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地球上的生物都起源於同一支原始細胞體——這是我們一貫的認知。但有兩位研究人員證明,病毒可能是另一個生命譜系的見證者!另一種生命起源,它有可能存在嗎?

“我們的研究成果被視為異端邪說!”美國伊利諾伊大學進化生物資訊學實驗室的古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯(Gustavo Caetano-Anollés)感嘆道。不過這位生物學家對此並不驚訝:沒人能在質疑一個神話後還能全身而退,而且還是有關生命起源的神話。

冠狀病毒

關於生命起源,目前被廣泛接受的版本源自1970年代末。38億至35億年前,即地球形成幾億年後,溫熱海洋覆蓋全球,各種分子不斷相互作用。幾種生命細胞體為了享用“原始湯”的資源而你爭我奪。繁殖最多的一支最終獨佔了這汪熱水,繁衍出此後的所有生物。

這個贏家名叫LUCA(Last Universal Common Ancestor,最後普遍共同祖先)。從細菌到大象,它的後代構成了生命的三域系統,形成了巨大的進化樹。在它繁殖能力陰影下,其他所有原細胞譜系都衰敗消失了。

皰疹病毒

所有的……除了病毒。這就是古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯與同事阿爾上·納西爾(Arshan Nasir)的“異端邪說”。他們認為,現代病毒並非LUCA的直系後代,而是其競爭者的後代。換言之,它們源自另一種生命方式!

一開始,這些病毒的祖先可能寄生於LUCA。它們改變了自己的細胞機制,放棄了一些內在功能及控制基因——這是典型的還原進化(reductive evolution)。然後,它們繼續自我簡化,直至完全依賴於宿主,失去了目前被視為不可或缺的生物屬性(如細胞分裂或吸取外部能量的能力),只保留了能使細胞為之所用,從而保證自身傳播的最起碼的能力。

人類免疫缺陷病毒

這與生命史的官方版本顯然不符,該版本認為病毒只是LUCA原細胞的意外分支。

在這一版本中,原始湯裡充斥著原細胞的組織碎片——DNA、RNA片段或細胞膜。這些物質在生物層面上沒有活力,但具有化學活性。“出於偶然,極少數片段具有的物理化學性質使它們能夠在細胞內部自我複製,從而存在至今。”法國南巴黎大學微生物多樣性、生態和進化研究組主任洛佩茲-加西亞(Purificación Lopez-Garcia)指出。她並不相信這種新說法。

1100萬種蛋白質

這兩位“異端分子”於2015年9月發表了他們的論文。與大部分旨在建立生命進化樹的研究相反,他們的研究並不基於對基因的比較,而是對蛋白質形態的比較,更精確地說,是比較組成它們的各種結構域(protein domain)。

正是它們對環境起化學作用,從而賦予蛋白質以功能。“我們比較的不是基因序列,而是它們產出的蛋白質三維結構。”古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯總結道,“但和使用基因序列一樣,也能描述這些結構的進化史。”出於同樣的邏輯:產生結構相近的蛋白質的兩種實體擁有共同祖先。

狂犬病病毒

古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯從1990年代末就開始使用這種方法,當時它還是剛剛興起。而截至目前,他以此勾畫出的進化樹也總能與傳統基因方法得出的進化樹相符。在他看來,這種方法甚至更加可靠:“基因突變的速度比它們產生的蛋白質結構變化更快。”

為了建立病毒的進化樹,他和阿爾上·納西爾處理了大量資料。他們用強大的統計演算法篩選了3640種病毒和屬於三域系統的1620種細胞產生的1100萬種蛋白質。藉助一個囊括幾千種組成和三維結構已知的蛋白質的資料庫,他們比較了上述蛋白質的化學組成,首先推斷出它們結構域的形態。這是一種複雜的概率計算,但古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯表示,預測結果“現已得到蛋白質X光研究證實,準確性達95%至98%”。

乙型肝炎病毒

然後,研究人員鑑別出那些最常見的蛋白質結構域。他們統計了1995種,其中66種為病毒所獨有。很難相信造成這一切的基因源自LUCA,要是這樣的話,三域系統的生物也該攜有這些結構域。

他們由此得出結論:病毒源自幾種迥異於我們共同祖先譜系、並與之共存的細胞。它們有著自己的進化樹,但與我們的進化樹交織。我們應當把它們視為生物,因為它們源自生物祖先——進化論無法想象生命物種在進化過程中失去活性。

進化的關鍵

法國病毒學家迪迪耶·拉烏爾(Didier Raoult)和讓-米歇爾·克拉弗裡(Jean-Michel Claverie)在2003年發現“巨型病毒”後也提出了這種觀點。“我們也發現了病毒獨有的基因。” 讓-米歇爾·克拉弗裡興奮地說,“我不知道如何解釋一些病毒共有的基因結構卻不存在於細胞世界,除非假定它們源自先於LUCA存在的細胞祖先。”

不僅是巨型病毒(此處為擬菌病毒),所有病毒都可能源自細胞祖先。

這種假設病毒源自細胞的理論的支持者仍然只佔少數。但古斯塔沃·凱埃塔諾-安諾萊斯並不放棄:“我們的成果有著堅實基礎。進化論者太執著於基因序列。大部分人還沒有看到蛋白質結構分析的上升勢頭。”

法國巴斯德研究所的進化專家帕特里克·福爾戴爾(Patrick Forterre)認為,“要想獲得正確描述病毒史的進化樹,還有許多工作要做”。不過他也為這場論戰感到高興:“這有助於使病毒重新回到進化論者的視野之中,過去它們一直是重要的缺席者。”

論戰正在進行:說不定病毒真是原始湯的另一群倖存者呢?

撰文 Román Ikonicoff

編譯 周佩瓊

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