒衣壳的结构蛋白质分析已经揭示了至少两种类型的病毒是在“最后的共同细胞祖先”之前独立起源的。
上图:细胞核的两种起源假说。
病毒与真核细胞的关系——细胞核的病毒起源假说
真核细胞的主要特征是拥有一个使转录与翻译分开的细胞核。转录与翻译的解偶可能是一个复杂的过程,该过程使用了数百个协同作用的真核生物特异性基因。这个复杂系统的起源目前是一个悖论,因为在缺乏细胞核的原核细胞中没有发现或不需要该复杂系统,但它显然存在于“最后的真核共同祖先”中并完全发挥作用。
真核细胞的病毒起源假说认为,真核细胞系中的细胞核是突然出现的,可能是因为细胞核是从感染古真核生物细菌祖先的DNA噬菌体形成“病毒复制工厂”结构中衍生而来的(噬菌体会在细菌体内形成一个相对封闭的复制区域)。因此,此假说预测真核生物中转录与翻译解偶的系统是来源于病毒的。
病毒工厂是受病毒清然的细胞内形成的可提高病毒复制组装的效率并使其免受宿主防御损害的区室。
上图:分离出来的“病毒工厂”。
(A)变形虫细胞内的病毒工厂在感染后8小时裂解。黄色箭头指示的部位的高放大倍数图像显示,正在组装的无纤维病毒“星状体”颗粒(红色箭头)以及成熟的纤维包覆病毒颗粒。
(B)在感染后8小时分离出的病毒工厂。在各个组装阶段,“工厂”表面都散布着病毒颗粒。红色箭头指示出还没有“装上纤毛”的病毒星状体。
(C)在感染后10小时分离出的病毒工厂的扫描电镜照片。只能检测到成熟的,纤维覆盖的颗粒。
而另外一些研究则更加令人惊心动魄:
巨病毒的“病毒工厂”模仿或劫持了真核细胞;
一些假说解释了病毒工厂和细胞核之间的进化联系;
核质巨DNA病毒可能提供从病毒和细菌进化为真核生物起源的相关基因;
核质巨DNA病毒与原核生物有共同发展的时间阶段,有助于真核生物的发生。
该假说的支持者们认为:核质巨DNA病毒在现代真核生物的起源中起了重要作用。细胞核起源于古老的核质巨DNA病毒。除了在细胞核的出现中发挥作用外,古老的核质巨DNA病毒可能还为原真核生物谱系提供了新的基因或染色体。系统发育分析表明,与古细菌和真核生物蛋白质有关的病毒信息蛋白,是由古代核质巨DNA病毒从原核生物中募集或转移至原核生物中的,与古代核质巨DNA病毒及其在真核生物中的作用相一致。
上图:巨病毒(红色)与真核生物(绿色)的关系似乎更近。古细菌(蓝色),细菌(橙色)。
上述假说似乎说明,真核生物很可能是病毒与原核生物的融合体。
总结
个人认为,病毒是生命,不过是一种独特的生命形式。而我们自己就可能是细胞与病毒的融合体。——病毒们,你们还好吗? |
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