病毒的起源与进化

病毒的起源与进化

病毒的起源与进化

摘要：病毒（virus）是由一个核酸分子（DNA或RNA ）与蛋白质构成或仅由蛋白质构成（如朊病毒）的非细胞形态的靠寄生生活的生命体。生物病毒是一类个体微小，结构简单，只含单一核

（DNA/RNA ），必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型微生物。本文就以病毒的发现历程、起源、进化及对人体的影响

进行了简明的论述。

关键词：病毒；起源；进化

引言：

病毒，是一类不具细胞结构，具有遗传、复制等生命特征的微生物。病毒同所有的生物一样，具有遗传、变异、进化的能力，是

一种体积非常微小，结构极其简单的生命形式，病毒有高度的寄生性，完全依赖宿主细胞的能量和代谢系统，获取生命活动所需的物质和能量，离开宿主细胞，它只是一个大化学分子，停止活动，可制成蛋白质结晶，为一个非生命体，遇到宿主细胞它会通过吸附、进入、复制、装配、释放子代病毒而显示典型的生命体特征，所以病毒是介于生物与非生物的一种原始的生命体。

1病毒为细胞祖先假说

1924年，法裔加拿大微生物学家德海莱提出观点，认为生活中的病毒是细胞的祖先。20世纪60年代诺贝尔生理学与医学奖获得者卢里亚指出病毒是在细胞出现前原始生命汤中的遗骸⑴。这个假说认为，地球上生命产生历程首先由无机物质演化为有机物质，再演化为生物大分子物质，接着产生病毒，然后由病毒演化为原始细胞。持此观点的学者认为：病毒是地球上生物进化过程中最为原始的生命物质，既有化学大分子可以结晶的特点，这是许多非生物物质具有的属性；又具有生物以自身为模板复制产生后代的部分特征，而生物与非生物最根本的区别就在于能否繁殖。研究表明，生物进化通常遵循从简单到复杂的历程。因此，在从非生命物质到生命出现这一漫长的转变过程中，病毒正处于非生物与生物的过渡位置也就顺理成章。在结构上，衣原体等最简单的细胞比最复杂的病毒

更

复杂，也就是说病毒刚好填补了从化学大分子到原始细胞之间的空

白。

2病毒起源于细胞假说

该学派认为如果没有寄主的存在，怎能先产生寄生者呢这个学派认为只有先产生了细胞，然后因为某些进化事件的出现而产生了寄生性的生命形态病毒。这个学派主要有两种假说，分别为退行性起源假说和内源性起源假说。

2 .1退行性起源假说

该假说认为［2］，病毒是高级微生物的退行性生命物质，微生物细胞在侵染宿主细胞进化历程中的部分基因丢失，使其逐渐丧失独立的自我繁殖能力，只能进入宿主细胞才能产生后代，并且在进化过程中更为精简自己的基因组，以至于到今天多数病毒只有数个或者两位数字的基因存在，而这些基因就足以满足病毒的生活史。这种假说提出的依据是在细菌与病毒之间存在比细菌小且更原始、只能在细胞内寄生的中间形式的生命形态——立克次氏体和衣原体。这些学者认为，这些寄生性的原核生物必定产生于原始细胞祖先之后。他们推测，根据寄生性演化惯性，这些中间过渡

态的寄生生命进一步“精简”基因组，到完全丢失核糖体（细胞缩小到极限，要独立执行“中心法则”的最基本细胞器）的时候，完全依赖寄主的生命形态的病毒就产生了。因此，他们认为病毒的起源过程为：细菌T 类似立克次氏体的生物T类似衣原体的生物T病毒[3]。

2．2 内源性起源假说

该假说认为，病毒起源于正常细胞的核酸片段“逃逸”，因偶然途径从细胞内脱离出来而演化为病毒[3]。支持此种假说的学者提出了以下相关证据：质粒属于细胞的一部分，但它可以脱离细胞，并在细胞间传递。病毒与质粒的生物学属性非常相似，即可认为都是细胞内寄生、水平传播和垂直遗传等。比如有一种P1 的大肠杆菌病毒，它进入细菌细胞可产生两种结果—繁衍后代或不繁衍后代。当它繁殖的时候，就可认为它就是病毒；反之。就可认为如同质粒[2]。相当多的DNA 病毒的DNA 、逆转录病毒在逆转录酶作用下产生的DNA 能全部或部分结合到宿主细胞的染色体上，从而成为细胞的一部分[3]，之后，在内膜系统或细胞基质中生成的病毒蛋白执行捕获病毒基因组，来组成成熟病毒颗粒，并最终释放到细胞外，这可以看作是细胞核酸外逸的过程。生物信息学研究也发现，细胞

的原癌基因与一些病毒的癌基因在序列上高度同源，这似乎支持病毒产生于细胞中类质粒逃逸的观点。

3 同步起源假说

到底是细胞起源于病毒，还是病毒起源于细胞?这种谁先谁后的问题曾经占据了主流学术界。随着生命起源研究领域的逐步发展，研究者们设计了一些验证试验并发现了一些新的与生命产生有关的现象。例如，奥巴林等在实验中发现的团聚体（或称为原始类生体）自组织生长现象、实验室模拟原始海洋环境可以出现的随机聚合多肽与核酸链的现象以及RNA 酶的发现。RNA 酶的发现及相关研究使得更多的学者相信早期生命的核心是RNA 而不是DNA 。肖敬平等从自组织系统化学竞争性观点出发提出[4]：首先，某种由类蛋白质和核苷酸共同催化的“前代谢结构”使得在“原始生命汤”中产生了随机的代谢过程与大分子的生长。接着，功能性蛋白质及RNA 基因同步起源于推测的“原始tRNA 一氨基酸一密码子三聚体”。Oro 在1994 年曾经推测。可能有一种原始tRNA 担负早期的翻译任务，这个过程诞生了中心法则中RNA 至蛋白质的信息流向。最后，细胞和病毒同步起源于“准代谢脂质体”与“ RNA 同源复合体” 之间的生存竞争和协同作用。因此可以认为，“原始生命汤”中的生物大分子协同竞争性组织现象演化出原始病毒与原始类生体。原始病毒和原始细胞一样，在复杂团聚体与蛋白一RNA 自组织体系中开始了复饲最初RNA 的遗传信息和翻译最初蛋白的过程，这里mRNA 和tRNA 在一个没有核糖体结构的生命汤中发生着自组织化学反

应，形成了不依赖于细胞的原始病毒生活史。在漫长的过程中，一些团聚体中部分基因出现了将RNA 储存为DNA 信息的化学演化，从而中心法则信息流向逐步出现在原始生命诞生的化学演化过程中。这些代谢团聚体中的一部分诞生了核糖体这种高效细胞器，其遗传体系有效整合了核糖体基因体系，从而完善了随着温度降低与海洋中日渐匮乏的化学底物所带来的生存压力。这种整合了核糖体基因体系的存活机制，成为了最初的细胞。而原始病毒则仅仅依靠其侵入代谢脂质体和最初的原始细胞并利用现成翻译体系就能复制，而最终代谢脂质体灭绝，原始病毒没有整合核糖体基因组，留下来的就是入侵与整合到原始细胞的基因组。适应于这种代谢脂质体日渐稀少、原始细胞相对比例占据优势的环境改变，原始病毒随之进化出寄生于细胞的本领。原始地球环境中代谢脂质体的消失，而细胞内环境优越，病毒在生存压力下对细胞具有了专一的寄生性。这个过程其实是倾向于同步演化假说、对病毒与细胞演化体系的一种猜想。到目前为止，人类对病毒与细胞在起源与进化上的关系处于理论推测的时期，化学演化到生命演化的过程的研究无疑是一个多学科交叉的边缘科学，需要综合各种新的理论与新的视角。这个研究热点领域在可预见的将来要规划相应验证试验去证实各种假说中的

某些关键步骤。解决细胞与病毒起源关系的谜题，是科学界正在努力的方向。