最初的病毒從哪裡來?你可能會吃驚,它們其實源自我們的細胞

2020-12-03 酋知魚

這可能是一個與「生命從哪來」一樣迷人的問題。病毒是生命嗎?第一個病毒是如何誕生的?為什麼會有這麼多種病毒呢?今天我們就來認識一個這個問題吧!

▲麻疹病毒結構示意,內含多種蛋白質與核酸

電腦病毒真的是一種「病毒」

還記得幾年前的時候,電腦也是會「中毒」的,中的是「電腦病毒」。在早期的時候有很多病毒只是為了單純地將電腦搞壞,但是現在的病毒多是以竊取用戶信息為目的,所以一般稱呼為「木馬」了。

有趣的是,原先的名字深得「病毒」精髓,如果說當初有人將它命名為「電腦細菌」可就沒這麼傳神了,因為它們都是結構簡單,沒有獨立功能的小東西。

所謂的「電腦病毒」其實就是一些小程序,電腦如果從外界獲得了這個程序文件並運行了一次(主動或被動),就算是「感染」了。這些小程序中包含的內容大約可以概括為三部分——「複製」、「任務」、「傳播」

首先是複製,它們會自動將自身的文件備份並隱藏起來,用正常的方法既看不到也無法刪除它們。

其次是任務,早期的電腦病毒會做一些刪除用戶信息甚至是破壞電腦硬體的事,但現在的「木馬」主要是將用戶信息竊取並發送給網絡另一端的黑客。

最後是傳播,這些程序會控制電腦的對外埠,以郵件或U盤等形式向外傳播自己的複製體,以期感染另一臺電腦。

可以看到,「電腦病毒」是完全依賴電腦才能生效的,它並不是一個單獨的個體,但是卻可以實現很多現實中的操作。理論上來說,你甚至可以在「任務」中搭載核彈發射的程序(當然大國的武器需要至少兩個人的實體操作,並不可能被黑客劫持)

▲核按鈕其實是一臺衛星電話,最終還是需要人來操作

只為複製與傳播自己的DNA

現在我們要說說細胞了,非常有意思,它的工作過程其實非常像計算機,DNA中的信息通過轉錄與翻譯變成主要功能成分——蛋白質。各種複雜蛋白質的相互理化作用完成了細胞內外能量與物質的交換,表現為我們所知的生命活性。從DNA到蛋白質的過程就像電腦中從硬碟中調取程序,翻譯成機器語言並執行甚至操控機器。

在這樣一個比喻中,DNA對應程序,蛋白質對應機器操作。那麼自然而然的,如果有一些小的DNA片段就像那些不懷好意的程序一樣,可以執行一些與正常細胞活動無關,卻對複製與傳播自己非常有利的操作,會怎麼樣?

沒錯,這些極小的,完全以細胞為宿主複製並傳播自己的,以DNA為核心並以蛋白質外殼為主要傳播工具的小有機分子團就是病毒(還有一部分是以RNA為核心的病毒,不過基本原理是一樣的)。

▲已經包裝好的腺病毒,每一個小球就是一個胺基酸基團

平均來說與3萬個病毒才與一個細菌的體積相當,它們是如此的小,光學顯微鏡在病毒面前完全失效了,以至於在發現了細菌70年後的1898年人類才發現了第一種病毒——菸草花葉病毒,而人類真正可以一窺病毒的真容要等到40年後的1938,電子顯微鏡問世後。

細菌雖然也很小(平均5萬個細菌才與一個人類肝臟細胞體積相當),但它是一個完整的細胞,只要提供合適的環境就可以生存繁殖,但病毒如果沒有宿主則是一些完全沒有生物活性的有機分子團而已。因此病毒被認為是介於生物與非生物間的存在,也叫「無細胞結構生命體」。

▲冠狀病毒電鏡照片,顏色是添加的,事實上病毒都是透明的

在病毒剛被發現時,有人認為病毒這麼小,很可能是世界上最早的生命形態。不過通過上面的比喻,我們知道沒有電腦當然不會出現電腦病毒,所以地球上第一個生命一定擁有細胞結構。於是我們想知道,這世界上第一個病毒是從哪裡來的呢?

現在主流的觀點認為:

第一個病毒源自細胞內的DNA突變。

幾十億年前某個細菌的DNA片段發生了一次偶然地、極小概率地突變,擁有了將自己從DNA鏈條上剪下來單獨複製的能力。剪下來的DNA片段中可能會有一些合成蛋白質相關的基因,再經過某些偶然的突變後這些基因可以合成一些特殊的,有封閉空間結構的蛋白質外殼。它的表面擁有一些特別的受體蛋白,可以牢牢粘在其它細菌的表面並通過離子通道打開進入細胞內的大門。

▲直到現在這種剪掉多餘片段的基因依然在工作著

現在,可以自我複製的DNA片段在隨機的熱運動中「組裝」進蛋白質外殼,當這個細菌死亡破裂後,這些小東西就會在環境中擴散,與其它細菌接觸並將其中的DNA片段注入其內部,複製自己的DNA與外殼,直到將受感染的細菌消耗竭盡死亡破裂,再向環境中釋放大量的複本。於是乎,一個複製與傳播的鏈條就完整了,這可能就是世界上第一個病毒誕生的故事。

從38億年前出現細菌到20億年前出現真核生物,細菌獨佔了地球18億年,所以可以想像這漫長的時間裡也一定伴隨著病毒的身影。這些小東西現在依然活躍在地球上且非常豐富,數量超過了所有其它生命形式的總和,噬菌體——可能這個星球上最古老的病毒。

▲電鏡下的噬菌體(當然它們也是透明的)

現在人類已經發現並命名了差不多5000種病毒,據估計世界上總共有數百萬種病毒。因為病毒可能於任意時間誕生在任意一種生命形式的細胞中,所以可以說每一刻可能都是某種病毒「創世紀」的一刻。突變是病毒誕生的源動力,只要生命還在進化,就有可能出現全新的病毒。

▲噬菌體的入侵過程,細細的腿其實只擁有粘著作用

現在大家差不多有了一個大概的了解:病毒是細胞的衍生物,是各種BUG的集合體,是造反的DNA片段。它們誕生於隨機的突變中,脫離了細胞的正常生命流程,在自然選擇的壓力下成為了實踐複製與傳播,擁有生命特徵的有機分子團。

那為什麼細胞會留下BUG存在的機會呢?這就是另一個故事了,感興趣的朋友可以閱讀我的歷史文章《如果這個世界真的是虛擬的,人為什麼還會生病?》

我是酋知魚,一條東一錘子西一榔頭的科學作者,歡迎關注!

相關焦點

  • 病毒是從哪裡來的?
    沒有病毒的現代世界,這是很難想像的。在許多方面,它們影響了進化,病毒也伴隨著人類文明的發展而變化。如果沒有「天花」的流行,我們的世界肯定會有所不同。然而,每一種流行病都極大地改變了歷史的進程。其實,病毒並不總是存在於地球上。那麼它們是從哪裡來的呢?畢竟,病毒不同於其他生物。
  • 病毒,你到底從哪裡來?
    這個問題,比人類從哪裡染的病毒深刻多了,也有意思多了。病毒只有一段DNA或者RNA,披著蛋白質外衣(類病毒更直白,連蛋白質外衣都不披)。它們就像塵埃,不會吃、不會拉、不會動,不會生娃,繁殖的唯一途徑,就是被細胞錯誤進口,盜用細胞的生產能力,複製自己。如果把細胞比作北京城,那麼病毒就是一張寫著簡單代碼的磁碟——對,相比於其他生命,病毒就是這麼簡陋。
  • 病毒從哪裡來?
    大部分病毒的結構很簡單,基本上就是一個蛋白質構成的外殼包著一些遺傳物質,平時就與死物無異,一旦感染細胞,它們就將自己的基因注入宿主細胞當中,利用宿主細胞複製自身產生新的病毒。這種奇怪的生活方式讓我們難以將其置於演化之樹的任何地方。病毒是生物嗎?它們又從何而來呢?下面,我們就來看看病毒起源的三個假說。
  • 我們是誰?我們從哪裡來?我們要到哪裡去?
    我們是誰?我們從哪裡來?我們要到哪裡去? 所以我們似乎不能在確定量上得到絕對立腳點,那麼我們能否能夠從自然法則中尋求一道絕對法則成為我們的認識起點呢?很自然地想到;能量從高向低擴撒的性質。這似乎是個絕對的邏輯起點,但是既然如此,那麼最初的能量匯聚又是怎麼來的呢?這世界所有的一切能量都是由於匯聚能量再重新釋放而來啊!
  • 追根溯源,新冠病毒最初來自哪裡?
    如果穿山甲是可能的中間宿主,那麼,它們身上的病毒最初又是怎麼來的呢?對於新冠病毒的溯源,可以參考當年的SARS冠狀病毒。這兩種病毒都是冠狀病毒,基因測序表明,它們之間的序列相似度為79.5%。通過分析可知,SARS病毒是由果子狸傳染給人類。不過,果子狸並不是源頭,而是一個中間宿主。經過多年的追蹤,我國病毒學家石正麗最終發現,SARS病毒的基因序列都能在一個偏遠蝙蝠洞中找到,生活在那裡的中華菊頭蝠很有可能是SARS病毒的最初來源。蝙蝠先把一株冠狀病毒傳染給果子狸,然後病毒在果子狸身上發生了遺傳變異,使得它們變得能夠感染人類,最終成為了SARS病毒。
  • 病毒從哪裡來? - 中科院物理所
    大家熟悉的演化樹大概就是這個樣子的(圖片來源:Pinterest;上傳者:Michelle West)然而病毒卻似乎不在這棵樹上。大部分病毒的結構很簡單,基本上就是一個蛋白質構成的外殼包著一些遺傳物質,平時就與死物無異,一旦感染細胞,它們就將自己的基因注入宿主細胞當中,利用宿主細胞複製自身產生新的病毒。這種奇怪的生活方式讓我們難以將其置於演化之樹的任何地方。
  • 這麼多年來我們一直把惡意軟體和電腦病毒混淆,其實它們是不同的
    那麼它們的區別在什麼地方呢?生物學中的病毒具有寄生性,其寄生原理就是它們會將自身編碼DNA或RNA注入宿主細胞中,從而進行自我複製。這些編碼會使細胞複製出成千上萬的病毒,最終宿主細胞破裂,四處散播新病毒,就這樣周而復始。生物學的病毒電腦病毒電腦病毒,其實原理類似。
  • 滿洲裡病例病毒源自哪裡?是否封城?回應來了
    滿洲裡病例病毒源自哪裡?與俄羅斯流行株高度同源內蒙古自治區疾控中心主任王文瑞通報了滿洲裡市包某某、孫某某兩例病例基因測序的結果,本次內蒙古滿洲裡市的病例新冠病毒顯示與俄羅斯流行株高度同源。在確診了包某某、孫某某為本土病例後,內蒙古自治區綜合疾病預防控制中心專家到呼倫貝爾市疾病預防控制中心開展基因測序,對確診包某某和孫某某兩例病例進行基因測序,全基因組測序結果顯示,本次內蒙古滿洲裡市的病例新冠病毒屬於L基因型歐洲家系分支(IB.1.1分支),與已公開的全球新冠病毒基因組資料庫和輸入我國的新冠病毒基因組資料庫比對,結果顯示與俄羅斯流行株高度同源,提示滿洲裡市兩例病例是由境外輸入引起
  • 昱見|病毒,你究竟從哪裡來的?一個長達40億年的故事
    而病毒的組成極度簡化,沒有細胞結構,更別提複雜的蛋白質合成系統。它們基本上只有層蛋白質衣殼,包裹著遺傳物質(DNA或RNA),在沒有遇到合適的宿主細胞時,病毒完全就是個死物,毫無生命特徵。但一旦合適的宿主細胞出現,它就能盜用宿主細胞的生產工具來複製自己。更有甚者,直接潛入宿主細胞的基因組中當起了間諜。
  • PNAS:發現蝙蝠中的一種新型逆轉錄病毒不僅感染蝙蝠細胞,也能感染...
    論文共同第一作者、伯納特研究所研究員Joshua Hayward博士說,像HIV這樣的逆轉錄病毒在不同物種之間傳播是眾所周知的,而蝙蝠中存在傳染性的KoRV樣病毒,這就讓人擔心其他澳大利亞動物可能會被感染。
  • 新冠病毒 你到底從哪裡來?
    新冠疫情爆發以來,新冠病毒的人為說或陰謀說,曾經沸沸揚揚。然而,自從世界衛生組織5月1日正式確證新冠病毒源於自然界以來,病毒人為說或陰謀說,正是成為過去,不攻自破。那麼,已經確證為自然成因的新冠病毒,又是從哪裡來呢?
  • 病毒創造了細胞核?我們究竟從何而來
    (1)巨型病毒感染古代原核生物細胞,其DNA進入細胞內部;(2)一個「病毒工廠」形成,將病毒DNA隔離起來,並製造新的病毒顆粒;(3)一個理論認為,「病毒工廠」可能引入了細胞基因,有助於病毒增殖;另一個理論認為,細胞可能借用了病毒基因來形成一個區室,將自身基因分隔起來;(4)包含細胞基因的區室可能演化成一個永久性的細胞核,病毒的功能逐漸消失。
  • Nat Immunol:在慢性病毒感染期間,殺傷性T細胞引發惡病質產生
    「對於厭食症,如果你補充營養支持,你能夠治療它,但是對於惡病質,你不能。」這些研究人員進行了大量實驗,以便了解是什麼在他們的小鼠模型中促進惡病質產生。他們首先阻斷了一些「常見的可疑」蛋白,比如IL-6和TNFα,已知這些蛋白在小鼠模型中引發惡病質。但令人吃驚的是,這對動物的組織消瘦沒有任何改善,這表明一種不同的機制在起作用。
  • 生命的「跗骨之蛆」——病毒,它們到底從何而來?
    病毒是哪裡來的?它們是否可以算是生物呢?病毒就像是生命演化歷史中的「鬼魅」,游離在生物的周圍,如同跗骨之蛆一般伺機而動。第二種假說是,病毒可能是生物身上叛逃的基因,在我們的體內,總有一些基因不那麼安分守己,特別是一種叫做轉座子(transposon)的跳躍基因,它們最喜歡做的事情就是在細胞內亂跑,在染色體上不斷轉移,並且科學家發現,這些轉座子的基因序列和病毒高度相似,同時也和病毒一樣,具備把自身植入染色體的能力,只是這些轉座子無法在細胞之間轉移
  • 動植物細胞中的線粒體其實是寄生細菌
    細胞中的線粒體其實是一種細菌騰訊科學訊 據國外媒體報導,目前,美國維吉尼亞大學最新一項研究表明,首次發現早期寄生細菌可以對動物和植物提供能量,在細胞中作為能量寄生蟲存在,對寄居體十分有益。
  • 我們從哪裡來?
    我們從哪裡來?水是兩個氫原子和一個氧原子,通過共同的化學鍵拉在一起,我們呼吸的空氣是無數顆粒的混合物,還有灰塵和水蒸氣。那麼是什麼組成了生命呢?是什麼構成了我們的基本本質?是什麼在40億年前將我們分隔開來,並繼續將我們與其他一切事物分隔開來?
  • 科學好故事|病毒創造了細胞核?我們究竟從何而來
    竹村雅治推測,真核生物的酶最初的起源,正是一些古代痘病毒的貢獻。螢光顯微鏡下被「美杜莎病毒」(medusavirus)感染的阿米巴原蟲。這種病毒的DNA(粉紅色)聚集在細胞核內,與變形蟲的DNA(藍色)分隔竹村雅治還發現,痘病毒會在它們所感染細胞的區室內產生並複製。
  • BBC震撼紀錄片:人體細胞大戰!面對病毒,我們的細胞戰士真的很拼!
    這部片子關於你,關於我,關於地球上生活的每一個人。 時長55分鐘,卻不亞於一部科幻大片。 片子主要講述了組成我們生命的最小單位——細胞。
  • 科學好故事|病毒創造了細胞核?我們究竟從何而來
    竹村雅治推測,真核生物的酶最初的起源,正是一些古代痘病毒的貢獻。  因此,在某種程度上,「病毒只是把古菌細胞當作一件鬥篷,」貝爾表示,如果這個模型是正確的,「你可以說每個人類細胞的核心都是一個病毒。」例如,研究者已經發現了巨型病毒譜系的全部分支,這拓寬了我們對它們演化歷史的理解,特別是它們與宿主交換的必要基因——偷來的基因,或者在某些情況下,是它們給予細胞的基因。  此外,在2017年,研究人員發現一種病毒在細菌宿主體內構建了「病毒工廠」。
  • 病毒:並非你所想像-虎嗅網
    知名科學家卡琳·默靈通過數十年對病毒的研究,將病毒的實質與人類的關係,以及對人類有何重大影響一一以科學的態度寫了下來,從而使我們對病毒的本質有了正確的認識:病毒並非是我們的大敵,其實很多時候更是我們的朋友。