病毒才是地球上的原著居民

楼秀余

长久以来，病毒给人类带来了不少的疾病和瘟疫，但人类对于病毒的了解时间并不长，直到19世纪末人类才真正认识到了病毒的存在。

事实上在38亿年前，地球上第一个单细胞生命演化出来之前，病毒早已经在地球上演化了漫长的数亿年之久。早期地球的原始海洋仿佛是充满了RNA病毒和DNA病毒的竞赛场，病毒们之间不断地战争与融合，通过基因重组制造出了新的病毒，丰富了地球原始汤中基因组种群。新的病毒拥有不同的基因组合，从而表征出了新的性状，为非生命物质向生命物质之间的跨越演化奠定了物质基础，经过长达数亿年的演化，终于出现了第一个正真意义上的生命——原始的细胞。

一、病毒的演化历史

在46亿年前，原始地球大气中没有游离的氧气，只有二氧化碳、氨、甲烷、水蒸气、硫化氢和少量氢气等简单的化学分子。在宇宙射线、紫外线、闪电、地热以及火山爆发等能量源作用下，这些简单的分子之间产生了一系列的化学反应，形成了原始状态的有机物质。大量有机物质经过河流聚集到原始的海洋里，原始海洋中到处漂浮着这样的有机物，仿佛一锅富含有机物的汤，因此被称为原始汤。

原始汤里大量的有机物质分子相互作用，偶然自组装出了一些能自我复制的RNA分子，类似于现在RNA病毒的结构体，这就是原始基因。在原始地球上，RNA基因是最先出现的类生命体，它们虽然没有思维和情感，只是盲目地在原始汤中攫取资源组装自己，完成尽可能多的自我复制。但是，在该过程中，经过无数次组装差错，偶然形成了更加稳定的DNA分子，于是出现了类似于现在DNA病毒的结构体。不同的RNA分子和DNA分子各自组装复制，形成了各种各样的基因组群。整个原始地球的海洋仿佛是一个充满了RNA病毒和DNA病毒的竞赛场，它们都希望自己的基因组能够得到更多的复制机会并繁衍下去，于是彼此之间的竞争越来越激烈，争夺有限的生存资源。

原始汤里RNA分子和DNA分子基因群不断地竞争和相互融合。有些基因组的外表面吸附并包裹上了油脂膜和蛋白质，这样能够更好地保护自己的遗传信息。经过长达数亿年的不断演化，原始汤终于演化出蛋白质外壳包裹着几个基因的复合体，这就是我们称之为病毒的原始生命体。

二、病毒推动了生物界快速演化

从物理化学角度探讨，生命的本质就是大量有机分子在电解质溶液中一种自组装的自然现象。

在原始汤里，RNA病毒和DNA病毒不断地竞争与融合，通过基因重组，与环境中其他病毒携带的某些功能基因片段进行交换与融合。经过漫长时间的演化，在地球形成之后的10亿年前后，才演化出第一个真正意义上的生命——原始的细胞。

原始的细胞出现后，病毒们为了把自己基因传递下去，通过感染细胞不断地把自己的基因组装到原始细胞中去。这一现象，极大地推动了地球生物多样性的发展。大约18亿年前，细胞之间通过融合再分裂的有性繁殖出现了，这样产生的下一代的细胞就拥有了更多新的功能基因。基因组种群的进化进一步加速。新细胞的体积越来越大，系统结构越来越复杂，甚至出现了能够自行觅食、消化、吸收利用食物甚至会思考的复杂生物体，例如：人类。如今地球上五彩缤纷的生物世界正是在病毒推动下不断演化而来的。

三、地球是一颗名副其实的病毒星球

我们的地球是一颗名副其实的病毒星球。从陆地到海洋，再到大气，包括人类体内外，病毒无处不在。

据初步研究统计，地球上病毒种类超过1亿种，其中感染哺乳动物的病毒至少有32万种。在自然环境中，每一升水里大约含1000亿个病毒。仅在人类肠道中，就有超过14万种病毒；就人类的肺里也平均驻扎了174种病毒，其中90%是我们都很陌生的病毒。除了少数病毒会让人患上可怕的疾病外，如新冠病毒，绝大多数的病毒对人类无害而且是有益的。

地球上布满了病毒。虽然多数病毒很小，直径只有20-200纳米，但由于数量惊人，地球上病毒的总生物量竟然有2亿多吨。而76亿人口的我们人类大家族的生物量却只有0.6亿吨，看来人类在大自然面前是多么的渺小啊！

四、病毒帮助生物演化是为了自己乘免费顺风车坐享其成

科学家发现有一种病毒叫做内源性逆转录病毒。内源性，顾名思义就是从生物内部产生的。逆转录病毒的RNA能反向合成DNA，并将自己的DNA整合到宿主细胞的DNA分子中，与宿主合作共同修改优化宿主的基因蓝图。在宿主细胞分裂繁殖时，病毒的基因也同时递传给后代。“病毒相当于搭乘宿主细胞这辆免费的顺风车。”一旦某个逆转录病毒的遗传信息被宿主一代代地传递下去，他们就变成了内源性逆转录病毒。

通常我们认为人类基因组是人类最本源的身份特征。实际上，人类基因组里有大量病毒基因镶嵌的痕迹，数量成千上万。人类基因组DNA分子大约是由31.6亿个碱基对组成。其中，能够有效表达人体蛋白质的DNA片段的基因，只有大约有23000个，占人类基因组DNA总碱基量的2-3%。而我们人类基因组中被称为“垃圾基因”区域里，携带了近10万个内源性逆转录病毒的DNA片段，占到人类DNA碱基总量的8%。除此之外，还有数百万个DNA小片段，可能也与内源性逆转录病毒的演变有关。

病毒基因多样性，源于它像一个快递员一样四处传递自己的基因。此外，病毒还能够把宿主的基因复制到自己身上，再带到别处去传递。基因对病毒来说简直就是随拿随放。每年，病毒会在不同宿主之间传递大约一亿亿亿个基因。因此，现存地球上所有生物的基因组中都有病毒镶嵌的痕迹。病毒携带基因在物种之间穿梭，对地球上所有的生命演化都产生了深远的影响。

综上所述，自从地球上演化出现细胞之后，各类病毒为了低成本且高效地繁衍后代，不断地去感染细胞。聪明的逆转录病毒为了一劳永逸，干脆把自己的基因整合到宿主细胞中去，极大地推动了生物演化速度。现今地球上演化出如此丰富多彩生物世界，各类病毒的贡献功不可没。

虽然病毒家族的某一成员，如新冠病毒给人类带来了许多的灾难，但与病毒家族对人类进化的贡献相比简直可以忽略不计。因为病毒才是我们地球上真正的原著居民，病毒也是地球生物界的始祖太爷，它们所做的一切的一切，始终为了自己基因的子孙万代、繁荣兴旺。

作者：楼秀余（上海舒泽生物科技研究所所长）

编辑：卢国良