人类是“病毒的孩子”？？

源济

人类是“病毒的孩子”？？

Original 国家地理 国家地理中文网  2021-06-16

人类是”病毒的孩子“？？

这难道不是极大的谬论吗？

今天我们就来大胆地、

以全新视角看看这个问题吧。

摄影：LENNART NILSSON, TT/SCIENCE PHOTO LIBRARY (COMPOSITE OF TWO IMAGES)

新冠病毒已累计感染全球1.7亿以上人类，

提到病毒，人人色变，

避之唯恐不及，

那为什么又会有“病毒塑造生命”的说法呢？

美国加州一家水族馆内，潜水员手拿“噬菌体”图片，这是一种感染细菌的病毒，对动植物无害，却对健康的海洋生态系统至关重要。海洋中富集噬菌体和其他病毒，该水族馆1400立方水中，约有病毒数量5320亿，如果它们排成队，能绕地球8圈。

摄影：CRAIG CUTLER

仅从数量上说，病毒可能是地球上多样性最丰富的存在之一。水族馆1400立方米水体就有5320亿个病毒。作家David Quammen追踪科学界关于病毒的最新研究项目，惊奇地发现——

数量庞大的病毒，很可能参与了地球生命形态的各个过程。

科学家用0.02微米筛子，滤出一份水样并用染色剂标记，大颗粒是细菌，小的则是病毒，再根据筛子尺寸和水的体积，计算每升水的微生物群规模。

摄影：ALEXANDRA RAE SANTORA

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撰文：DAVID QUAMMEN

人类是“病毒的孩子”——

我们DNA中有约8%来自远古祖先感染的病毒。

我们活在一个病毒的世界里——其多样性不可捉摸、丰富性难以揣度。仅仅哺乳动物类群就可能携带至少32万种不同病毒，如果再加上非哺乳类动物、植物、陆生细菌和其他可能宿主的病毒，根本数不清。

1983年，前诺奖获得者、生物学家Peter Medawar在其畅销书中说病毒是“包裹在蛋白质里的一条噩耗”，但这种认识是有局限性的，他们对病毒的认识仅限流感、新冠等“凶神恶煞”；但如今我们已知，有些病毒是行善的，包裹在蛋白壳里的是一组基因使者，它们可以带来噩耗，也可能是喜讯。

一枚稀有的尼安德特人头骨。现代人类走出非洲后，与尼安德特人生育混血后代，并立刻从后者获得多个进化几十万年的基因。科学家们已找到152个遗传自尼安德特人、参与免疫反应的基因，并推断这些基因使我们的祖先能抵御在欧洲遇见的新病毒。

摄影：RÉMI BÉNALI

病毒就像火，作为一种自然现象，既不是全好也不是全坏，既能带来利益也能带来破坏。从宏观层面分析，如果没有病毒，我们甚至从一开始就无法从生命演化的原始混沌中崛起。例如，有两大段源自病毒的DNA，如今嵌在人类和其他灵长类动物的基因组中，而少了这两段序列——就无法怀孕。

1.5亿年前，感染哺乳动物的病毒留下基因，并导向重大的进化突破：供母体为胎儿输送营养和氧气、排出废物和二氧化碳的胎盘。两个源自病毒的基因——合胞素-1、2参与形成了胎盘膜。

摄影：CRAIG CUTLER

我与病毒学家Thierry Heidmann聊到了一种病毒和一个基因，那个病毒是“HIV”，那个基因是“合胞素-2”（syncytin-2）。

Thierry Heidmann团队筛遍人类基因组的31亿密码字母，寻找到约20个序列与病毒衣壳基因相近的片段，这其中又有两个片段被证实非常重要，一个是之前被科学家发现的合胞素-1；以及Heidmann团队发现的合胞素-2，它们能发挥对人类怀孕至关重要的生理功能。

神经科学家Jason Shepherd托起一张三维重建图片，图中呈现的是一种类似病毒的蛋白壳，它在人的认知和记忆机制中扮演关键角色。编码这个蛋白壳的ARC基因，来自4亿年前一个类病毒祖先。它的形态类似病毒基因组的衣壳，能在人脑和动物脑的神经元间运送传递信息。

摄影：CRAIG CUTLER

病毒对人类怀孕至关重要？？

这就要聊到“逆转录病毒”：它们拥有一套运作方向与常规相反的RNA基因组。一般基因是用DNA制造RNA，把RNA作为“信使”交给细胞机器来制造蛋白质；逆转录病毒则用它们的RNA制造DNA，把DNA插入被感染细胞的基因组。举例来说，人免疫缺陷病毒（HIV）就是一种逆转录病毒，会把自己的基因组插入人类免疫细胞的基因组，之后可能进入休眠。在某个时刻，病毒DNA被激活，成为复制大量HIV病毒粒子的模板，最后杀死细胞倾巢而出。

剧情大反转来了！

有些逆转录病毒还会感染生殖细胞——也就是制造精子和卵子的那些细胞，在这一过程中把自己的DNA插入宿主的可遗传基因组。这些插入片段就成为人的“内源性”逆转录病毒（HERV）。

而人类基因组有8%是“内源性”逆转录病毒的DNA，在进化过程中，它们类似一种“插件”——逆转录病毒一点一滴嵌入我们的祖传血统。所以，我们每个人都有1/12的“内源性”逆转录病毒“血统”。在这些“插件”中，能造成深远影响的人类基因之一就是——合胞素-2。

斯坦福大学发育生物学教授Joanna Wysocka身后，是分裂到八细胞阶段的人类胚胎图片，她和同事们发现，有一个名为HERV-K的“内源性”逆转录病毒会在这个阶段启动，生产蛋白质，并有可能保护胎儿免收病毒感染、参与调控发育。

摄影：CRAIG CUTLER

合胞素-2，一个原本负责帮助病毒融入宿主细胞的基因，辗转嵌入了远古动物的基因组，然后被分配了新职务：去生产类似帮助细胞聚合的蛋白，以形成围绕原始胎盘的特殊结构，从而为一些动物开启了新的可能——体内怀孕。这个革新在进化史上掀起巨潮，使雌性动物得以把后代揣在腹中行动，而不再是把它们留在某处承受凶险，比如巢中的卵。

名为HERV-K的“内源性”逆转录病毒被染成绿色记录下来

摄影：MARK WOSSIDLO, STANFORD UNIVERSITY/MEDICAL UNIVERSITY OF VIENNA

第一个来自内源性逆转录病毒的此类基因，最终被更能胜任新工作的类似基因替代。斗转星移，胎生的繁殖模式越来越完善，胎盘也在进化。合胞素-2，就是在这个过程中获得的病毒基因；而在人类体内，两种合胞素把细胞聚合起来，在子宫内侧形成了——胎盘层。

胎盘，这个独特的结构在母亲与胎儿间承担交接功能，让营养和氧气流入，运出代谢废物和二氧化碳；可能还保护胎儿不被母亲的免疫系统攻击。从设计效率上来说，它堪称奇迹——进化，把一个病毒部件重塑成了人体部件。

13周大的胎儿

摄影：LENNART NILSSON, TT/SCIENCE PHOTO LIBRARY (COMPOSITE OF TWO IMAGES)

我们今天只说了一点：我们DNA中约8%来自远古祖先感染的病毒。而我们的身体从病毒那里收编基因，反过来让病毒基因免疫调节、抗癌等方面都有所裨益。关于病毒在触发重大进化转折方面扮演过哪些关键角色，我们现在还知之甚少；直到今天，人类对最简单病毒背后隐藏的复杂机制仍然不甚明了。但如果纳入全部复杂性，去看待哪怕最简单的病毒，也能使人类对自然界千丝万缕的联系有更清晰的认识。

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※本文节选自美国《国家地理》中文版《华夏地理》2月刊，

封面图片为“拟菌病毒”——目前已知最大、结构最复杂的病毒之一，科学家们希望通过研究拟菌病毒，为探究病毒本源带来更多启示。