軍機處留級生2020-01-31 12:33:30

與人類一樣，細菌進化得越來越複雜，而病毒變得越來越簡單。

今天，病毒如此之小和簡單，它們甚至不能自己複製。病毒只攜帶必要的基因資訊，它們需要這些資訊才能溜進宿主細胞，誘使宿主細胞製造新的病毒複製。例如，流感病毒只有14個蛋白質編碼基因。因為病毒通常如此基本，許多生物學家甚至不認為它們可以被歸類為生命形式。

但就在十年前，我們對病毒的看法開始轉變。法國科學家正在研究一種看起來像細菌但在基因上與細菌完全不同的神秘微生物，他們意識到他們發現了一種巨大的病毒。他們把這種看起來很像的細菌命名為“模擬微生物”或“擬態病毒”。

mimivirus不僅體型龐大。他們顯示它攜帶了1000多個基因——一個病毒的巨大基因組，僅僅比一些細菌小几百個基因。從那以後，已經發現了幾個巨大的病毒，潘多拉病毒包含大約1100個基因。

藍細菌或藍綠藻是史前病毒，是地球上最古老的生命形式之一。

這些微生物的遺傳複雜性重新喚起了人們對一個關於病毒的長期問題的興趣——它們是什麼時候首次進化的？病毒是通向更復雜細胞生命的進化墊腳石嗎？或者它們是後來出現的？這個問題很棘手。病毒由包裹在柔軟蛋白質外殼中的幾股短的脫氧核糖核酸或核糖核酸組成，不會變成化石。沒有化石記錄可以研究，幾乎不可能理清它們的譜系。

為了試圖解開病毒進化的問題，卡埃塔諾-阿諾爾開發了一種新的方法來重建微生物系譜，並追溯細菌和病毒的起源。

科學家通常透過比較物種間的基因來建立進化系譜樹，或“系統進化樹”。兩個有機體有越多的共同基因，它們之間的聯絡就越緊密。但是這項技術只能讓你回溯一百萬年左右。再往前走，脫氧核糖核酸變異太大，不可能看到物種之間的相似之處。

卡埃塔諾-安諾斯想回到地球生命的起源——大約35億年前。因此，他的團隊沒有比較基因，而是比較了蛋白質的形狀或“摺疊”。蛋白質是高精度的分子機器——如果你改變它們的形狀，就會破壞它們的功能。雖然生命可以忍受遺傳密碼的持續溫和漂移，但蛋白質的形狀至關重要，因此進化要慢得多。塔斯馬尼亞大學的計算生物學家邁克爾·查爾斯頓說，追溯蛋白質的形狀“將我們帶回到我們可能希望的最遠的地方”。

研究人員開發了演算法來比較3460種病毒和1620種細胞的蛋白質形狀。他們發現細胞和病毒共有442個蛋白質摺疊，但66個摺疊是病毒獨有的。

為了理解這些資料，該團隊將蛋白質摺疊排列成一棵樹，每當一種新的蛋白質摺疊進化出來時，樹就會長出一個新的“分枝”。在可能的情況下，該小組使用化石證據來確定特定分支萌芽的大致日期。例如，一種特殊的蛋白質摺疊首先出現在藍細菌（藍綠藻）中，後來出現在它的所有後代中。透過比較藍細菌第一次出現在化石記錄中的時間（21億年前）和它的後代後來出現的時間，他們可以確定這個特定的褶皺出現在大約20億年前。

上面mimivirus的發現重新點燃了人們對病毒起源的興趣。這種病毒看起來像細菌，比大多數病毒大得多，複雜得多。

根據卡埃塔諾-安諾斯的微生物系譜，病毒是古老的——但它們不是第一種生命形式。事實上，他的家譜表明病毒和細菌有一個共同的祖先——一個功能齊全、自我複製的細胞，生活在大約34億年前，也就是生命首次在地球上出現後不久。從這個細胞開始，細菌進化到越來越複雜的方向，而病毒逐漸脫落它們發現不需要的基因——直到它們甚至不能自己繁殖。

病毒進化過程中的一個關鍵步驟似乎發生在大約15億年前——也就是該團隊估計66個病毒特異性蛋白質摺疊出現的年齡。這些變化是病毒外殼中的蛋白質——病毒用來侵入宿主細胞的機器。

對查爾斯頓來說，這項研究的顯著之處在於今天的細菌和病毒有多少共同的蛋白質。“我被這些蛋白質摺疊如此保守的想法震驚了，”他說。“這確實是很強的證據，證明他們早就有一個共同的祖先。”

今天，人們很容易將病毒僅僅視為害蟲。但是“他們不是破壞的媒介，”卡埃塔諾-安諾勒斯說。如果沒有我們病毒般的共同居民，地球上的生活將會大不相同。芝加哥大學微生物學家詹姆斯·夏皮羅說：“沒有他們，我們就不會在這裡。”。例如，研究人員推測，一億多年前，一種原始哺乳動物的病毒感染上傳了一個幫助胎盤進化的基因。合胞體蛋白是一種蛋白質病毒，用於將細胞融合在一起，以便從一個宿主細胞跳到另一個宿主細胞。在哺乳動物中，它將胎盤細胞與子宮融合，讓胎兒從母親那裡吸取營養。

至於更抽象的病毒是否有資格成為生命的問題，卡埃塔諾-安諾勒斯認為，如果病毒是活細胞的後代，它們現在仍然活著——但以一種獨特的方式：當病毒感染細胞時，這種結合形成了一個完整的生命系統。

悉尼加爾萬研究所所長、分子生物學家約翰·馬特克對此表示同意。“人們說病毒不是自由生活的。但這是一個哲學問題——我們是自由生活的嗎？”他問道。“沒有植物我們無法生存。生活是一個相互聯絡的系統。”