來源:每天學點經濟學
文:莫舟 來源:深度私聊
我們常說得病了是被病菌感染。這裡的「病」是指的病毒,「菌」是指的細菌。
細菌是許多疾病的病原體,包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由細菌所引發。而我們所熟知的麻疹、愛滋、流感、天花等,則是由病毒所引發。
因此,病毒和細菌這兩種東西都非常小,但是完全不同的。細菌是一種單細胞生物體,生物學家把這種生物歸入「裂殖菌類」。也就是說,它是一個活體細胞,所以我們如果被細菌感染,可以用抗生素殺死它。
但被病毒感染後,卻是任何抗生素都沒有效果的——因為病毒根本就不是一種生命體——它結構簡單,只含一種核酸(DNA或RNA),是一種介於非生命體與生命體之間的特殊生物體,只有進入細胞中,才具有生命力。
也就是說,病毒自身沒有新陳代謝的功能,也沒有細胞,連細菌都不是。
但是,病毒進入到細胞裡之後,它卻能夠自我複製,細胞會因此而受到傷害(改變),這就是造成我們得病的一個原因。
天花病毒
病毒侵入細胞的目的非常簡單,就是自我複製,擴散病毒。但是前提是它要找到宿主,還要進入到細胞裡面。如果它進入不到細胞裡,那麼它其實就跟無機物一樣,是一個非生命體,對我們是產生不了任何傷害的。
因此可以說,病毒這種特殊的生物體,是地球上最初的生命形式,不知道病毒的演化史,也就無法解開生命起源的奧秘。
前寒武紀,藍藻的化石痕跡。藍藻其實是一種細菌
01:生命密碼編譯
我們知道,地球上最早的生物是細菌,出現在37億年前,直到現在,細菌仍然是地球上最普遍的生命形式。
細菌一詞來源於希臘語βακτηριον,意為「小棍子」,包括所有單細胞生物(細菌、藻類、真菌和原生動物)。
細菌是單細胞微生物,用肉眼無法看見,但用顯微鏡就可以觀察的到。
我們知道,生物最小的單位就是細胞,作為單細胞微生物的細菌,其產生之早可以想像。
隨著進化,細胞又分為原核細胞和真核細胞。地球上是先有原核細胞,後有真核細胞。
原核細胞沒有細胞核,結構比較簡單;真核生物有細胞核,結構比較複雜。細菌是原核生物,人類、老虎、獅子這樣的多細胞動物則是真核生物。
細胞有一層薄膜,稱之為「細胞膜」,細胞膜把生命包裹在一個相對封閉的、穩定的環境中,但又與外界保持著一定的能量和物質的交流。
擁有細胞的細菌的形成,無疑是生物進化史上最重要的一個跨越。
真核細胞和原核細胞的區別和內部結構
那麼,非生物是如何過渡到細菌這類原核細胞生物體的?隨著研究,科學家發現,在細菌出現之前,實際上還有一種更簡單的生命體,那就是「RNA世界」和「DNA世界」。
如果我們把細菌(原核細胞生物體)比作一臺機器,這臺機器實際上已經很複雜了,人類的科技發展到今天,能夠製造宇宙飛船、汽車、甚至是人工智慧(AI),但是卻無法製造一個細菌,即組裝一個活的生命體。這足以證明生物的複雜性。
製造生物的難度有多大?這就相當於我們把汽車的零部件裝進一個盒子裡,不斷的搖晃,經過無數次的碰撞,最後搖晃出了一臺迷你汽車,並且這臺迷你汽車能夠自行運轉,而且還能夠自我複製,通過不斷的複製,不斷的改進,出現了卡車、轎車、吉普車等等各種類型的大汽車。
RNA的結構
在一個盒子裡,搖晃零部件,形成一臺汽車,難度雖然很大很大,但是,地球上畢竟有這些零部件,這就是說把生物形成的「零部件」聚集在一起的條件是存在的。
細胞是由分子組成的,分子是由原子組成的,地球的環境有利於有機分子形成大分子,不斷組合。熟悉化學的人都知道,這世上有很多有序的化學反應,其實呢,生物進化的前身就是化學反應,即化學進化。化學反應也能夠出現複製機制,只不過,這種複製機制不是很精確,在自然條件下,還有可能失控。
化學反應如果有精確的指令,那就好了,於是「RNA世界」就派上用場了。
RNA是核糖核酸,DNA是脫氧核糖核酸,核糖核酸和脫氧核糖核酸統稱為核酸,是一種大分子結構。最初的生命世界,就是「RNA世界」和「DNA世界」。
生物學家一般認為RNA的產生先於DNA,DNA是RNA的近親。
DNA在細胞內部的位置
RNA能編譯遺傳信息,也可以參與新陳代謝活動,因為核糖核酸是單鏈結構,可以實現摺疊。
最早實現自我繁殖能力的其實是就是RNA,並且這種繁殖是有精確指令的。
「RNA世界」誕生的同時,地球上還進化出了一些沒有精確複製能力的細胞,這些細胞的結構比今天的細胞的結構要簡單得多,它們在複製的過程中總是出錯。但是,它們擅長新陳代謝。
直到有一天,這兩個系統實現了共生,RNA寄生到了細胞之中,利用細胞的新陳代謝能力實現繁殖,而細胞得到的好處就是讓新陳代謝有了指令,能夠更加精確地複製自身。
兩者達成妥協之後,新的細胞就產生了。因此,今天的一些細胞的最基本的一些功能,都是在漫長的時間裡逐步進化和完善的。
我們知道,印度尼西亞的Bajau民族,被逼居住在海上,做海上遊牧民族。有歷史記載的短短1000年,居然進化出了DNA分岔。
Bajau民族具有人類獨有的PDE10A基因。它使得巴瑤族的脾臟大了+50%,輕易可以潛水到-70米的地方。
這個俗稱的「潛水基因」十分強大。科學家甚至認為,進一步進化,他們將可以像「亞特蘭蒂斯」人一樣,生活在水底。
1000年並不是很漫長的時間。以20年/代人計算,也只有僅僅50代人。
生物進化的速度,令人震驚。
02:病毒是如何影響人類進化的
人類在近代以前是不知道病毒這種半生物體的。病毒自身沒有新陳代謝的功能,也沒有細胞,可以看作是碎片化的RNA和DNA,這些碎片化的核糖核酸和脫氧核糖核酸,不僅僅包括病毒,還包括質粒(一種環狀的DNA)、複製子(染色體)和抗生素等等。
因此,位於生物與非生物之間的物體,不僅有病毒,還有抗生素、質粒和複製子等等。
現在我們知道,病毒是進入細菌和多細胞生物的細胞之中,利用細胞的新陳代謝能力來實現繁殖的。
相對來說,單鏈結構的RNA的變異能力強,DNA的變異能力要弱一些。
RNA寄生到了細胞之中,利用細胞的新陳代謝能力實現繁殖。打個不恰當的比喻:38億年前,一個簡單的生物體吞併了另外一個簡單的生物體,然後,兩者組成了一個新的生物體。
在現在的地球上,仍然存在著一些RNA病毒,它們進入細胞的方式,似乎一直延續著38億年前的傳統。
RNA病毒是沒有DNA的,有DNA的病毒稱之為「DNA病毒」。我們所熟知的麻疹病毒、伊波拉病毒、流感病毒都是RNA病毒;天花病毒、噬菌體則是DNA病毒。
病毒在沒有找到它的宿主,沒有寄宿在細胞裡的時候,它是屬於非生命體。因為它是非生命,所以就意味著我們現有的所有藥物都殺不死它。因為它是非生命,當然不存在殺死它。
因為病毒本身沒有代謝,它簡單到由一段基因鏈(有DNA的也有RNA的)和蛋白質膜組成,相當於一份基因包裹。
當這份快遞被送到其他生物的細胞表面,病毒會有一種進化出來的機制(一種化學方式)騙細胞膜開門。
為什麼酒精和紫外線可以消毒?就是因為酒精和紫外線可以溶解病毒表面的蛋白膜,相當於把快遞包裹的包裝給撕了,裡面的基因鏈就失活了。
病毒進入細胞的「門」被稱為「靶點」。(這次的新冠病毒和SARS的靶點都是一種叫血管緊張素轉化酶2的蛋白。由於入口主要在肺部,所以新冠狀病毒的傳染力比麻疹和流感要差很多。)
病毒進入細胞後,會釋放出它的基因鏈,去篡改原來細胞核中的基因,使這個細胞變成病毒的兵工廠,複製出無數的病毒。這就是病毒簡單而強大的繁殖機制。
病毒是可以在任何時候利用這些碎片化遺傳信息的。換句話說,它們可以進入地球所有生物的基因庫(細胞體),而像我們人類這樣的多細胞動物,是無法進入其他生物基因庫的,除非運用轉基因技術。
世界上所有的人類都共享「人類基因庫」,人類與黑猩猩則共享「靈長類動物基因庫」。跨物種的遺傳信息,是無法發生交流的,這就是說,多細胞動物的遺傳靈活性大大降低了,而病毒和細菌依然保持遺傳的多樣性與靈活性,這也是它們的一個巨大優勢,因此,病毒和細菌仍然是地球上的「霸主」。
在耶魯大學科學家卡爾·齊默寫的《病毒星球》裡我們可以看到:我們這個地球到處充滿病毒,比如我們看到的海水,一升海水裡,起碼有1000億個病毒。
既然病毒可以進入全地球生物的基因庫,那麼自然也可以進入人類的基因庫。所以,在我們人類身體裡面,這種病毒性的RNA/DNA基因片段有很多。
也就是說,病毒可以在不同物種之間傳遞基因。
這不是「轉基因技術」,而是一種轉基因技術的自然手段,在生物進化史上扮演著重要的角色。
一個細菌的基本結構
細菌和病毒可以進行水平式的基因轉移,那麼,它們會不會悄悄改變人類的基因,影響人類的進化呢?
答案是肯定的。科學家認為,人類至少有8%的DNA來源於病毒。
為什麼這些病毒會進入人類的基因庫呢?我們都知道人類感染病毒之後,病毒在人體內會有一個潛伏期,有的病毒潛伏時間長了,甚至都不知道自己來幹嘛來了,從不危害人體,久而久之,我們人體就把它當作是自己的一份子了。
而且,我們和病毒的關係不僅是攻防,也有合作。卡爾·齊默在其著作《病毒星球》裡就指出,所有哺乳類動物,當然包括我們人類,胎盤的產生就來自病毒的貢獻。如果沒有病毒的貢獻,我們都進化不出來胎盤。
哺乳動物能進化出胎盤,就是因為哺乳動物的祖先感染了一種病毒而導致的,這種病毒把抵禦免疫系統攻擊的能力轉移給了哺乳動物,並且落實到生殖功能上。
我們知道,胎兒的血型、基因與母親是不一樣的,但免疫系統卻不會攻擊胎兒。為什麼?就是因為胎盤擁有了欺騙免疫系統的能力。
03:我們的身體不只屬於我們
從微觀層面來分析病毒在人類進化史中的具體作用,恐怕非常的困難,但是,我們從宏觀的視角來觀察的話,會發現病毒真的改變了人類的生活。
新航路開闢之後,感染了天花病毒的印第安人
我們在日常生活中會發現一個奇怪的現象,人類會咳嗽、會打噴嚏。咳嗽和打噴嚏其實就是病毒誘導我們這麼幹的。
人類患了普通的感冒、流行性感冒,都會咳嗽、會打噴嚏,這是病毒在利用人類的飛沫進行繁殖,誘使自己的宿主作出符合它們利益的動作。
而這些動作,我們人類自己是無法控制的。感冒了,如果故意抑制自己不咳嗽,那麼,嗓子會感覺非常難受,咳出來才會感到舒服。打噴嚏更是如此,常常在不經意之間就打了一個噴嚏。
人類感染了水痘病毒,皮膚會癢,我們就會不由自主地抓癢。抓癢的過程,就是水痘病毒進一步傳播的過程。
人類感染了霍亂病毒,會腹瀉。腹瀉就是有利於病毒通過糞便和水源進行傳播。
這都是病毒為了自身的繁殖,而誘導人類做出一些符合它們利益的動作。病毒為了自身的繁殖,會想出來各種辦法。
因此,我們的身體其實不僅屬於自己,還屬於身上的微生物。我們不要誤認為,我們可以控制我們自己的某些行為,例如咳嗽、打噴嚏、腹瀉就是我們所不能控制的。
我們身體裡微生物的數量,超過了我們人體細胞的數量。
事實上,具有較長潛伏期的病毒,其實更聰明,它能夠在潛伏期內不知不覺地進行傳播。
04:不斷進擊的病毒
宿主與病毒長期和平相處,這個宿主其實就是自然宿主。我們人類身上也有一些病毒,對我們是無害的,或者說它已經是我們身體上的微生物群落中的一個「物種」了。
換句話說,有些病毒,為了生存,會主動朝著適應宿主的方向快速進化的。為了便於理解,我們用西方吸血鬼的故事來打比方。
傳說德古拉是全世界所有吸血鬼的世祖。當德古拉看上你的時候,他會在你脖子上開血口,把你的血吸乾(其實是吸60%),再把自己的血液輸灌給你。
宛若情人,摩挲著你的頸部。這樣溫柔纏綿的過程,有著一個非常詩意的名字:「初擁」。英文叫做The embrace.
「初擁」之後,人就變成了吸血鬼。同時也獲得了「再次傳染」的能力。如果她再去咬一個人,這個人也會變成吸血鬼。
傳說中,德古拉是第0代。凡是被德古拉親齒過的,是第1代吸血鬼。他們也具有非常強大的魔力和傳染力。有好幾個「親王」級的人物。
凡被1代吸血鬼「初擁」的。稱為2代吸血鬼。法力有所下降。再傳染,則是3代,4代………依次類推。
整個邏輯中,最重要的一點,是法力「逐代降低」。好比驅魔人去到鄉野郊區,隨便來一群雜兵嘍囉,三二下就殺光了。
病毒也是這樣,從一類宿主到了另一類宿主身上時,會為了適應新宿主而快速進化,減少新宿主免疫系統對它們的「剿殺」。
病毒的壽命都是很短的。一般都不超過7天。甚至1天。為了生存,它們不得不快速「繁殖」(分裂,進化),「人間三月,病毒千年」。
按照生物學標準的「變異——生存」模型。今天的病毒A,明天裂變出兒子A1,後天裂變出孫子A2……
對於A1,它有很多兄弟輩。可能有十萬個數量級。哪個最有可能在新宿主體內活下去呢?
答案是:「最不像爸爸」的那個。
A1a、A1b、A1c三兄弟:
A1a感染後病人嗝屁。屍體被火化。
A1b感染後病人發燒。被隔離觀察。
A1c感染後啥事沒有。繼續傳播下一個。
可見,「病毒害」最輕的病毒,傳播最廣,生存機率最大。
經濟學有句術語:
消費者和消費者競爭。
生產者和生產者競爭。
生產者和消費者從不競爭。
同支同源的同胞兄弟,最容易和你競爭相同的土壤、水源、蛋白質。當每個人身上都攜帶無害的A1c,則留給惡性兄弟A1a、A1b的「生存空間」就會減少。它們會因為沒有食物(細胞體)而「餓死」。
人的身上,長期攜帶幾千種病毒。都是當年各種「傳染病」遺留下來的。這些病毒的存在,使得人類不會再受「類似」病毒傳染。比如,康熙皇帝得過天花後,就被確定為皇位繼承人——在那個時代,天花是一種人類很容易患,卻又很難治癒的病。但是一旦熬過去活下來,體內就有了所謂的抗體——不再怕感染天花的小康熙,順利接過皇位。
故而,在每一代的「複製」傳播中,只有最「人畜無害」的病毒,才能人丁興旺。
05:烈性病毒是怎麼回事
病毒的目的是為了繁殖自己,那麼如果病毒很快把宿主殺死了,病毒就沒有辦法繁殖自己,所以這種病毒對病毒本身來說其實是不合適的。
但為何又有些病毒,非常的兇猛,人體感染之後,很快就會發病,並且還會死亡?人類死亡之後,這些病毒也將隨之失去了「棲息地」而死亡。當宿主死亡速度超過傳播速度,隨著宿主的死亡,病毒也就一起涼涼了。那病毒為何自取滅亡?
實際上,有時候病毒也是沒辦法的,因為宿主不一樣,它的進化亦並非萬能的。簡單來說就是,很多病毒在遇到人之前沒有做好跨種傳染的準備。比如我們知道的蝙蝠,身上帶有很多病毒,一旦傳到人身上,人就受不了。
因為同為哺乳類生物宿主,人類與蝙蝠是有很大差別的。比如,通過幾百萬年的進化,蝙蝠天天渾身發燒40度,擱人身上,早就燒成智障掛了,但它們不會。這樣一來,適應了蝙蝠40度體溫的病毒,一旦傳到人身上,人哪還能受得了?
要知道,即便是人和人之間,免疫力也是各不相同的,更何況是從原來的野生動物宿主身上來的病毒呢。
總之,高度毒力的做法對於病毒自身是不利的,但病毒有時也沒辦法,它們首先要自保,這個過程的進化可能就朝著不同的方向奔去——促使新宿主向原宿主靠齊,結果就是新宿主受不了,死亡。一種就是進化適應新宿主,大家和平共處,通過歲月,慢慢相互作用。
簡而言之,病毒雖然沒有思維,但是龐大的數量會構成進化算法。它們非常「聰明」,會快速變異以便於更好的傳染。不利於傳染的變異個體很快死掉了,只有那些適於生存和傳染的變異體才會走得更遠。
所以,一般來說,病毒在進化和變異的過程中,它會向著那種低毒性和更強的傳染性發展。低毒性和傳染性對病毒本身來說是有利的,以便於自己在宿主體內長期生活,以及「傳染」更多的宿主。