为什么说病毒既无生命又有生命

病毒到底是不是生命?这个问题众说纷纭。病毒没有细胞结构,专门靠寄生在细胞里为生,没有自身的新陈代谢。目前,地球上的生物都是由细胞组成的,而病毒则没有细胞结构,这就很尴尬,所以也可以勉强说是是非细胞的类生物。

病毒只有几十到几百纳米的大小,只能在显微镜下观察到。病毒的结构非常简单,核心主要是遗传物质RNA或者DNA,外面有个蛋白质外壳作为保护。病毒只能寄生到细胞里,要想存活,必须就要感染细胞,进入去获取所需的物质。

储藏间折叠门_储藏室折叠门 折叠门

但病毒却无所不在,无论是细菌,植物还是动物,包括人类都是病毒的宿主,一旦侵入,这些生物都会成为病毒繁殖的工厂。所以,对于病毒来说,不管是蝙蝠,果子狸,还是人类,都只是个生活和繁殖的大工厂而已。

病毒的最大敌人就是宿主的免疫系统,当处于其他野生动物体内,例如日常发烧体温40度以上的蝙蝠体内,病毒只能选择潜伏和冬眠,以求自保。相比蝙蝠而言,人类当然是个良好的栖息地。

虽然人体的免疫系统也不断阻止病毒的侵入,也在不断杀灭它们,但新型的病毒往往也可以骗过免疫系统,在人体里大肆繁殖,而给宿主造成伤害。病毒也必须在致病性和传播性上做出选择。

虽然生物界有自己的定义,但量子君认为:病毒应该算为一种生命。病毒仅仅靠这么简单的结构,就能精确的复制繁殖,甚至做出改变宿主行为的事情,怎么能和非生命的砖头瓦块相比呢。

不管是普通的感冒还是水痘,或者是其他的病毒。病毒在自然界很常见,它们的数量远比地球上的任何生物数量都要多。一旦感染却很难治疗,因为抗生素对它们基本不起作用。原因是病毒不像我们习惯的其他生物那样是有生命的。事实上,我们很难将其归类为“有生命”或“没有生命”。这是为什么呢?

不符合生命的定义

病毒甚至不是细胞。尽管它们有遗传物质,如RNA或DNA,被蛋白质外壳包裹,但仅此而已。它们没有任何细胞器,甚至没有细胞膜。

大多数时候病毒并不活跃,它们不消耗任何能量,也不能自我复制,甚至不能独自存活。病毒“活着”的唯一时间和方式是当它们接触到宿主细胞的时候,它们与细胞上的受体结合,将自己的遗传物质注入细胞,劫持细胞的能量和复制工具来复制自己。

病毒的简单结构,上图为登革热病毒。

科学家们长期以来一直坚持认为,病毒之所以没有生命,是因为它们不符合我们对生命的定义。它们不能进行新陈代谢,不能对环境变化做出任何反应,不能生长,不能排泄。它们唯一真正进行的过程就是繁殖,但它们不能自己繁殖。由于它们大部分时间都不活跃,没有宿主甚至不能生存,因此一些人认为它们没有生命,也不是活着的。

揭示病毒的起源

病毒的独特结构一直让生物学家困惑,病毒是怎么来的?是什么制造了病毒?

1992年,科学家发现了mimivirus巨型病毒,直径400纳米,大约是大肠杆菌细胞宽度的一半,能在显微镜下看到,具有比某些细菌更大的基因组文库。其中的一些甚至拥有蛋白质基因,可以转化mRNA来制造新的病毒。此外,它们还有DNA修复、新陈代谢和蛋白质折叠的基因。所以它们实际上能够自行复制。

2015年,伊利诺伊大学作物科学和卡尔·韦尔斯基因组生物学研究所教授古斯塔沃·卡埃塔诺-安诺勒斯(Gustavo Caetano-Anolles)和他的研究生阿尔尚·纳西尔(Arshan Nasir)追踪了病毒的进化史,病毒DNA中有太多的随机突变,因此不能提供信息,所以他们检测了蛋白质折叠。它们是病毒和细胞中特有的蛋白质,由基因编码,但随着时间的推移会更加稳定。

研究人员分析了来自生命树每个分支的3460个病毒和1620个细胞的蛋白质折叠。在细胞和病毒之间共有442个蛋白质折叠,只有66个是病毒独有的。科学家的发现表明,病毒和细胞一起进化,然后出现了分化,也就是说病毒和细胞比我们想象的更为相似。但病毒在进化的过程中发生了退化,结构变得更简单,而不是更复杂。也许较少的细胞机制对病毒来说更为有利。它们在地球上的数量也证明了其进化的成功。

它们是什么?

人类喜欢以自己容易理解的方式对事物进行分类。例如,我们根据相似的特征对生物进行分类。我们可以根据我们所知道的来定义生命,但是当像病毒这样的东西完全不符合我们的定义时,我们就会感到困惑。

大自然的运作方式并不总是黑白分明的。例如,有些寄生虫,如细菌和真菌,不能自己繁殖,需要一个宿主来完成它们的生命周期和生存。他们仍然被认为是活着的。另外,如果你拿一粒种子,你会说它是活的吗?它没有任何生命迹象,但当种子被种植,并有适当的条件,然后它开始发芽和生长,就变成了生命。在这方面,病毒与之非常相似。它们在到达寄主并繁殖之前并不活跃,但是一旦进入宿主就会变得具有生命特征。也就是说,只有活着的东西才会面临进化和生存的压力,而病毒就可以利用环境来复制自己,它们在复制自己的过程中会发生突变,也就是进化,而且非常多样化。

病毒确实有生命迹象。但它们不太符合我们对生命的定义,没有细胞结构,而这正是我们对如何给病毒分类感到困惑的主要矛盾所在。也许我们需要重新思考我们对“生命”的定义。

病毒的结构简单,仅由蛋白衣壳和衣壳内的核酸组成,不具备细胞那样的维持生命活动所必须的结构和功能。因此病毒无法进行新陈代谢、无法合成营养物质、无法进行能量转换及繁殖后代,本身表现为无生命状态。

当病毒在其它生物体活细胞中呈寄生状态时,即可利用宿主细胞的有关结构及细胞中的能量和物质进行各种生命活动,表现为有生命状态。因此从某种意义上说,病毒即无生命又有生命。

值此非常时期,我们有必要了解病毒的本质和特性,并回顾和展望,与病毒有关的历史和未来



1899年荷兰微生物学家贝杰林克,发现了人类历史上第一个病毒,烟草花叶病毒,这种专门感染植物的病毒,会让植物叶片变得斑驳,进而引起植物的死亡,时至今日人类已经发现了5000多种病毒,但科学家们知道病毒是会变异的,所以新的病毒早晚会出现。

从生物学上来看,形态各异的病毒颗粒只有细菌的千分之一大小,而细菌作为生物的主要类群,人类还可以把它们分为,有益细菌和有害细菌,但病毒作为靠寄生存活的有机物,它们在绝大多数情况下都是有害的。


生命和病毒最大的区别在于,前者可以自己寻找养料活下去,后者只能靠寄生,然后吸取宿主的“生命力”活下去。

1969年7月20日,阿波罗11号任务中的美国宇航员,阿姆斯特朗和奥尔德林,驾驶登月舱降落到了月球表面,7月24日宇航们降落到地球后,第一时间就被送进了隔离设施,开始进行为期三周的检疫实验,目的就是确保宇航员没有染上可能存在的月球病毒。

1997年升空的卡西尼-惠更斯号土星探测器,在2017年寿命将尽时,科学家们选择让其坠入土星,并在大气层内烧毁,之因为科学家们认为土卫六和土卫二可能存在生命,卡西尼号坠毁到这两颗星球上的话,它身上可能存在的地球病毒或细菌,以及高污染的核电池,将破坏甚至摧毁星球上的生命系统。

1492年哥伦布发现美洲新大陆后,大量欧洲人携带欧洲动植物以及病菌陆续抵达美洲,历史上把这一现象称为“哥伦布大交换”,大交换时期,欧洲人带来的新疾病,还造成了数千万美洲原住民的死亡。

从哥伦布大交换的例子不难看出,人类这具从地球基础生命演化而来的身躯,连因地理隔离而出现的地球病毒都无法抵御,因此病毒始终都是威胁人类安全的重要因素。

在可以预见的未来,人类与病毒之间的战争还会继续,战场甚至会从地球扩展到其他星球,但不论是未来的外星病毒,还是目前的病毒,它们都终将被人类消灭。

病毒是生命吗?

如果你站出来问一个学生物的:病毒是生命吗?他可能会沉默几分钟,然后说,我不知道。

其实,说病毒不是生命也对,因为它连单细胞都不是,只有一个核酸长链以及蛋白质外壳构成,在自然界中不能进食,也不能活动,更不能繁衍。

而且,病毒的体型非常小,大多数直径只有几十纳米,比细菌还要小许多,在自然状态下,病毒不会表现出任何生命活动的迹象,这种特征和一块石头没什么区别。

但要说病毒是生命,别人也不会说你错。因为当病毒入侵生物细胞后,它就可以通过逆转录酶让自己的核酸长链(RNA)整合进细胞的脱氧核糖核酸长链(DNA)中,指导宿主细胞内的蛋白质生产,从而为自己供应能量,此时病毒就会“活”起来,开始自我复制,产生更多的病毒。

也就是说,当病毒离开宿主细胞后,病毒就不会体现出生命迹象;当进入到宿主细胞后,病毒就会表现出生命的特征,开始自我复制,繁殖后代。而当病毒离开细胞后,病毒又会立即表现出无生命的状态,所以,目前很难定义病毒究竟是不是生命,只能说病毒介于生命与非生命之间。

当病毒表现出生命的一面时,也就是在宿主细胞内时,病毒很容易变异。

我们知道,大多数生命的遗传物质是DNA,DNA是由两条链条构成的,在进行自我复制时,这两条链条就相当于两个指挥官,当其中一个出错时,另一个会纠正;只有当两个指挥官同时出错时,才会出现复制错误的现象,所以DNA作为遗传物质时,自我复制的出错概率非常低。

而RNA只有一条链条,相当于只有一个指挥官,没有人能够帮助它纠错,所以它很容易变异。对于大多数生物而言,容易变异并不是有利的特征,这是因为外界环境相对而言比较稳定,而变异速度过快时,容易出现一些后代,由于变异不再适应环境而死亡。

但对于病毒而言,变异速度过快却容易躲过一劫,这是因为当宿主细胞感染一次病毒后,体内容易出现抗体,造成同一种病毒很难在短时间内再次感染同一个个体。

但是,变异后的病毒能够突破宿主细胞的抗体,所以变异速度快对于病毒而言,是有利的特征。

病毒的目的是杀死宿主细胞吗?

对于一般的生物而言,病毒的存在就是损害健康,剥夺生命。但对于病毒来讲,它对自我的定义是一个小偷,目的并不是“谋财害命”。

之所以这样讲,是因为病毒寄生在宿主细胞内,并不是要让宿主死亡,而是想要窃取宿主细胞的营养以及利用宿主细胞进行自我复制。

如果病毒的毒性较强,造成宿主上午染病,下午死亡,由于宿主还没来得及将病毒传播给他人,就死亡,那么该病毒虽然毒,但不会造成大规模感染,该病毒也无法大规模复制自己。而且,当宿主死亡后,病毒在宿主体内也不能进行生存,病毒会再次变为无生命特征,直到遇到下一个宿主。

如果病毒的毒性很弱,能够长期寄生在宿主体内,那么病毒就可以持续的自我复制,比如:HIV,能够潜伏在人体内十几年,在这期间,病毒一直在生存、繁衍。

因此对于病毒而言,“有利”的进化方向是“低毒性、高传染性”。每年冬春之际的流感,就是这种类型的病毒,它虽然每年都会流行,但不会伤害宿主的性命。但对于人类而言,无论病毒如何演化都是有害的,因为它能损害人类健康。

但可惜的是,演化是没有方向的,对于病毒也是如此,它们总是在不经意间演化出“高毒性、高传染性”,造成宿主大规模死亡,比如:埃博拉。

总结

病毒是介于生命与非生命之间的一种物质,而且由于它们体型小,变异速度快,我们无法通过预测来判断它们的演化方向,更没有办法短时间内制作出对应的疫苗。

我们唯一知道的是,隔断传染源,可以有效的避免该病毒在人群中传播。

为了你我的安全健康,请您在此期间减少出行,接触他人要戴口罩,多洗手,勤通风。