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追溯病毒的起源
追溯病毒的起源
发布时间:2023-03-11 14:37:59 来源:
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龙源期刊网
http://www.qikan.com.cn
追溯病毒的起源
作者:孙靖轩
来源:《大科技
·
科学之谜》
2016
年第
02
期
人类这物种,真的标志着生命进化的顶峰吗?或者病毒才是?因为在历史长河中,当人类
进化得越来越复杂时,病毒已经精简了,成功地抛掉了很多基因,只留下了少数的必需基因。
今天,病毒是如此的小和简单,有些甚至不能自我复制,因此,病毒携带的基本遗传物
质,需要
“
溜进
”
宿主细胞,并诱骗宿主细胞才能复制。例如,只有
14
种蛋白质编码基因的流
感病毒就是如此。
病毒是如此的基本,许多生物学家认为它们甚至不能被归类为一种生命形式。
新病毒唤醒旧问题
但随着科学研究的发展,我们开始转变了对病毒的看法。
2003
年,法国科学家观察到了
一种神秘的微生物,它体型比一般病毒大许多,看起来像一种细菌,但与细菌有着不同的基
因。它寄生在水中的单细胞生物阿米巴变形虫中,借助将自身的遗传信息融入其他动物的身体
而繁殖,这种微生物也可以钻进人体,导致人的肺部产生疾病。
但当时,科学界发现的病毒大小大约都在
10
至
100
纳米之间,即便是较大的病毒,比如
天花病毒,也只有
300
纳米。而这种新发现的病毒达到
400
纳米,科学家们意识到这是一种巨
大的病毒,他们称这种像细菌的生物为
“
酷似细菌的病毒
”
或者
“
巨病毒
”
。
但
“
巨病毒
”
不只是具有大块头,它还携带了
1000
个基因,对病毒一族来说,这是一个巨
大的基因组,只比一些细菌少了几百个基因。之后,科学家又发现了另外几个巨型病毒,比如
2013
年发现的潘多拉病毒,有大约
1100
个基因,再一次刷新了巨型病毒的记录。
这些病毒拥有如此之多的基因数量,暗示着它们存在复杂的遗传性,也由此再次唤醒人们
对病毒的研究兴趣,以及重提那些由来已久的问题:病毒是什么时候开始进化的?对更复杂的
细胞生命来说,病毒是它们进化过程中的一块
“
跳板
”
吗?病毒和细菌,谁先出现?
这些问题非常棘手。因为对于考古学家来说,研究古生物最好的资料就是各类化石,但病
毒是比较特殊的类群,它们只由包裹在柔软的蛋白质外壳里的几股
DNA
或
RNA
构成,因此
它们不会变成化石,没有化石记录的研究,几乎已经不可能追溯它们的血统。
为了解决病毒进化的问题,研究人员开发了一种新方法,即重建微生物的
“
家族树
”
,来追
溯细菌和病毒的起源。
回归微生物的
“
血统
”
龙源期刊网
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那么,我们如何重建进化过程中的
“
家族树
”
或
“
进化树
”
呢?
科学家们通常是通过比较物种间的基因:两种生物拥有的共同基因越多,说明它们的关系
越密切。但是这种技术能让你回溯的时间只有
100
万年左右。因为在这以前,生物的
DNA
已
经发生很大突变,再往前追溯的话,我们不太可能看到不同物种之间的相似性。
所以,研究人员想回到地球生命刚刚开始的时候
——
大约
35
亿年前。对于这个时候的生
命,就不能用比较物种之间的基因这种方法了,研究人员用了另外一种方法:比较生物体蛋白
质的形状,或者说看看蛋白质是如何
“
折叠
”
的。
蛋白质是高精度的分子装置,如果改变了它们的形状,就会破坏它们的功能。虽然生命可
以接受遗传密码连续且温和地转变,但不能忍受蛋白质形状的改动,哪怕改动是微小的。因
此,生物的某种蛋白质形状自诞生起可能就没什么改变。这意味着,追溯蛋白质的形状,或许
能把我们带到我们想要去的远古时期。
不久前,计算机科学家们开发出一种算法来比较蛋白质的形状,其中包括
3460
种病毒和
1620
个细胞。他们发现,细胞与病毒中,有
442
个蛋白质形状是相同的,而病毒有
66
种蛋白
质形状是独有的。
研究人员把蛋白质的形状放到
“
一棵树
”
中,每有一种新的蛋白质形状出现,就代表着一个
新的
“
分支
”
。研究小组使用化石证据来说明特定分支的萌芽。例如,蓝藻(蓝绿色)中有一种
特定的蛋白质形状,这是第一次出现这种蛋白质形状,而后来它所有的后代都带有这种形状。
通过比较蓝藻首次出现在化石记录(
21
亿年前)和其后代出现的时间,就可以确定这个特殊
的折叠形状大约出现在
20
亿年前。
根据微生物的家族树,病毒是古老的,但它们并不是第一个形成的生命。而家族树还表明
了,病毒和细菌有一个共同的祖先
——
一个能完全运作、自我复制的细胞。从这个原始细胞开
始,细菌也像人类一样,朝着越来越复杂的方向进化;而病毒则反其道而行之,开始逐渐摆脱
它们不需要的基因,直到再也无法自我复制。
研究人员估计,在约
15
亿年前,病毒就有了
66
种特定的蛋白质形状,这是病毒的进化之
旅中关键的一步:突变发生在病毒的蛋白质外壳,使得病毒可以入侵到宿主细胞中。
也有
“
好
”
病毒
现在,大多数人提到病毒,可能会不寒而栗,大脑立马联想到各种禽流感病毒、艾滋病病
毒(人类免疫缺陷病毒),或是前些时候出现的埃博拉病毒,认为病毒就是致命的
“
害虫
”
。但
科学家告诉我们,尽管很多病毒很致命,但是有些病毒也有好的一面。
没有病毒这类居民,地球上的生命会很不一样,甚至可以这么说,如果没有它们,我们也
不会在这里。
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例如,研究人员推测,
1
亿多年前,原始的哺乳动物被一种病毒感染后,会捕获一个基
因,促进了胎盘的发展。因为这个基因能使得胎盘细胞与子宫相融合,让胎儿从母亲子宫汲取
养分。
在现代测序技术的发展下,人类基因组已经得到破译,令人惊奇的发现是,在人类的基因
组中竟然有高达
10
万条片段来自病毒,这些病毒基因片段占据了人类基因组的
8%
。
此外,还有另外一个人们比较关注的问题:病毒是否有资格作为生命?研究者认为,如果
病毒起源于一种活细胞,那么当我们用病毒感染这种活细胞时,如果它们能融合到一起,最终
成为一个
“
完整的生命系统
”
的话,病毒是可以作为一种生命的。但问题是我们至今未发现这种
活细胞。
澳大利亚悉尼嘉万研究所的分子生物学家认为,人们常常
“
指责
”
病毒不能自由生活(依赖
于宿主,引发很多疾病)。但若要仔细说来,这种现象就像是一个哲学问题,就好比说,你是
否认为人类是独立的生命体?如果你觉得人类是独立的生命体,那么,假设地球上的植物消失
了,没有光合作用产生的氧气,或许人类就不能存活了。同样,没有动植物作为人类的食物,
人类也无法存活。所以,无论是哪种生物,病毒也好,人类也罢,它们不单单是个体,也是一
个相互作用和联系的系统。
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/93ffe3cddc88d0d233d4b14e852458fb770b383c.html
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