跳脱五界之外，似生物而非生物，神秘的病毒来自何方？

新冠病毒，一种至今人类还未知其起源的神秘病毒，直径仅有60-140纳米，却让全世界着急忙慌、“大动干戈”。

在肆虐数个月、经历多次变异后，有专家称，新冠病毒可能会像流感一样，与人类共存很长时间，甚至每隔数年都“卷土重来”。

病毒究竟来自何方?由于病毒不像文物、化石一样会留下历史足迹，探究这种神秘的微生物起源和进化的线索变得极为困难。

神秘的病毒：游离于五界之外

病毒的结构极其简单，其基本结构是由核心和衣壳构成的核衣壳，有些病毒的核衣壳外部还有一层包膜包裹，包膜表面常存在不同形状的突起，成为刺突。病毒只含有一种核酸(DNA或RNA)，其大小一般也仅有细菌的百分之一。

目前科学界一般认为，病毒既不是生物亦不是非生物，不属于五界(即原核生物、原生生物、真菌、植物和动物)之中。

有人认为病毒只能在细胞中进行复制和繁殖，像休眠状态的植物种子;有人则称病毒除了自我复制外几乎没有其他能力，没有新陈代谢，由于没有细胞结构，连复制也要依赖生物细胞，不能当作生物来看待。

更形象的看法，则说病毒只是一段旨在感染宿主并自我复制的代码，在单独存在的时候是死的，进入编程环境(细胞环境)后才是活的，而且在不受化学物理等条件灭活的情况下不存在自然死亡的概念。

此外，生物是一种难以定义的对象。对“生物”的多种定义(有生理学定义、新陈代谢定义、生物化学定义、遗传学定义和热力学定义等)范围宽泛不同，这也导致对“病毒是否生物”的问题仍存在争议。

不过，别看病毒体积微小、结构简单，但它的本事却不小，历史也比人们想象的更悠久。

2018年4月发表在《Nature》上的一项研究发现，感染人类的许多病毒都有古老的进化历史，可以追溯到最早的脊椎动物，甚至是最早存在的动物。

研究人员在明显健康的爬行动物、两栖动物、肺鱼、鱼鳍鱼、软骨鱼和无颚鱼身上发现了214种新型RNA病毒，发现鱼携带着惊人的病毒多样性，几乎在哺乳动物中发现的每种病毒家族都能在鱼中发现，甚至在鱼身上发现了埃博拉病毒和流感病毒的亲戚。

这项研究证明，RNA病毒已经存在了数百万年，并且自第一种脊椎动物出现以来就已经存在。

病毒发现的历史

1884年，法国微生物学家Charles Chamberland发明了一种过滤器(Chamberland氏烛形滤器，其滤孔孔径小于细菌的大小)，这种过滤器可以去除任何液体样本在显微镜下可见的所有细菌。

1886年，农业化学家Adolph Mayer证明了烟草花叶病可以通过液体植物提取物从患病的植株转移到健康的植株上。

1892年，俄国生物学家 Dmitri Ivanowski证明，即使在用Chamberland氏烛形滤器将提取液中所有活菌都过滤掉之后，这种疾病仍然可以通过这种方式传播。

1898年，荷兰微生物学家Martinus Beijerinck观察到这种病原只在分裂细胞中复制，由于无法看见这种病原的颗粒形态，因此他称之为contagium vivum fluidum(可溶的活菌)并进一步命名为virus(病毒)。

1899年，Friedrich Loeffler和Paul Frosch发现患口蹄疫动物淋巴液中含有能通过滤器的感染性物质，由于经过了高度稀释，排除了其为毒素的可能性;他们推论这种感染性物质能够自我复制。

20世纪早期，英国细菌学家Frederick Twort发现了可以感染细菌的病毒，并称之为噬菌体。

由于病毒比细菌更微小许多，它无法被用光学显微镜看见(只有痘病毒科的一些大型病毒粒子除外)。

1931年，美国科学家温德尔·斯坦利、德国工程师恩斯特·鲁斯卡和马克斯·克诺尔发明了电子显微镜，使得研究者首次得到了病毒形态的照片。

烟草花叶病毒是第一个被结晶的病毒，从而可以通过X射线晶体学的方法来得到其结构细节。1955年，通过分析病毒的衍射照片，罗莎琳·富兰克林揭示了病毒的整体结构。

图：烟草花叶病毒(左)，透射电镜所见。该病毒引起烟草和其他植物的疾病，如兰花(右)。

(图源：美国农业部农业研究所与美国农业部林业局、北卡罗莱纳州立大学植物病理档案馆)

20世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能够感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现。

对病毒的最初分组是根据相同的形态，如冠状病毒、丝状病毒等。后来才根据病毒所含的核酸类型(DNA或RNA)，以及核酸是单链还是双链等角度将病毒分类。

病毒起源的多种假说

没有人确切知道病毒起源的时间和缘由，研究人员只能通过研究现代的病毒如何进化，并通过生化和遗传信息来推测病毒的进化史。

目前学术界并没有一个能被完全接受、能充分解释病毒及其特征的假说。有几种较为广泛的假说：

进化的过渡

由于病毒在进化链条中处于十分原始的位置，既具有化学大分子的属性，又具有生物的部分特征，因此有假说认为，在从无机自然界到生命出现这一漫长的转变过程中，病毒正处于非生物到生物的过渡位置，正好填补从化学大分子到原始细胞生物中间的空白。

这一假说认为，地球上生命物质产生的环境中首先由无机物质演化为有机物质，再演化为大分子生命物质。

不过，该学说是根据生命起源学说和分子进化理论所提出来的一种纯粹的假设，缺乏任何进化上的证据。

与此类似的是，有一个“远古大分子”假说认为，进化中存在一个“分子生命”阶段，RNA、DNA以及蛋白质开始独立或彼此协作地复制自身，而现代生命的基础，细胞，则是这些“分子生命”中突然出现的异类。

由于拥有膜结构的细胞可以更好地保护其中娇弱的RNA和蛋白质等核心大分子，极大增强了这些生物的适应力，因此细胞“反客为主”，原始分子生命世界的“遗民”病毒被边缘化。

细胞退化

这一假说认为病毒是一种高级微生物的退行性生命物质。微生物细胞在生命历程中丢弃了部分基因丢弃，丧失了独立的自我繁殖能力，最终退化为病毒。

这种假说的依据是:在细胞内环境寄生的细菌与病毒之间，还存在着像立克次氏体和衣原体这样一些在细胞内寄生、比细菌更原始的中间形式。

因此，该假说推测，最初寄生于细胞的低级细菌退化为立克次氏体一类的生物，再退化为衣原体一类的生物，进而退化成病毒。

但如果这种假说成立，那就应该在病毒能够感染的动植物细胞和细菌细胞中找到这种细胞内寄生的小型细胞生物，而实际情况并非如此。此外，在立克次氏体和衣原体中未见发现病毒的报道。因此，该假说成立的证据不足。

与此类似的是，还有一些病毒的基因组非常大，以至于科学家们无法弄清楚它们来自细胞的哪一部分。

以巨型病毒拟菌病毒(mimivirus)为例，它的基因组大约是HIV的50倍，比某些细菌的基因组还要大。拟菌病毒也被发现有着其他病毒不具有的与糖类、脂类和氨基酸代谢相关的基因。

一些已知的巨型病毒会感染简单的生物，如阿米巴原虫和简单的海藻。这表明它们可能有着古老的起源，是寄生的生命形式在后来适应了“病毒的生活方式”。

细胞偶然遗失

这种内源性学说认为，病毒来源于正常细胞的核酸，因偶然途径从细胞内脱离出来而变为病毒。

支持这个学说的多半来自于一些实验的间接证据：

病毒与质粒的相似性——质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子。质粒本属于细胞的一部分，但它可以随时脱离细胞，并在细胞之间传递;

很多DNA病毒，如细菌病毒中的λ噬菌体，植物病毒中的花椰菜花叶病毒，动物病毒中的乙肝病毒、腺病毒、疱疹病毒和乳头瘤病毒等，这些病毒的DNA全部或部分可结合到宿主细胞的染色体上，变为细胞的一部分，这可以看作是细胞核酸外逸的逆过程;

利用核酸分子探针技术发现很多能与细胞染色体结合的病毒DNA的整合区序列与发生整合的染色体的侧翼序列有很大的同源性，尤其在一些逆转录病毒(如艾滋病毒)中的癌基因V-onc与细胞中的原癌基因C-onc高度同源;

正常细胞中存在较广泛的逆转录型可动遗传因子，如酵母细胞的Ty因子、果蝇的C opia样因子等和逆转录型重复序列，如人的Alu因子及KpnⅠ因子等，表明正常的细胞中含有RNA所介导的DNA合成反应，而这与逆转录病毒的核酸的复制行为一致。

这些间接证据可部分解释DNA病毒的起源，但要说明RNA病毒的起源却十分困难。它也不能解释病毒颗粒上复杂的衣壳和其他结构。

自我复制系统

这个假说假设了一个类似于其他自我复制分子的自我复制系统，很可能是随着它们所依赖的宿主细胞一起进化的。对一些植物病原体的研究支持了这一假设。

1999年第十一届国际病毒学大会对病毒在基因水平上的起源及进化提供了新的证据：在一种古细菌(一种介于原核生物和真核生物之间的第三类生物)中发现了被称之为“反转子”的遗传单元，它是仅含一个基因并且能自我复制的一段核酸分子，具有重要的基因捕获功能。

其基因序列与宿主细胞等位基因高度同源，并且在密码子的使用频率上也有高度相似性，根据对这种古细菌的年代考证，估计反转子在4亿年前就已存在。

随着古细菌的进化，反转子从细菌基因库中捕获基因，扩大自己的遗传信息量，增加生物学功能，最原始的感染性病毒颗粒由此产生。

与此类似的是，2019年发表在《Nature》上的一篇文章概述了一种“嵌合”的情况，在这种情况下，不同类型的原始的、自私的复制子通过招募宿主蛋白质来形成病毒粒子而产生病毒。

他们还提出，在生命进化的所有阶段，新的病毒群反复出现，通常是通过置换祖先的结构和基因组复制基因。

外星来客

2018年，期刊《Progress in Biophysics and Molecular Biology》发表了一篇经过同行审议的文章，指出生命并不一定起源于地球。

该文章认为，地球上的细菌、病毒、更加复杂的真核细胞或个体、甚至是受精卵和植物种子，或许都是由彗星从太空带来。

知名天文学家、太空生物学家Wickramasinghe与其合作伙伴Fred Hoyle提出了泛种论模型，这种H-W模型还推测许多流行疾病是由太空病毒引起的，而知名的寒武纪生命大爆发也许就是外太空逆转录病毒的功劳。

总结

一些感染人类的病毒与感染细菌的病毒具有相同的结构特征，这可能预示着病毒有着一个共同的祖先，但随着病毒在漫长的历史中不断进化，这些线索已经变得扑朔迷离。

大多数现代病毒似乎是由来自不同来源的片段拼凑而成，像一个“大杂烩”的有机体。

病毒本身也在不断“推陈出新”——埃博拉、马尔堡病毒、麻疹病毒、狂犬病毒(这些病毒有着远近不同的亲属关系)，只在有限数量的物种中被发现，这表明这些病毒是相对较新的。许多这种“新”病毒可能在几百万年前起源于昆虫，在进化的某个阶段发展出感染其他物种的能力。

在长期的演化中，人类已经和那些从远古开始就“一路同行”的病毒达成了一定程度上的默契，因此，来自于家畜的病毒(如麻疹、流感等)极少引起严重的疫情。

而来自野生动物的病毒跟人类缺少“磨合”，因此常引起大瘟疫，或具有极高的致命性(如通过猴子、猩猩和蝙蝠传染给人类的病毒)。

这也从科学角度提示人类远离野生动物，保持适当距离，还它们以家园，不要让更多未知病毒“走出丛林”。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180404133510.htm

https://courses.lumenlearning.com/wm-biology2/chapter/history-of-viruses/

https://www.scientificamerican.com/article/experts-where-did-viruses-come-fr/

https://www.nature.com/articles/s41579-019-0205-6

https://wenda.so.com/q/1378235439067429

https://www.zhihu.com/question/27138983/answers/updated

https://new.qq.com/omn/20180604/20180604A0CSPD.html