病毒與人類，生命兩種形態。進化是從簡單到複雜，還是複雜到簡單

2020-09-03 開心小魚

生命及其蘊含的各種力量，追根溯源最初只是廖廖幾種或者一種類型。當地球按照萬有引力法則運行時，生命從最簡單的開始，演化到現在無比美麗無比奇妙的多樣化物種，並且依然在進化著。生命如是之觀，何等壯麗恢弘。達爾文《物種起源》結尾。


進化論說明了生命演化的實用性，提出了一種演化的生命觀。但是進化論之父沒有說明生命的演化就一定是從簡單到複雜的趨勢嗎?這成為後代學者論證不休的焦點。我們不妨將目光聚焦到人類的生命健康史上。

病毒的特徵

病毒體積大約是細菌的千分之一大小。是一種非細胞生命形態，沒有細胞結構，僅僅由一個蛋白質外殼包含一段遺傳性物質組成。最多有些種類外殼上加了一層包膜。這是自然界最簡單的微生物，如此簡單的結構組成了生命，是實至名歸的簡約之王。


在遺傳物質(核酸 DNA或者RNA)的組成上，它不像高等動物，在臃腫的基因組中有一大堆「垃圾基因」(人類大約2萬個有效基因，總數的75%為無效基因)，而是物盡其用到極致。遺傳物質最簡單的B肝病毒整個基因組只有4個基因。僅僅如此簡潔的遺傳信息，每年導致100萬人死亡。

病毒沒有代謝結構，不具有新陳代謝的能力，沒有酶系統，自身不能生長和分裂。因此病毒離開了宿主細胞，就成了沒有任何生命活動，也不能獨立繁殖的化學物質。

它的複製，轉譯，轉錄能力都在進入宿主細胞後進行，利用細胞中的物質和能量完成生命活動，按照它自己的遺傳信息產生子病毒。所以病毒是介於生物與非生物之間一種原始的生命體。


我們該如何定義生命的意義呢?

「新陳代謝」和「複製」是一切生物體最基本的兩個特徵，也是區別非生命體的根本標準。而病毒僅僅只有進入宿主細胞才具有的「複製」特徵，讓很多學者認為不能將它作為生物體看待。

外科學和解剖學奠基人亨特將生命定義為抗腐敗或者抗感染的能力。從他專業的角度，他的定義強調了生存的能力，彰顯了「新陳代謝」的生命特性。而病毒顯然算不上生命，從未生存過，僅僅是不斷感染宿主以及利用宿主進行複製而已。

而薛丁格(就是著名的量子力學波函數和那隻不死不活的貓)在著作《生命是什麼》中則更強調了「複製」特徵。從物理角度來說，物質和能量不能憑空產生。從他所屬的專業角度看來，病毒不但是生命，而且是難得的模式類型。


兩種生存方式的差異

生態策略是生物在進化過程中形成的對付生存環境的策略。兩種截然不同的觀點正如病毒與人在生物學上分別屬於兩個極端，r-策略和k-策略的典範。

而病毒對r-策略的領會和運用，簡直到了登峰造極的地步。在生存還是繁殖的天平上，病毒把賭注全部押在了一頭上，放棄「新陳代謝」功能，成為了完全的寄生生物。「只管複製，一切從簡」，以無以倫比的複製速度，用數量贏得生存。

流感病毒在進入宿主體內後，能迅速的進行大量複製。一個感染細胞能釋放出來10^6-10^7個新病毒。去除大部分的不健全複製個體後，還有數萬個新病毒具有感染性，從而去感染正常細胞，進行幾何裂變的複製。

典型的兵海戰術，不由得使人聯想到《星際爭霸》的蟲族，面對漫山遍野的刺蛇，小狗，個體攻擊力超強的神族狂徒，聖堂武士也無可奈何。

而在k-策略上發展至今的人類，追求個體的生存質量和成長環境，進化出碩大的腦容量，傑出的心智以及銅牆鐵壁般的免疫系統。當地球上兩種生存策略的物種，發生了碰撞，會是什麼結果。

每一種生命都有生存本能

人類的DNA(脫氧核糖核酸)為了確保基因在遺傳複製上的準確性，有完善的糾錯機制，但像傳播性，感染性極強的流感病毒，冠狀病毒和無法治癒的愛滋病毒以及死亡率90%以上的伊波拉病毒等烈性病毒，它們的遺傳物質是單鏈RNA(核糖核酸)，RNA沒有糾錯機制，因此依靠RNA攜帶遺傳物質的病毒變異速度極快，幾乎是DNA病毒的10^4-10^6倍。


層出不窮的突變形態，千變萬化的耐藥性，讓人類的免疫系統無從識別，那怕藉助外力，新藥的研發速度也遠遠落後於病毒的突變速度，強壯的個體生命在面對變幻莫測的病毒攻擊之時，束手無策。現階段人類的科技，還不能有效應對病毒，只能延緩而不能殺死，最終需要人體自身的免疫系統識別它們進行清場。

交鋒

以最常見的流感病毒為例，分為三種:A(甲)型,B(乙)型,C(丙)型。近年發現的流感病毒歸為D(丁)型。

丙型只引起人類輕微的上呼吸道感染，極少流行傳播。乙型對人類致病性較強，但沒有引起過世界範圍大流行。只有甲型抗原性多次變異，多次引起世界範圍大流行。流感與普通感冒是兩種病症，死亡率不低於SARS和冠狀肺炎。

甲型流感與人類的戰爭已經持續了上千年，多次在世界範圍內肆虐。1918年西班牙大流感致死4000萬人。新一輪的「'H1N1」甲型流感病毒2009年在美國傳播後，迅速蔓延，目前仍然在傳播，每年造成1萬餘名美國人死亡。2019-2020季美國狀況依然如此。

病毒的生存法則

甲型病毒可以感染多種動物，其他兩型病毒無法做到。通常來說，流感病毒具有「宿主特異性」。即人流感不會感染禽類，禽流感不會感染人。這是由於流感病毒在感染某種生物時，依賴其外殼上像鑰匙一樣的蛋白質。這些「鑰匙」一方面幫助病毒侵入宿主細胞，一方面也可被免疫系統識別，使其被抗體攻擊。「鑰匙」不相同，自然無法交叉感染。


但是禽流感病毒在快速突變的過程中，機緣巧合的改變了「鑰匙」編碼，即出現「抗原漂變」，於是新病毒就可以跨越不同物種傳播。不過「抗原漂變」僅僅使病毒抗原發生了微小變化，結果只是讓新病毒勉強逃過疫苗或是「有經驗」的免疫系統捕殺。

但是，病毒會抓住一切機會生存和複製。人流感和豬流感都可以感染豬。因此，豬就成了甲型流感病毒的「基因混合器」。兩種來源的病毒感染了豬的同一細胞，不同流感病毒的RNA就可以發生自由組合。兩種病毒就會基因重組產生新一代「雜交病毒」。短時間內造成病毒抗原大規模改變，叫做「抗原轉變」。

而實際情況更加複雜，分別來自人，禽，豬的病毒基因在豬體內，經過「基因混合器」作用互相交叉重組打亂再重組，最終連它親媽都認不出了哪一部分源出自身。「雜交病毒」經過若干次循環演化突變之後，導致最終的高致病性和高傳染性。

而「抗原轉變」往往就是造成大面積傳播的根源，在極短時間內互相拆散了重新組裝，變成了一種全新的，自然界包括人體免疫系統完全沒有遇見過得新病毒。結果不言而喻，狂風暴雨般的開始在大地上衝擊著人類生命防線。

進化的最終目的是什麼

流感病毒憑藉「抗原漂變」和「抗原轉變」獲得極高的變異率，配合無以倫比的複製速度等特性，在人類免疫系統和人工藥物的聯合絞殺之下，任然從容對抗，縱橫天下，這恰恰體現了病毒作為最傑出的機會主義者的獨到之處:以如此渺小的身軀，極其有限的遺傳完成了眾多極度複雜的生物學過程，在複雜多變的世界裡繁衍至今。並且一直佔上風。

如此一來，我們感知生命的進化不但能創造出最複雜最精緻的結構，也能造就最簡約最美妙效率最高的設計，在生物進化的長河中，哪一種才更適合未來的生存呢?

相關焦點

  • 複雜技術系統就像生命迭代進化成長
    近些年來，人工智慧、物聯網、無人駕駛等等超級複雜事物，不斷地出現在我們的眼前，這些由簡單代碼編寫而成的技術系統，不再是單單的輔助我們工作生活，而是開始逐漸代替我們進行工作生活。這些系統最為可怕的地方在於，他們的複雜程度，已經到了讓人類大腦難以全面理解的地步。
  • 結構複雜的巨型病毒相繼出現 病毒正在向生物體進化?
    病毒不能自我生存，必須依附於活細胞。它們是一種個體微小、結構簡單、只含一種核酸（DNA或者RNA），必須在活細胞內寄生，並以複製方式增殖的非細胞性存在。但是，這種對於病毒的定義現在正在發生動搖。
  • 人類為什麼是恆溫動物不是變溫動物?可以很簡單也可以很複雜
    在某問答平臺上，有一個童鞋提了這麼一個問題：人類為什麼是恆溫動物而不是變溫動物？這個問題可以回答的很簡單——因為我們是哺乳動物呀。當然也可以回答的有一定深度，為什麼智慧生命要出現在恆溫動物中呢？如今地球上複雜生命的主要代表物種都集中在哺乳動物與鳥類之中，而鳥類又是活著的恐龍，這樣看來，在過去2.5億年間的作為複雜生命奇蹟，被譽為「統治地球」的生物基本都是恆溫（或類似恆溫，事實上恐龍可能沒有進化出保持體溫的機制，但是因為體形太太，體溫自然會非常高，散熱才是它們最應該頭痛的事情）。
  • 簡單到極致的完美寄生者——病毒簡史
    像質粒一樣，線粒體含有自己的基因組，也可以獨立自行複製，因此有理論謂它們是細菌進化遺留下來的。 Virus一詞來自拉丁語，意思是黏液或毒藥；中文譯成病毒。病毒比細菌小得多，大約在20到750納米之間，所以它們可通過錢伯蘭過濾器，因此早期被稱為過濾性病毒。
  • 人類為何無法製造生命?因為生命太過複雜,智慧生命就更是如此
    整個人類文明的發展史也可以說是一部製造史，人類逐步製造出更為複雜和便捷的工具，製造出亭臺樓閣，而在科學誕生之後，人類的製造更是邁入了一個新的層次，人類開始製造出各種複雜的電子設備，開始製造能夠擺脫地球引力束縛的太空飛行器，然而自始至終，有一件事物是人類無法製造出來的，那就是生命。
  • 數位化製造變革 從簡單到複雜自動化
    打開APP 數位化製造變革 從簡單到複雜自動化 發表於 2019-05-31 12:32:22 1從簡單到複雜的自動化任務 過去很長的一段時間，工業機器人只能執行簡單或者重複性任務，因為它只是一個編程好程序的機械裝置，工作模式是按固定的規划進行。如今，人工智慧和機器學習算法取得了重大的進步，基於大量數據的採集分析和知識積累，機器系統擁有了智力水平。
  • 單細胞如何進化成複雜生命?這個過渡期非常不簡單
    本文參加百家號科學#了不起的生命醫學#系列徵文科學家們可能發現了單細胞和複雜細胞之間缺少的聯繫，這些細胞構成了所有的動物、植物和真菌。科學家認為，被稱為古生菌的單細胞生物介於原始細菌(缺乏細胞核)和進化時間線上更複雜的細胞或真核生物之間。
  • 複雜與簡單之間——基本作用力對生命存在的意義(一)
  • 新冠病毒:結構簡單,破壞力不簡單
    而這些，都是由於2019年12月出現的一種病毒——2019新型冠狀病毒（2019-novel coronavirus, 2019-nCoV）。或許大家現在聽到「病毒」，已經不覺得陌生。但其實直到19世紀晚期，菸草花葉病毒引發的農業大災難，引起了人們的重視和研究，病毒這一微小的病原體才逐漸進入人類的視野。這些肉眼看不見的病毒，卻在每時每刻都影響著成千上萬人的生命。
  • 《生命的旅程:從魚到人》:原來生命的進化還可以這樣來演繹
    如果你對生命的進化感興趣，但是又覺得達爾文的《物種起源》難以「下咽」的話，那就看看這本簡易版的《生命的旅程：從魚到人》。雖然是簡易版的，但是絕對不簡單，值得感興趣的你一看。通過翻閱繪本，在圖文的配合下，我們可以感受生命演化的旅程，是如此的美妙和不可思議。生命演化：從無到有，從簡單到複雜，從低級到高級我們學了生物，都知道達爾文的《物種起源》裡的「進化論」和「物競天擇，適者生存」的觀點。這本書本著這樣的觀點，將生命的起源簡單、清晰、圖文並茂的呈現給讀者。
  • 先有生命?還是先有病毒?還是先有病毒這種生命?
    先有生命還是先有病毒，這個問題就跟先有雞還是先有蛋一樣，糾纏已久。假設，我是說，假設病毒就是源於地球的玩意兒（近來有科研證據表明病毒也可能來自外太空，這裡不做討論）。他們發現，這種病毒由一系列複雜的生化物質組成，但是缺少實現生命的生化活動新陳代謝功能所必需的基本系統。由於這項工作，斯坦利還獲得了1946年的諾貝爾化學獎，注意，不是生理醫學獎。
  • 從牛頓、三體到混沌:科學認知如何從簡單到複雜
    太陽和一個行星在一起就是二體問題，我們已經知道二體問題的軌道是穩定性軌道，而太陽與兩個行星放在一起就叫三體問題，天體越多就變成越複雜的數學問題。三體問題花了很長時間，最終人們發現三體問題是不可解的。太陽系遠遠超過三體，有太陽，有行星，行星還有衛星，還有其他很多小天體。整個太陽系是一個龐大的體系，遠遠超過三體，是更複雜的多體問題。
  • 關於新冠疫情,我們能從病毒進化中學到什麼?
    這張圖本身很簡單，寓意卻很深刻：這是一棵生命之樹，線條代表著血統，將你、我、地球上現存的生物、以及之前存在過的所有生物緊密相連。進化樹描述的便是寫在基因密碼中的歷史，記錄著可上溯至遠古時期的血脈。只要你知道怎麼看進化樹，此次新冠病毒的過去、現在和可能的未來便全都躍然紙上。
  • 複雜花瓣如何「造型」？
    因此，在進化過程中，花瓣的出現極大地提高了有花植物（被子植物）的繁殖效率，進而促進了它們在陸地生態系統中的壯大。所以，不同物種花瓣的色彩和形態結構是如何形成和變化的，不僅大眾好奇，也是植物學家和進化生物學家關注的焦點之一。接下來，我們來講一講關於花瓣「造型」的故事。被子植物中，很多類群的花瓣形態結構還算中規中矩，呈現全緣的片狀結構，如常見的月季（Rosasp.）
  • 達爾文進化論出現悖論!進化還是退化,適者生存
    原標題：達爾文進化論出現悖論！進化還是退化，適者生存物競天擇，適者生存，世道必進，後勝於今。事物的發展都是有著自己的規律，用中國的話說就是：「天道有常，不為堯存，不為桀亡。」生物的進化也必定有著自己所遵循的自然法則。
  • 打破認知—細菌也有細胞器,研究它們可以了解複雜的細胞如何進化
    正如進化的故事通常所說，最早出現的是原核生物：古細菌和細菌，它們通常被想像成沒有複雜結構的簡單的酶袋。然後，15億多年前，真核生物進化了，標誌著前所未有的細胞複雜性的出現，並永久地改變了地球上的生命，使動物、植物、真菌和原生生物得以崛起。
  • 病毒把人類搞死了,自己也死了,它的目的是什麼?病毒與人類進化
    今天，我們來講一講病毒在人類進化史上的作用，病毒自身沒有新陳代謝的功能，也沒有細胞，連細菌都不是！新陳代謝是生物最基本的一個功能，而生物最小的單位就是細胞，所以，病毒並不是生物，而是介於生物與非生物之間的一個特殊的生物體。恰恰是這個特殊的生物體，為人類解開了生命起源的奧秘。
  • 生命進化的特點和方向之形態的變化
    如其視覺、聽覺尤其是嗅覺強於魚類，狗已有家族群居生活，有較好的記憶和簡單思維能力。經特定訓練後還可替主人守門、牧羊、取郵件、協助破案，有的甚至能表演識數和簡單加減法。由此可看出狗和魚與魚和單細胞動物兩組之間身體上進化的差異要小於其智能上進化的差異。下面我們再來就狗和魚及猩猩和狗之間做一個類似的比較。
  • 「病毒」！人類進化的轉折點？還是毀滅的開始？（一）
    病毒這個東西結構非常的簡單，外面有一個蛋白質的殼，裡面包裹著一些DNA或者RNA也就是遺傳物質。病毒在自然宿主的身體裡面是不會有危險的。比如像「SARS」病毒在果子狸身體裡就沒什麼事，「愛滋病」在大猩猩身上沒事，但到人身上就不行。所以理論上，病毒其實並不想感染到其他的非自然宿主身上。
  • 病毒的起源,以及其是否幹涉了生物的進化!
    之前我發布過關於病毒是什麼，是如何入侵細胞導致人體發病死亡的。病毒第一次被人類發現是在1892年。一位荷蘭細菌學家貝傑林克在研究菸草花葉病時候首次提出病毒的概念。到今天為止我們對病毒的鬥爭任然在繼續。人類的發展史也可以看做是一部與病毒的鬥爭史！