生命的基本单位是细胞,而病毒只有一个蛋白质外壳,无法自主进行新陈代谢,所以病毒本质上只是一个复杂的有机大分子而已,不是生命。但是,病毒的蛋白质外売内含有遗传物质,能够借助宿主细胞完成遗传物质的复制和扩散,这一点又和生命非常相似。所以病毒可以看成是一种介于生命与非生命之间的化学物质,我们完全可以依照进化论的基本原则来预测病毒及其宿主的绝大部分行为。
进化论的两个关键词是变异和选择,基因变异决定了进化的速度,自然选择决定了进化的方向。基因变异有两个途径:一个是遗传物质(核酸)复制时出现的差错,另一个是不同遗传物质之间的随机交换和自由组合。病毒基因组都很小,复制程序也比宿主的核基因组简单得多,出错概率远比后者要大,所以病毒的基因突变率远高于宿主细胞,这就决定了两者之间的对抗终究会以病毒的胜利而告终,没有任何一种生命能够永久摆脱病毒的纠缠。
在复杂的真核细胞出现之前,地球上只有细菌(包括古细菌)和噬菌体(也就是细菌病毒)这两种生命形式存在,两者在数量上至少相差两个量级,也就是说每个细菌周围都有上百个噬菌体虎视眈眈。细菌很难挡得住这么多噬菌体的攻势,唯一有效的防御手段就是一旦被入侵就立刻自杀,不让自己成为新噬菌体的装配工厂,以此来保护周围的同类免遭侵犯。这个自杀功能一直被保留了下来,这就是如今大名鼎鼎的“细胞自噬”(Apoptosis)的前身。
多细胞真核生物出现之后,仅靠细胞自杀显然已经不够,于是生命进化出了免疫系统,用来对付无所不在的病毒和病菌。但免疫系统的应变速度终究敌不过病毒。举例来说,流感病毒是一种RNA病毒,RNA分子的稳定性不如DNA,复制时的出错率也高于DNA,再加上流感病毒本身没有携带复制纠错系统,所以流感病毒在复制时会出现很多错误,导致其突变率非常高。除此之外,流感病毒的基因组包含8段RNA小分子,如果一个宿主细胞同时感染了两个流感病毒,其RNA片段便可以很容易地互换,随机组合成全新的流感病毒,这就进一步增加了病毒基因组的突变率。上述这两个原因加在一起,使得流感病毒一直在变,每一季都不一样,这就是为什么季节性流感疫苗不得不每年都得重新打,因为上一年的疫苗已经失效了。
为了提高扩散效率,病毒必须完成两个任务,缺一不可。第一是入侵宿主,然后利用宿主细胞复制出尽可能多的基因拷贝;第二是想办法让这些基因拷贝尽快离开旧宿主,找到新宿主,从而完成新一轮生命周期。病毒的终极目的绝不是让宿主生病,更不是杀死宿主。事实上,在大多数情况下,让宿主迅速死亡不但对病毒不利,反而是最有害的。
当科学家们摸清了非典病毒的传播规律,知道只有出现症状的人才具备传染能力之后,便采取了大面积筛査发热病人并立刻隔离的防疫策略,很快就控制住了疫情。
这次新冠疫情,科学家们用了不到一个月的时间就找到了罪魁祸首,而且迅速测出全套基因组序列,根据这些数据,以及临床观察和分析,我们很快制定出相应的防疫对策,就像当年杀死非典病毒那样把新冠病毒杀死。
(《三联生活周刊》2020年第7期 袁越)