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TUhjnbcbe - 2024/4/28 18:55:00

今天,我们来讲一讲病毒是如何影响人类进化的。迄今为止,人类唯一消灭的病毒是天花病毒,除此之外,没有任何一种病毒可以被人类消灭,而天花病毒之所以会被人类消灭,或许仅仅是一个巧合,为什么说是一个巧合呢?

20世纪初,西班牙流感期间的美国人

年,英国医生爱德华·詹纳发现挤牛奶的女工不会被天花病毒感染,后来,他又发现这些女工之所以不会感染天花病毒,是因为他们在挤牛奶的过程中感染了牛所携带的牛痘病毒,人感染了牛痘病毒之后会痊愈,痊愈了以后就会产生抗体,人类对牛痘病毒的免疫力,对天花病毒同样有效,于是,爱德华·詹纳,就发明了“牛痘种植术”,英文里的疫苗一词是“vaccine”,来源于拉丁文的“vacca”,意为牛,爱德华·詹纳最早使用疫苗一词,并且在拉丁文和英文里疫苗一词还与牛有关。爱德华·詹纳希望有一天,在地球上消灭天花病毒,他的愿望在年终于实现了,世界卫生组织在年宣布人类经已摆脱了天花病毒的困扰,多国科学家也证实了天花病毒在地球上绝迹了。然而,不久以后,人们发现天花病毒被消灭,也许只是一个特例。天花病毒的近亲是牛痘病毒,牛痘病毒产生的免疫力,对天花病毒同样有效,这样的现象在自然界是非常罕见的,天花病毒应属特例。

爱德华·詹纳在接种疫苗

在历史上,人类除了被天花病毒所困扰之外,还被麻疹病毒、水痘带状疱疹病毒、流感病毒所困扰,但是,这些病毒都无法被人类消灭。人类无法战胜病毒,但是,我们为什么可以活下来呢?

第一,基因突变其实是小概率事件

病毒从本质上来讲,是一种寄生生物,人类的进化,其实在很大程度上受到了自身身体上的寄生生物的影响,对于病毒而言,我们的身体就像一艘可以免费乘坐的舰船一样。我们的体内有97%的基因,是不具备形成任何活性物质的,只有3%的基因包含着形成细胞的信息。最初,科学家将不编码的基因,称之为“垃圾DNA”,认为这些即无害,又非有益的“垃圾DNA”,只是依附在我们的身体上,后来,随着研究的深入,科学家将这些基因称之为“非编码DNA”,它们虽然不编码,但是,对人类的进化产生了深远的影响。

DNA

生物进化论认为,世界上之所以有长颈鹿,是因为某一种古鹿的基因发生了随机突变,这种能够使得鹿的脖子变长的基因,有利于鹿的生存,于是,随着年代的累积,长颈鹿就出现了,但是,基因突变是一种小概率事件,DNA的复制虽然会出错,但是,出错的概率是很低的,即便是出错了,也有一套修复机制来矫正。基因复制出错的概念有多低呢?为亿分之一。一亿分之一的概率有多低?我们可以打个比喻:一个人做了1亿道题,有1道题出错了,做题做到这样的出错率去考试,基本上可以认为每一场考试都能得满分。

长颈鹿的骨骼

DNA复制的出错率非常低,而一旦出现了错误,这种突变往往是有害的,这就是我们在自然界,为什么很难看到畸形生物的原因,而一旦看见了,这种畸形的状态往往不利于生物的生存。因此,基因随机突变的概率非常低,有益的突变更是微乎其微。这种微乎其微的突变,根本无法解释生物的进化。

第二:玉米转座子的发现

20世纪的40年代至50年代,美国著名细胞遗传学家芭芭拉·麦克林托克在玉米当中发现了转座子,转座子是一类DNA序列,它可以“跳跃”,当植物面对自然选择的压力时,一整串的DNA序列可以从这个地方转移到另外一个地方,DNA的这种复制、粘贴或者是剪切、粘贴的“跳跃”方式,还是有目的、有意识的促发,并不是随机行为,它能够使得玉米快速适应不同的环境。

转座子的发现,说明生物的基因组并不是一个静态的集合,而是一个动态的有机体,突变不再是某一基因的微小变化,而是整个基因组的插入。由于芭芭拉·麦克林托克的发现,非常的超前,在当时的科学界无法被人们所接受,10年以后,分子生物学的发展最终证明了转座子理论的正确性,年,81岁高龄的芭芭拉·麦克林托克获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖。

麦克林托克

芭芭拉·麦克林托克不仅在玉米当中发现了转座子,在其他植物当中也发现了,这就是说基因的突变远比我们想象的要复杂,转座子理论,我们也可以理解为基因的跳跃,它们甚至可以通过剪切的方式离开自己原先的位置,而转移到另外一个地方,插入到一个新的序列中。转座子的理论,说明突变是迅速的、突然的,这可以解释长颈鹿出现的原因。

为什么生物体中存在这些跳跃基因呢?本质上来讲,还是自然选择的缘故,当玉米的生存在炎热、干燥的环境中,玉米的跳跃基因,就会想方设法做出改变,当某一个复制、粘贴或者是剪切、粘贴发生以后,有利于玉米的生存,那么,玉米的性状就会改变,并遗传给下一代,因此,转座子的理论并未颠覆进化论,只是说我们对生物进化的认识更深入了。

第三:病毒是人类进化的动力

人类身上有8%的基因组来源于病毒,这些病毒被称之为“人类内源性逆转录病毒”,自然界的病毒,从外部影响人类的进化,我们很容易理解,比如,人类感染了天花病毒之后,痊愈了,就会产生对天花病毒的免疫力,这就是天花病毒从外部影响了人类的进化。然而,在从20世纪的50年代开始,科学家又进一步指出,病毒有可能从内部影响到人类的进化,因为病毒的基因会移动到人类的基因组当中,并发挥作用,当然,这些病毒与天花病毒、麻疹病毒、艾滋病病毒是完全不同的。能够引起疾病的病毒,我们的身体与病毒是不会和平相处的,它们也无法顺利进入到我们的基因组中。从内部推动人类进化的病毒基因,早在数百万年之前,就已经与人体和平相处了,并进入到了人类的基因组中。病毒携带了地球上大量的遗传信息,当病毒的基因加入到人体的基因组中以后,它们就为人类提供了丰富的遗传信息,这就是说病毒为人类的进化提供了动力,否则,我们无法解释为什么脖子短的古鹿进化为了长颈鹿,为什么人类与黑猩猩的差别如此之巨大。

黑猩猩

当然,关于病毒进化论,目前的研究还处于起步阶段,转座子的发现为人们重新认识病毒的作用打开了一扇门。

既然,病毒携带了地球上丰富的遗传信息,那么,人类应该如何对待那些致病的病毒呢?我们应该认识到,人类是无法消灭病毒的,天花病毒被人类消灭,可能只是一个特例。那些能够引起传染病的病毒,人类实际上能够通过免疫系统来清除它们,人类的免疫系统不仅能够清除病毒,而且还能够让病毒的“毒力”慢慢下降,使得这些病毒逐渐适应人体,不再危害人类的健康,因此,人类战胜病毒的根本手段,其实就是靠自身免疫系统的进化,但是,依靠自身免疫系统的进化,会付出巨大的代价,无数的生命会在一次又一次的瘟疫中死亡。如何能够减少伤亡呢?最好的解决办法就是是疫苗。疫苗从本质上来讲,依然是依靠自身的免疫系统来战胜病毒的,只不过是绕过了自然进化的慢车道而已。人类无法消灭病毒,病毒其实也无法打垮人类,人类与病毒在生物进化史上处于漫长的“军备竞赛”中。

天花病毒

病毒有一个从高度毒力转换为低度毒力的过程,这是它慢慢适应宿主的过程,人体身上有大量的病毒,并不会对人类产生威胁,因为这些病毒已经与人体和平相处了。病毒的基因如果想进入到宿主的基因组中,还需要突破魏茨曼屏障。人体的细胞可分为两种,一种是体细胞,另外一种就是生殖细胞。人类的精子和卵子,是人类的生殖细胞,携带了人类所有的遗传信息,体细胞基因组的改变往往不会遗传给下一代,精子和卵子的基因发生了改变,则会遗传给下一代,这就是魏茨曼屏障。比如,病毒从外部对生物体产生的基因改变,往往很难遗传给下一代,因病毒而产生的特定抗体,是无法遗传的,成年人对天花病毒有免疫力,并不代表婴幼儿有免疫力,因为特定的抗体,无法遗传,那么,人类是如何将一些抗体遗传给下一代的呢?是通过母乳喂养。婴儿在刚刚出生的时候,免疫系统是一个“新手”,它无法适应这个充满病毒的星球,这个时候,婴儿是通过母乳接受了抗体,并慢慢地使得自身的免疫系统越来越强大,此外,婴儿在与成年人的接触过程中,成年人身上的细菌和病毒,也会慢慢移植到婴儿的身上,在这个过程中,婴儿的免疫系统也会逐渐强大起来,但是,面对那些“高度毒力”的病毒,能够引起传染病的病毒,仍然需要借助于疫苗,这就是说我们既需要打预防针,也不能使得自己处于完全无菌的环境中。

小孩在接种疫苗

经过漫长的演化,有一些病毒的基因组,会突破魏茨曼屏障,写入到胚系细胞中(对于有性生殖的动植物而言,胚系细胞就是精子和卵子),一旦写入到胚系细胞中,它自身就不需要复制自身的基因了,而是随着宿主生物的生殖,代代相传。不过此时,这一类病毒的基因组,已经很好地适应生物体了,它们变成了生物体DNA的一部分了。

地球是一个充满病毒的星球,病毒的基因组从某种程度上来说,是地球基因库的重要组成部分,它们携带了丰富的遗传信息,这些遗传信息在生物进化史上发挥着重要的作用,人类最终是要学会与病毒和平相处的,而不是想方设法想灭一切病毒。

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