病毒起源那些事

要追溯一个物种的演化史，通常需要相应的化石证据，但病毒实在太过微小，险些不行能有化石生存下来。而且它们多数存在于宿主细胞内，混在其基因组中，难以区分。虽然找不到病毒化石，科学家们还是可以基于现有病毒及其宿主的基因组等信息，获得病毒演化的线索。由此他们提出了3种病毒起源的主流理论：逃逸假说（The Progressive Hypothesis）、退化假说（The Regressive Hypothesis）和先于细胞起源假说（The Virus-First Hypothesis）。

病毒的“企图”

在详细解释这3种理论之前，我们先来简朴相识一些基本生物学观点。现在已知的所有细胞生物都是以DNA为主要遗传物质的。细胞想要获取DNA中的编码信息需要借助邮差，也就是信使RNA（mRNA）。它们专门卖力把转录下来的信息送出细胞核，再转达给转运RNA（tRNA），最后在核糖体等细胞器内合成加工出卵白质。

遗传信息通报遵循的中心规则 | 图源：维基百科

而病毒的组成极端简化，没有细胞结构，更别提庞大的卵白质合成系统。它们基本上只有层卵白质衣壳，包裹着遗传物质（DNA或RNA），因此只能盗用宿主细胞的生产工具来复制自己。更有甚者，直接潜入宿主细胞的基因组中当起了特工。

最典型的当属逆转录病毒（也叫反转录病毒），它们是一类RNA病毒。逆转录指的是转录的逆向历程，即通过RNA合成DNA，然后病毒就可以把带有自身遗传信息的DNA整合到宿主基因组中，让被蒙在鼓里的宿主细胞替它们白干。

这样一来，纵然我们想清除它们也很难不误伤友军。HIV就是这样一类狡诈的病毒，这也是它们难以攻克的一大原因。

逃逸假说：“叛逃”的基因

听起来很不行思议，但病毒最初可能就来自于细胞自身。在细胞生物包罗我们人类的基因组里大量存在着一类“不循分”的“跳跃基因”，也叫转座子（transposon），它们能从原本的位置解离或者通过复制，转移到另一个基因位点，好比另一条染色体上。

科学家芭芭拉·麦克林托克发现玉米的彩色颗粒是受转座子的影响

而转座子复制的方式有的是从DNA直接拷贝为DNA，另有的则是从DNA转录为RNA，再逆转录为DNA，这种转座子就叫做逆转录转座子。

逆转录转座子的“骚操作”是不是让你遐想到了上面提到的逆转录病毒？经由对比，科学家简直发现，逆转录转座子和逆转录病毒在基因结构和转移方式上惊人地相似。这就意味着，它们在演化史上很可能存在着某种关系。

一种理论的解释是，自我们的祖先降生以来，就在不停受病毒侵染，徐徐地，一些病毒的基因被牢固在了我们的基因组中，甚至到场了某些演化的关键环节，好比胎盘的发育。另一种理论，也就是逃逸假说认为，病毒或许是“叛逃”的基因片段，好比转座子演化而来的，它们在某个契机下获得了卵白质装备的加持，乐成出逃，自此打开新世界的大门。

事实上，已有科学家证明某些转座子仍有被激活成病毒的潜能。但转座子和病毒在演化史上的泛起究竟孰先孰后，仍未有明确结论。

细菌质粒DNA独立于拟核之外

也有看法认为DNA病毒的起源可能与“逃逸”的质粒（plasmid）有关，这是一种存在于细菌内的环状DNA，具有自主复制和在细胞间通报的能力。基因工程正是使用了质粒的这些特点，将其革新为目的基因的载体，以实现基因的水平迁移。

退化假说：“堕落”的细胞

类比线粒体和叶绿体这类半自主性细胞器的起源理论，退化假说提出，病毒的祖先原本有着相对完整的细胞结构，也是自立根生的“好细胞”，厥后在和其他细胞共生的历程中，逐渐“迷失自我”，开始丢失基因，最后完全依赖其他细胞的劳动，甚至变本加厉，疯狂掠夺。

这一假说最有力的例证来自核质巨DNA病毒（NCLDV）。这类病毒与一般病毒最大的差别就是大，以至于会被其他小病毒熏染。病毒的巨细通常不凌驾200纳米，但NCLDV却能比细菌还大，好比拟菌病毒（Mimivirus），直径达750纳米。

拟菌病毒的电镜照片 | 图源：microbewiki

它们的大也不是徒有其表，关键在于其基因组也大，而且还拥有细胞生物卵白质合成系统的相关基因，但并不完整，仍无法自主合成卵白质。这种病毒的发现，在病毒和细胞的演化门路之间搭起了一座桥梁。更有趣的是，拟菌病毒和一种细菌（普氏立克次体）十分相似，这更让一些科学家相信它们的祖先原本也是一种细菌，厥后“退化”成了病毒，只是装备丢得没有一般病毒爽性。

不外2017年的一项研究发现，另一种大型病毒（Klosneuvirus）所携带的细胞基因只是它们从宿主那里“偷取”，逐渐积累而成的。

先于细胞起源假说：蛋先于鸡

上述两种理论都假设病毒是泛起在细胞之后的，究竟病毒都需要依赖细胞生存。但也有科学家打破了这一牢固思维，在先有鸡还是先有蛋这个问题上，他们更倾向于后者。该理论认为在第一个细胞泛起之前，具有自我复制能力的RNA分子或许早已存在，随着时间的推移，它们演化出了种种功效，表达的卵白质也越来越庞大。

在关键细胞结构被合成出来之前，一些RNA和卵白质的组合已经开始摩拳擦掌，它们中的一部门进一步生长成了细胞，而另一部门则保留了简朴结构，成为最原始的病毒，尔后随着细胞的降生而激活。在某些生物好比四膜虫的细胞里就有这样的RNA分子，叫做核酶（ribozyme）。我们知道酶是一类具有催化作用的生物分子，绝大多数都是由卵白质组成的，但核酶却是种小分子RNA，到场催化卵白质合成等重要反映。某些核酶还能够自我复制，在细胞间流传，好比主要熏染植物的类病毒（viroid）。类病毒与病毒差别，它们连卵白质衣壳都没有，仅有RNA，但同样可以熏染种种生物。

交织的演化史

上述理论都还仅仅是假说，仍未有充实证据证明，因此病毒起源和生命起源一样，至今仍是未解之谜。不外，2018年揭晓在《自然》上的一项研究讲明，病毒很可能早在第一只脊椎动物泛起之时就已经存在。它们陪同着整个脊椎动物以致整个生物界的演化，至今仍在相互影响。除了病毒起源，它们在自然界中究竟饰演了怎样的角色也十分耐人寻味。无处不在的病毒与其他物种之间似乎保持着一种奇妙的平衡。然而无知的人类却时不时将其打破，效果打开了潘多拉魔盒。要想关上魔盒，不仅需要科学家们对病毒更深入的研究，还需要我们每小我私家对自然规则的敬畏。