簡約之美

■李啟劍

簡約之美

■李啟劍

認(rèn)為生命及其種種力量原來是被“造物主”注入到幾種或者一種類型中去的，同時還認(rèn)為在地球按照萬有引力法則運行時，從剛開始如此簡單的類型演化出如今最美麗和最奇妙的物種，而且這一演化過程還一直在進(jìn)行著，這種生命觀是極其壯麗的！

達(dá)爾文在其巨著的末尾寫下這樣的話，無疑是為了再一次強調(diào)他整套理論的本質(zhì)在于提示生物演化的實在性，即宣揚一種演化的生命觀。這對于當(dāng)時西方傳統(tǒng)的“物種不變論”而言，無疑是一場革命。但另一方面，這話也常常容易造成誤會——生命的演化總是有一種從簡單到復(fù)雜的趨勢。是不是真有這樣的趨勢，時至今日爭論仍然此起彼伏，但那至少不是進(jìn)化論之父的本意。而在此，我也并沒打算喋喋不休地討論孰是孰非，只想講述一個有關(guān)病毒的故事，當(dāng)然也是個有關(guān)演化的故事。

流感病毒自2010年3月—4月在美國出現(xiàn)之后，新一輪的流感在全球范圍內(nèi)迅速蔓延。雖然其肆虐程度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及20世紀(jì)初那場令人聞風(fēng)喪膽的“1918大流感”，但也已經(jīng)造成數(shù)千人死亡。很快，引起此次瘟疫的元兇就被鎖定，于是一種被叫做“H1N1甲型流感病毒”的病原體便立刻成了萬眾矚目的焦點?？茖W(xué)家進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)：一切都是病毒演化惹的禍！

病毒是非常奇妙的生物，就其結(jié)構(gòu)而言，可謂簡約之王：它沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，僅由一個保護(hù)性的外殼包裹一段遺傳物質(zhì)而成，某些種類頂多再外加一層包膜而已。而且在遺傳物質(zhì)的組成上，它們不像高等動植物——在臃腫的基因組中填滿了一大堆“垃圾基因”，而是物盡其用到極致。例如，乙型肝炎病毒的整個基因組僅包含4個基因，是已知人類病毒中遺傳組成最簡單的，但就是憑借如此簡潔的遺傳信息，乙肝病毒卻能成為最具殺傷力的病原體之一，每年約有100萬人在其蹂躪下身亡。

從功能上講，病毒并不具有新陳代謝的能力，自身不能生長和分裂。眾所周知，“新陳代謝”和“復(fù)制”是一切生物體最基本的二個特征，也是區(qū)別于非生物體的根本標(biāo)準(zhǔn)。病毒不但只有“復(fù)制”一項特征，而且這一功能的實現(xiàn)還必須依賴宿主內(nèi)的細(xì)胞器進(jìn)行，在離開宿主之后，病毒幾乎不表現(xiàn)出任何生命活性，與很多有機大分子無異。因此，一些學(xué)者甚至對其能否作為生物體看待都持保留態(tài)度。當(dāng)然，這還涉及究竟應(yīng)該如何定義生命的問題。從某種意義來說，答案雖然有著相當(dāng)?shù)囊恢滦裕煌尘暗膶＜疫€是有其各自的偏愛。例如，18世紀(jì)偉大的生理學(xué)家亨特就將生命定義為抗腐敗或者抗感染的能力。出于專業(yè)的特長，他的定義強調(diào)生存的能力，彰顯“新陳代謝”的特性。就此而言，病毒顯然算不上是生命，它們壓根兒就沒生存過，而僅僅是不斷感染和利用各種宿主進(jìn)行復(fù)制而已。相反，《生命是什么？》的作者薛定諤則更強調(diào)復(fù)制現(xiàn)象，進(jìn)行了詳細(xì)的討論，而新陳代謝卻只用了一章簡略帶過。他的想法除了受量子力學(xué)的背景影響以外，更多的是來源于對前人利用噬菌體（細(xì)菌病毒）進(jìn)行的一系列實驗的思考。不言而喻，在他看來，病毒不但是生物，而且是難得的模式類型。人們之間的分歧實質(zhì)上反映了他們的研究材料之間的巨大差異：病毒與人正好是生物界的二個極端——分別屬于r-策略和k-策略中的典范。

為了便于理解，我們不妨先看看病毒那傳奇非凡的“身世”。現(xiàn)在仍有好幾種關(guān)于病毒起源的理論并存，它們之間可能并不沖突，只是分別說明了不同類型病毒來源上的差異而已。

一種只有少數(shù)支持者的觀點稱為“獨立起源論”，他們認(rèn)為病毒起源于一種可以自我復(fù)制的分子，這種分子與“原細(xì)胞”（有細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物的祖先）平等演化至今，因此病毒是一直獨立演化的實體。例如，美國普林斯頓大學(xué)的戴森教授就贊同此觀點，他甚至把RNA的產(chǎn)生看成是一種生命最古老且不能治愈的寄生性疾病。更多的病毒學(xué)家則相信“退行性演化論”，這種理論認(rèn)為病毒是由原來比較復(fù)雜的活細(xì)胞退化成更簡單的有機體。立克次氏體和麻風(fēng)桿菌都被認(rèn)為是上述從“復(fù)雜到簡單”演化過程的遺跡或過渡階段。還有一種理論則認(rèn)為病毒曾經(jīng)是一種菜細(xì)胞的一部分，可能是一種細(xì)胞器后來才脫離細(xì)胞并成為獨立個體的，這就是“細(xì)胞器起源論”。

無論是哪種來源，病毒最終還是采取了“只管復(fù)制，一切從簡”的“投機”策略。在“生存”還是“繁殖”的天平中，它們把賭注全部押在一邊，放棄（或沒有發(fā)展出）“新陳代謝”的功能，成為完全的寄生生物，也是最徹底的機會主義者，這可是連細(xì)菌都自愧不如??！相反，在k-策略的道路上越走越遠(yuǎn)的人類，則更善于提高生存質(zhì)量，貫徹“少生優(yōu)生”的政策，于是發(fā)展出碩大的腦袋、杰出的心智以及銅墻鐵壁般的免疫系統(tǒng)，但即便如此仍然時不時地遭到各種病毒的“伏擊”?，F(xiàn)在，讓我們再回過頭來看看，在新一輪的“流感大戰(zhàn)”中，H1N1甲型流感病毒是如何搶得先機的。

流感病毒不像某些病毒（例如之前提到的乙肝病毒）那樣最外面還覆蓋一層包膜，而是干脆利落地由外面的衣殼和里面的遺傳物質(zhì)組成。與臭名昭著的艾滋病病毒以及冠狀病毒一樣，它的遺傳物質(zhì)是單鏈RNA。我們知道，為了保證基因在復(fù)制時的準(zhǔn)確性，DNA有一套完善的糾錯機制，可以去除復(fù)制中的錯誤。但RNA沒有這樣的機制，因此靠RNA攜帶遺傳物質(zhì)的病毒變異速度極高，幾乎是DNA病毒的104倍～106倍。流感病毒更是其中的典型，即便是在RNA病毒中也僅有艾滋病病毒等少數(shù)類型能趕得上。

極高的突變率雖然有利于流感病毒在窮途末路之際及時“改旗易幟”，但代價也是相當(dāng)慘痛的。在其復(fù)制過程中，有99%的新個體因缺陷太大而不能再感染其他細(xì)胞。然而，出眾的復(fù)制速度卻在很大程度上彌補了上述缺陷，流感病毒的復(fù)制速度之快，連艾滋病病毒都遠(yuǎn)不能及。通常，從一個細(xì)胞能釋放出來的106個～107個新病毒，即便扣除掉一大堆“殘廢”個體后，大概還有1000個～10 000個病毒仍具感染性。極端“機會主義者”的數(shù)量優(yōu)勢可見一斑。

此外，流感病毒還分三種：A（甲）型、B（乙）型和C（丙）型。C型很少會引起我們犯病。B型可以使我們生病，但一般傳染性小。只有A（甲）型會導(dǎo)致流感在局部地區(qū)甚至是世界范圍內(nèi)大爆發(fā)。除了人類以外，A型流感病毒還能感染諸如鳥類、豬、海豹、雪貂等多種動物，這也是其他二種流感病毒做不到的。但一般來說，流感病毒是具有“宿主特異性”的，簡單地說就是：人流感不會感染禽類，而禽流感也不會感染人。這是由于流感病毒在感染某個生物的時候，依賴的是其外殼上一些像鑰匙一樣的蛋白質(zhì)。這些“鑰匙”一方面能幫助病毒侵入宿主細(xì)胞，另一方面也能被免疫系統(tǒng)識別，使其成為抗體攻擊的“靶子”。因此，這些“鑰匙”并不相同，自然就無法交叉感染了。除禽流感病毒在快速突變的過程中，機緣巧合地改變了“鑰匙”的編碼，即出現(xiàn)所謂的“抗原漂變”，于是新種病毒就可能跨越不同的宿主傳播。不過，“抗原漂變”更多時候僅僅能使病毒抗原發(fā)生微小的變化，結(jié)果只是讓病毒能有機會勉強逃過疫苗或是“有經(jīng)驗”的免疫系統(tǒng)的追剿，而接下來要提到的過程才是最能造就新病毒的“專家”。

有意思的是，無論是禽流感還是人流感都可以感染豬，因此豬就成了A（甲）型流感病毒的“基因混合器”。一旦最糟糕的情況出現(xiàn)：二種來源的病毒感染了豬的同一個細(xì)胞，不同的流感病毒的RNA就可能發(fā)生“自由組合”，于是就有可能在豬的體內(nèi)產(chǎn)生由禽流感和人流感病毒重新組成的“雜交病毒”。這樣產(chǎn)生的遺傳結(jié)果跟高等動植物通過有性生殖產(chǎn)生的基因重組效果十分相似，可以在短時間內(nèi)造成病毒抗原的大規(guī)模改變，因此叫做“抗原轉(zhuǎn)變”。“抗原轉(zhuǎn)變”常常是導(dǎo)致全球性流感大流行的根源，也正是此次瘟疫的禍端。

這已被香港大學(xué)的史密斯等人證實。系統(tǒng)發(fā)生學(xué)分析顯示，這種起源于豬的甲型H1N1流感病毒是一個重組體，分別有來自禽、豬和人病毒的基因。換言之，就是在豬這個“基因混合器”內(nèi)，各種類型相互重組，雜交病毒經(jīng)過若干次循環(huán)之后才最終演化出如今的這種高致病性病毒。雖然我們不太清楚具體的時間，但至少是在疫情爆發(fā)之前的幾個月，這種新型病毒就已經(jīng)開始悄悄地在人群中傳播了。

A型流感病毒憑借“抗原漂變”和“抗原轉(zhuǎn)變”獲得極高的變異率，配合無與倫比的復(fù)制速度等特性，即使在人類自身免疫系統(tǒng)和人工抗病毒藥物的聯(lián)合絞殺之下，仍然能從容對抗、橫行天下。這恰恰體現(xiàn)了病毒作為最杰出的機會主義者的獨到之處——能以如此渺小的身軀和極其有限的遺傳去完成眾多極其復(fù)雜的生物學(xué)過程，在復(fù)雜多變的世界中成功繁衍至今?？梢?，演化不但能創(chuàng)造出最復(fù)雜和精致的結(jié)構(gòu)，同時也能成就最簡約而美妙的設(shè)計，真可謂簡約而不簡單！

（盛文娟插圖）