追溯病毒的起源

追溯病毒的起源

人類這物種，真的標誌著生命進化的頂峰嗎？或者病毒才是？因為在歷史長河中，當人類進化得越來越複雜時，病毒已經精簡了，成功地拋掉了很多基因，只留下了少數的必需基因。

今天，病毒是如此的小和簡單，有些甚至不能自我複製，因此，病毒攜帶的基本遺傳物質，需要「溜進」宿主細胞，並誘騙宿主細胞才能複製。例如，只有14種蛋白質編碼基因的流感病毒就是如此。

病毒是如此的基本，許多生物學家認為它們甚至不能被歸類為一種生命形式。

新病毒喚醒舊問題

但隨著科學研究的發展，我們開始轉變了對病毒的看法。2003年，法國科學家觀察到了一種神秘的微生物，它體型比一般病毒大許多，看起來像一種細菌，但與細菌有著不同的基因。它寄生在水中的單細胞生物阿米巴變形蟲中，藉助將自身的遺傳信息融入其他動物的身體而繁殖，這種微生物也可以鑽進人體，導致人的肺部產生疾病。

但當時，科學界發現的病毒大小大約都在10至100納米之間，即便是較大的病毒，比如天花病毒，也只有300納米。而這種新發現的病毒達到400納米，科學家們意識到這是一種巨大的病毒，他們稱這種像細菌的生物為「酷似細菌的病毒」或者「巨病毒」。

但「巨病毒」不只是具有大塊頭，它還攜帶了1000個基因，對病毒一族來說，這是一個巨大的基因組，只比一些細菌少了幾百個基因。之後，科學家又發現了另外幾個巨型病毒，比如2013年發現的潘多拉病毒，有大約1100個基因，再一次刷新了巨型病毒的記錄。

這些病毒擁有如此之多的基因數量，暗示著它們存在複雜的遺傳性，也由此再次喚醒人們對病毒的研究興趣，以及重提那些由來已久的問題：病毒是什麼時候開始進化的？對更複雜的細胞生命來說，病毒是它們進化過程中的一塊「跳板」嗎？病毒和細菌，誰先出現？

這些問題非常棘手。因為對於考古學家來說，研究古生物最好的資料就是各類化石，但病毒是比較特殊的類群，它們只由包裹在柔軟的蛋白質外殼裡的幾股DNA或RNA構成，因此它們不會變成化石，沒有化石記錄的研究，幾乎已經不可能追溯它們的血統。

為了解決病毒進化的問題，研究人員開發了一種新方法，即重建微生物的「家族樹」，來追溯細菌和病毒的起源。

回歸微生物的「血統」

那麼，我們如何重建進化過程中的「家族樹」或「進化樹」呢？

科學家們通常是通過比較物種間的基因：兩種生物擁有的共同基因越多，說明它們的關係越密切。但是這種技術能讓你回溯的時間只有100萬年左右。因為在這以前，生物的DNA已經發生很大突變，再往前追溯的話，我們不太可能看到不同物種之間的相似性。

所以，研究人員想回到地球生命剛剛開始的時候——大約35億年前。對於這個時候的生命，就不能用比較物種之間的基因這種方法了，研究人員用了另外一種方法：比較生物體蛋白質的形狀，或者說看看蛋白質是如何「摺疊」的。

蛋白質是高精度的分子裝置，如果改變了它們的形狀，就會破壞它們的功能。雖然生命可以接受遺傳密碼連續且溫和地轉變，但不能忍受蛋白質形狀的改動，哪怕改動是微小的。因此，生物的某種蛋白質形狀自誕生起可能就沒什麼改變。這意味著，追溯蛋白質的形狀，或許能把我們帶到我們想要去的遠古時期。

不久前，計算機科學家們開發出一種算法來比較蛋白質的形狀，其中包括3460種病毒和1620個細胞。他們發現，細胞與病毒中，有442個蛋白質形狀是相同的，而病毒有66種蛋白質形狀是獨有的。

研究人員把蛋白質的形狀放到「一棵樹」中，每有一種新的蛋白質形狀出現，就代表著一個新的「分支」。研究小組使用化石證據來說明特定分支的萌芽。例如，藍藻（藍綠色）中有一種特定的蛋白質形狀，這是第一次出現這種蛋白質形狀，而後來它所有的後代都帶有這種形狀。通過比較藍藻首次出現在化石記錄（21億年前）和其後代出現的時間，就可以確定這個特殊的摺疊形狀大約出現在20億年前。

根據微生物的家族樹，病毒是古老的，但它們並不是第一個形成的生命。而家族樹還表明了，病毒和細菌有一個共同的祖先——一個能完全運作、自我複製的細胞。從這個原始細胞開始，細菌也像人類一樣，朝著越來越複雜的方向進化；而病毒則反其道而行之，開始逐漸擺脫它們不需要的基因，直到再也無法自我複製。

研究人員估計，在約15億年前，病毒就有了66種特定的蛋白質形狀，這是病毒的進化之旅中關鍵的一步：突變發生在病毒的蛋白質外殼，使得病毒可以入侵到宿主細胞中。

也有「好」病毒

現在，大多數人提到病毒，可能會不寒而慄，大腦立馬聯想到各種禽流感病毒、愛滋病病毒（人類免疫缺陷病毒），或是前些時候出現的伊波拉病毒，認為病毒就是致命的「害蟲」。但科學家告訴我們，儘管很多病毒很致命，但是有些病毒也有好的一面。

沒有病毒這類居民，地球上的生命會很不一樣，甚至可以這麼說，如果沒有它們，我們也不會在這裡。

例如，研究人員推測，1億多年前，原始的哺乳動物被一種病毒感染後，會捕獲一個基因，促進了胎盤的發展。因為這個基因能使得胎盤細胞與子宮相融合，讓胎兒從母親子宮汲取養分。

在現代測序技術的發展下，人類基因組已經得到破譯，令人驚奇的發現是，在人類的基因組中竟然有高達10萬條片段來自病毒，這些病毒基因片段佔據了人類基因組的8%。

此外，還有另外一個人們比較關注的問題：病毒是否有資格作為生命？研究者認為，如果病毒起源於一種活細胞，那麼當我們用病毒感染這種活細胞時，如果它們能融合到一起，最終成為一個「完整的生命系統」的話，病毒是可以作為一種生命的。但問題是我們至今未發現這種活細胞。

澳大利亞雪梨嘉萬研究所的分子生物學家認為，人們常常「指責」病毒不能自由生活（依賴於宿主，引發很多疾病）。但若要仔細說來，這種現象就像是一個哲學問題，就好比說，你是否認為人類是獨立的生命體？如果你覺得人類是獨立的生命體，那麼，假設地球上的植物消失了，沒有光合作用產生的氧氣，或許人類就不能存活了。同樣，沒有動植物作為人類的食物，人類也無法存活。所以，無論是哪種生物，病毒也好，人類也罷，它們不單單是個體，也是一個相互作用和聯繫的系統。