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只要有生命的地方,就有病毒存在;病毒很可能在第一個(gè)細(xì)胞進(jìn)化出來時(shí)就存在了。病毒起源于何時(shí)尚不清楚,因?yàn)椴《静恍纬苫?,也就沒有外部參照物來研究其進(jìn)化過程,同時(shí)病毒的多樣性顯示它們的進(jìn)化很可能是多條線路的而非單一的。分子生物學(xué)技術(shù)是目前可用的揭示病毒起源的方法;但這些技術(shù)需要獲得遠(yuǎn)古時(shí)期病毒DNA或RNA的樣品,而目前儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)室中最早的病毒樣品也不過90年。有三種流行的關(guān)于病毒起源的理論:
逆向理論(Regressive theory):病毒可能曾經(jīng)是某些寄生在較大細(xì)胞內(nèi)的小細(xì)胞。隨著時(shí)間的推移,那些在寄生生活中非必需的基因逐漸丟失。這一理論的證據(jù)是,細(xì)菌中的立克次氏體和衣原體就像病毒一樣,需要在宿主細(xì)胞內(nèi)才能復(fù)制;而它們?nèi)鄙倭四軌颡?dú)立生活的基因,這很可能是由于寄生生活所導(dǎo)致的。這一理論又稱為退化理論(degeneracy theory)。
細(xì)胞起源理論(有時(shí)也稱為漂蕩理論):某些病毒可能是從較大生物體的基因中“逃離”出來的DNA或RNA進(jìn)化而來的。逃離的DNA可能來自質(zhì)粒(可以在細(xì)胞間傳遞的裸露DNA分子)或轉(zhuǎn)座子(可以在細(xì)胞基因內(nèi)不同位置復(fù)制和移動(dòng)的DNA片段,曾稱為“跳躍基因”,屬于可動(dòng)遺傳因子)。轉(zhuǎn)座子是在1950年由巴巴拉·麥克林托克在玉米中發(fā)現(xiàn)的。
共進(jìn)化理論:病毒可能進(jìn)化自蛋白質(zhì)和核酸復(fù)合物,與細(xì)胞同時(shí)出現(xiàn)在遠(yuǎn)古地球,并且一直依賴細(xì)胞生命生存至今。類病毒是一類RNA分子,但不歸入病毒中,因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙儆傻鞍踪|(zhì)形成的衣殼。然而,它們具有多種病毒的普遍特征,常常稱為亞病毒物質(zhì)。類病毒是重要的植物病原體。它們沒有編碼蛋白質(zhì)的基因,但可以與宿主細(xì)胞作用,利用宿主來進(jìn)行它們自身的復(fù)制。人類丁型肝炎病毒具有和類病毒相似的RNA基因組,也不能生成自己的蛋白質(zhì)衣殼,但卻能夠利用乙型肝炎病毒的衣殼。因此,丁型肝炎病毒是一種缺陷型病毒,需要乙型肝炎病毒的幫助才能夠進(jìn)行復(fù)制。這些依賴于其他種類病毒的病毒稱為“衛(wèi)星病毒”,它們可能是介于類病毒和病毒之間的進(jìn)化中間體。朊病毒是具有感染性的蛋白質(zhì)分子,不含DNA或RNA。朊病毒會(huì)導(dǎo)致綿羊感染羊搔癢癥或牛感染牛海綿狀腦?。ㄋ追Q“瘋牛病”),也會(huì)使人獲患庫魯?。↘uru)和克雅二氏病。[雖然缺乏核酸,朊病毒依然能夠復(fù)制,這是因?yàn)樵谏矬w內(nèi)存在與朊病毒具有相同序列但結(jié)構(gòu)不同的正常蛋白質(zhì),而朊病毒可以使這些正常蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,轉(zhuǎn)化為朊病毒,這樣新產(chǎn)生的朊病毒又可以感染更多的正常蛋白質(zhì),使得朊病毒越來越多。雖然朊病毒與病毒或類病毒本質(zhì)完全不同,但朊病毒的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提高了該理論的可信性,說明病毒可能進(jìn)化自能夠自我復(fù)制的分子。
利用計(jì)算機(jī)來分析病毒和宿主DNA的序列信息,可以對不同病毒之間的進(jìn)化關(guān)系有更好的了解,而且可以有助于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代病毒的祖先。至今這類分析還沒有能夠決定哪一種理論是正確的。而且不大可能所有的病毒都來自同一祖先,不同的病毒很可能是透過一種或多種機(jī)制在不同的時(shí)期產(chǎn)生。
對于病毒到底是一種生命形式,還是僅僅是一種能夠與生物體作用的有機(jī)結(jié)構(gòu),人們的觀點(diǎn)各不相同。有人將病毒描述為處于“生命邊緣的生物體”,因?yàn)樗鼈兿衿渌矬w一樣擁有基因、能夠透過自然選擇而進(jìn)化并且能夠透過自行組裝來完成復(fù)制。然而,雖然病毒含有基因,但它們沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu),而細(xì)胞被認(rèn)為是生命的基本單位;而且,病毒沒有自身的代謝機(jī)制(不自帶酶系統(tǒng)、無細(xì)胞器、不能獨(dú)立代謝),需要透過宿主細(xì)胞來幫它們完成復(fù)制繁殖,因此它們不能夠在宿主細(xì)胞外進(jìn)行繁殖(雖然屬于細(xì)菌的立克次氏體和衣原體也具有同樣的缺陷);可接受的生命形式是利用細(xì)胞分裂來進(jìn)行繁殖的,而病毒是自發(fā)地在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行組裝的,類似于晶體的自發(fā)生長過程。雖然病毒是否是一種生命形式,目前還沒有定論,但病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的自組裝方式對于研究生命起源具有一定啟示意義,有一種假說就認(rèn)為生命是起始于有機(jī)分子的自組裝。