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细胞|参考封面秀｜没有病毒，就没有人类的今天

基因细胞逆转录病毒

参考消息网3月1日报道美国《国家地理》杂志发表2月号文章《病毒如何塑造我们的世界》 ， 全文摘编如下：
【细胞|参考封面秀｜没有病毒，就没有人类的今天】想象一下 ， 没有病毒的地球会是什么样 。
结果没有你想象中那样一目了然 。 其实我们生活在病毒的世界里 ， 病毒种类繁多 ， 数不胜数 。 除了数量庞大 ， 病毒还影响重大 。 对于包括人类在内的地球生命而言 ， 很多病毒不仅无害 ， 反而带来了进化优势 。
没有病毒 ， 我们难以存续；没有病毒 ， 我们无法走出原始泥淖 。 例如 ， 有两段脱氧核糖核酸（DNA）源于病毒 ， 现在已经在人类等灵长目动物的基因组中安营扎寨 。 令人吃惊的是 ， 没有这两段DNA ， 就不会有妊娠 。 更令人吃惊的是 ， 另一种病毒DNA有助于打包和储存记忆 。 还有其他来自病毒的基因 ， 或是促进胚胎发育 ， 或是调节免疫系统 ， 或是抵御癌症 ， 它们的重要意义现在才刚刚为人所知 。
事实证明 ， 病毒还在引发重大进化方面发挥了关键作用 。 假如清除了所有病毒 ， 地球的生物多样性就会轰然崩溃 ， 好像美丽的木屋骤然间被拆掉了所有钉子 。
“病毒是什么”难定义
要想认清千变万化的病毒 ， 首先要解决最基本的问题：病毒是什么 ， 不是什么 。 弄清病毒不是什么相对容易 ， 它们不是活体细胞 。 细胞含有多重精密的机制 ， 包括合成蛋白质 ， 以及根据细胞类型执行特定功能等 。 细菌也是细胞 ， 具有相似的特征 ， 但结构简单得多 。 病毒和它们都不同 。
病毒描述起来容易 ， 定义则难 。 每个病毒粒子都包含一段基因指令 ， 书写指令的或是DNA ， 或是另一种携带信息的分子核糖核酸（RNA） ， 它们包裹在名为“衣壳”的蛋白质外壳里 。 有的病毒衣壳外还有一层囊膜 ， 囊膜能保护病毒 ， 并帮助其在细胞上附着 。 病毒进入细胞后 ， 会强占细胞中将基因信息转化为蛋白质的“立体打印”机制 ， 只有这样才能自我复制 。
如果宿主细胞不走运 ， 很多新病毒粒子就会生产出来 。 新病毒喷涌而出 ， 细胞沦为残骸 。 新冠病毒对人类呼吸道上皮细胞造成的就是这种破坏 ， 这也在一定程度上说明病毒如何成为病原体 。
但如果宿主细胞走运 ， 病毒也许只是停留在这个安稳的居所 ， 要不进入休眠 ， 要不将自己微小的基因组逆向编入宿主的基因组 ， 然后静待时机 。 后一种可能对于基因组混合、进化 ， 甚至我们作为人类的身份感都带来多重影响 。
细胞与病毒相爱相杀
病毒带来创新 ， 但细胞也在以自己防御中的创新加以回应 ， 所以这是一场走向愈发复杂的“军备竞赛” 。 很多科学人员假定 ， 病毒是通过“病毒扒窃”才实现重大进化的 ， 也就是说 ， 病毒在其感染的有机物中 ， 这儿捞一个DNA ， 那儿捞一个DNA ， 然后将偷来的基因片段应用于自身基因组中 。
但巴黎巴斯德研究所的帕特里克·福泰尔提出 ， 或许更常见的是反向盗窃 ， 即细胞从病毒中获取基因 。 福泰尔等科学人员还持有一种更彻底的观点：病毒才是促成基因多样性的标兵 。
这种观点认为 ， 过去几十亿年 ， 病毒将新基因材料存入细胞生物的基因组 ， 从而丰富了细胞生物的进化选项 。 这一奇特进程是某种名为“基因水平转移”的现象 。 基因水平转移指的是基因在不同基因序列之间的侧向流动 ， 而基因垂直转移是更常见的、从亲代到子代的遗传方式 。
福泰尔等人提出 ， 病毒基因一直“压倒性”地流向细胞基因组 ， 这可能有助于解释部分重大进化 ， 比如DNA起源、复杂生物中的细胞核起源、细胞壁起源 ， 甚至也许还有生命之树的分化等等 。
病毒中有种逆转录病毒 ， 其RNA基因组的运转方式与常规相反 。 常规方式为利用DNA生成RNA ， 然后由RNA充当信使 ， 指示“立体打印机”合成蛋白质；但逆转录病毒是利用自身RNA生成DNA ， 然后将DNA融入感染细胞的基因组 。
有些逆转录病毒感染的是生殖细胞 ， 从而将其DNA嵌入宿主可遗传的基因组中——由此带来重大演变 。 这些被嵌入的基因片段名为“内源性”逆转录病毒 ， 如果它们与人类基因组结合 ， 就成为“人内源性逆转录病毒”（HERV） 。
8%人类基因来自病毒
人类基因组中有8%是这种病毒的DNA ， 在进化过程中 ， 逆转录病毒把它们插到我们的基因序列里 。 我们每个人都携带1/12的HERV ， 其中影响相对深远的基因之一是合胞素-2 。
某种基因最初是帮助病毒与宿主细胞融合的 ， 后来进入古动物的基因组 。 随后这种基因经过转化 ， 生成某种类似的蛋白质 ， 这种蛋白质有助于细胞融合 ， 形成一种特殊结构 ， 最终演化为胎盘 ， 为部分动物开创新的可能：体内妊娠 。 这一创新在进化史上影响深远 ， 使得雌性无论走到哪里 ， 都能随身孕育后代 ， 而不用像昆虫和鸟类把卵留在巢穴中那样 ， 让发育中的后代脆弱无助 。
这种基因最先由内源性逆转录病毒而来 ， 最终由其他更适合发挥这一作用的类似基因取代 。 随着时间推移 ， 新繁殖模式不断改进 ， 胎盘也随之进化 。 在从病毒获得的此类基因中 ， 就有合胞素-2 。 有两种合胞素有助于人类细胞融合 ， 形成靠近子宫的胎盘层 。 这种独特的结构负责连结母体和胎儿 ， 吸收营养成分和氧气 ， 排出废物和二氧化碳 ， 可能还保护胎儿免受母亲免疫系统的攻击 。 进化将病毒要素植入人类 ， 是种近乎奇迹的有效设计 。
还有研究发现 ， 有证据表明另一种人内源性逆转录病毒HERV-K产生的病毒片段 ， 存在于最初期的人类胚胎内 ， 或是在保护胚胎免受病毒感染方面发挥积极作用 ， 或是有助于控制胎儿发育 ， 或是二者皆有 。
如果你我的基因组中 ， 有8%是逆转录病毒DNA ， 那么人类独一无二（更不用说至高无上）的观念或许就没我们认定的那样确凿无疑 。
病毒到底是福是祸
当然 ， 这种进化灵活性也有不好的一面：有时病毒可能改换宿主 ， 从一种生物跳转到另一种生物身上 ， 成为陌生新宿主的病原体 ， 这一过程叫“溢出” 。 动物宿主身上的病毒传给人类 ， 正是大多数人类传染病的来源 。
在原始宿主身上 ， 病毒可能在成千上万年里静静等待 ， 数量和影响都很有限 。 病毒也许和自然宿主达成进化妥协 ， 通过不惹麻烦来换取自身安全 。 但在新宿主 ， 比如人类身上 ， 病毒就不一定遵守原有协议 。 如果病毒不仅能复制 ， 还能在人与人之间、几十个人的群体间传播 ， 就构成暴发；如果横扫某个社区或国家 ， 就形成流行病；如果肆虐全世界 ， 就酿成大瘟疫 。 新冠病毒就是这样 。
所以 ， 病毒有索取也有付出 。 病毒难以在生命之树上归位 ， 原因或许是 ， 它们的生命历程并不完全是树状 。 树状图只是我们阐释进化的传统方式 ， 因为达尔文才成为金科玉律 。 但即使伟大如达尔文 ， 他也对基因水平转移一无所知 。 事实上 ， 他对基因、对病毒 ， 都一无所知 。
现在我们意识到 ， 世间万物都相当复杂 。 即使一眼看去那么简单的病毒 ， 也是如此复杂 。 如果看到病毒的复杂性能让我们人类更清楚地认识自然界的错综交织 ， 如果想到我们体内存在的病毒基因能部分打消我们高高在上的冷漠感 ， 那么我请你来判断 ， 病毒到底是福是祸 。
细胞|参考封面秀｜没有病毒，就没有人类的今天
文章插图

美国《国家地理》杂志2月号封面


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