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第2章 《病毒的起源》:病毒結構解密

  • 進擊的病毒
  • 史鈞
  • 9836字
  • 2025-08-08 17:08:48

病毒種類非常復雜,我們沒有必要非用單一理論來解釋所有病毒的起源。生命有著令人驚嘆的多樣性,我們很難用單一的模式解釋復雜的生命現象。

浩瀚的大西洋波譎云詭、惡浪排空,將歐洲大陸和美洲大陸橫隔兩地,數億年來互不相望。直到1492年,好勝心切的哥倫布才意外打破僵局,他懷揣著巨大的財富夢決定遠赴東方,去往古老的中國尋找絲綢和珠寶。哥倫布率領船隊從西班牙的巴羅斯港揚帆啟航,順著大西洋季風飄搖而去。當時人們已經知道地球是圓的,只要從大西洋一直向西航行,就能避開亞歐大陸的崇山峻嶺,直接從地球的背面繞到中國。這個邏輯聽起來沒有任何問題,航程也相對順利。經過兩個多月的劈風斬浪,船隊橫跨了整個大西洋,最終鬼使神差地來到了古巴。

聰明而自信的哥倫布并不知道自己走錯了地方,盡管面對著一座郁郁蔥蔥的熱帶島嶼,他仍然認為自己到了中國。根據大國來往的慣例,哥倫布決定派出兩名水手作為使者先行上岸打探情況。那兩名水手在島上轉了一圈,發現到處都是陌生的植物和動物,好在他們胸無點墨,對此并不在意。不過有一件事卻讓兩人印象深刻,他們發現當地土著會用棕櫚葉卷著一種干草,點燃以后放在嘴里深吸一口,接著就能吐出氣味刺鼻的濃煙。其中有個水手覺得這事很神奇,經過潛心學習,終于練成了吞云吐霧的神技,成了第一個會抽煙的歐洲人。回到西班牙后,那人經常在大庭廣眾之下表演抽煙,轟動效果堪比玩馬戲。圍觀群眾看到他鼻子里不停地冒煙,都被嚇壞了,認定他在表演巫術,于是一張狀紙將他告到官府。當地官府律法森嚴、禁絕異端,不由分說把他關進了大牢。當哥倫布航海歸來成為王室的座上客時,那名可憐的水手卻因為抽煙吃了多年牢飯,等他刑滿出獄時,意外發現滿大街的人都在抽煙。抽煙非但不再是犯罪,而且已經成為時尚。歐洲人不只用抽煙來放松心情,還把煙草當作滋陰壯陽的圣藥,甚至相信煙草可以治療黑死病。英國伊頓公學因此每天早晨都會教導孩子們集體吸煙,就像是在修習一門洗滌心靈的功課。校園里煙霧繚繞、蔚為壯觀。

煙草的燃燒產物具有強烈的成癮作用,很快就能讓人欲罷不能,吸煙風潮從此勢不可擋,一發而不可收。各國政府不久就有了兩個重要發現:一是禁煙無效,二是煙草生產可以為政府帶來巨額財富。于是他們索性任由民間煙草行業野蠻生長,對其健康危害視若無睹。此后,歐洲各國開始征收煙草稅,并設立煙草專賣局,壟斷煙草經營。各國政府殫精竭慮,不再考慮如何拯救國民靈魂,而只想著生產更多的煙草,收獲更多的財富。得到政府支持之后,煙草行業很快成為歐洲的新興產業。就算糧食谷物歉收,煙草生產依然勢頭強勁,市場價值一度超過土豆和西紅柿,成為歐洲最重要的經濟作物。

歐洲煙草種植業的持續發展,卻意外引導人類推開了病毒世界的大門。后來,歐洲殖民者對美洲大陸的貪婪掠奪,又引發了人類歷史上最為慘烈的病毒戰爭。所有這一切,都是哥倫布沒有預見到的,那時他已懷揣著財富夢想潦倒而死。當哥倫布在西班牙的巴利亞多利德奄奄一息之際,他仍然堅信自己找到了東方,而不是什么所謂的新大陸。哥倫布死時年僅54歲,死因可能與梅毒有關。歐洲人一邊嘲笑哥倫布的愚蠢與無知,一邊大發煙草財。與此同時,一種比梅毒還要煩人的傳染病卻如同鬼魅般在煙草之間蔓延開來。染病的煙草葉片上會出現點點病斑,故名煙草花葉病,最終可導致植株枯萎死亡,嚴重影響了煙葉的產量和品質,導致煙農收入銳減。歐洲煙農對此束手無策,沒人知道那是怎么回事,他們只好向年輕的德國化學家邁爾求助。

邁爾是一位溫文爾雅的學者,瘦削而沉默,受到德國政府的資助,正在西班牙調查農業疾病。看到煙農因為花葉病而蒙受巨大的經濟損失,邁爾深感同情,卻無能為力。盡管如此,他還是決心嘗試一下。1886年,邁爾做了一個著名的實驗,他先把患病的煙草葉片在研缽中研碎,再將研磨出來的葉片汁液注射到健康的煙草葉脈中,結果原本健康的煙草同樣出現了花葉病。這個實驗清楚地證明,花葉病可以傳染。

那么,造成花葉病的病原體到底是什么呢?

邁爾首先想到的是細菌。就在20多年前,法國化學家巴斯德剛剛證明細菌可以致病。細菌學說在歐洲風頭正勁,把疾病與細菌掛鉤,在當時是一件相當時髦的事情。邁爾想當然地認為,花葉病也是細菌感染的結果。由于抗生素尚未問世,人們并沒有什么好辦法對付細菌。雖然加熱可以起到滅菌作用,但正在生長的煙草無疑不適于加熱處理。邁爾只能再次表示愛莫能助,相關研究工作也就此止步。不過邁爾的工作開了一個好頭,至少人們知道該如何研磨煙草葉片,這個技術非常實用。此后,科研工作者會反復手捧研缽消磨時光,直到把研缽中的一切碾為細末為止。

時隔僅僅一年之后,也就是1887年,煙草花葉病在歐洲進一步蔓延,并且一直向東擴散,直至波及烏克蘭。烏克蘭官員根本不抽本國煙草,對煙草生產也漠不關心,烏克蘭煙農只得轉而向俄羅斯求助。莫斯科政府愛心大發,當即決定委派缺乏科研經驗的伊凡諾夫斯基前往烏克蘭調查疫情。伊凡諾夫斯基當時正在圣彼得堡大學學習,不但對疫情知之甚少,而且缺乏研究熱情,他所能做的只是到處采集生病的煙草,然后對著煙草一籌莫展。他對煙農的遭遇深表同情,并愧疚地表示無法提供任何幫助。

好在伊凡諾夫斯基并沒有把此事忘掉,他的愧疚之情久久不能平息。直到三年以后他再次來到波希米亞調研,發現當地的煙農同樣遭到了煙草疾病的困擾,他恰好讀到了邁爾的論文,于是決定重復邁爾的實驗。在當地一位農婦的幫助下,伊凡諾夫斯基先把患病的煙草葉片研磨成汁。與邁爾不同的是,伊凡諾夫斯基手里有了一件邁爾沒有的秘密武器,那就是張伯倫過濾器,這是法國微生物學家張伯倫于1884年發明的一種簡單裝置。當時張伯倫正在巴黎與巴斯德一起工作,他們非常希望發明一種工具,可以將溶液里的細菌徹底清除掉,從而得到比較干凈的無菌液。經過不斷嘗試各種材料,最終他們選定了一種未經上釉處理的瓷土,做成了蠟燭形狀,中間空心,一端開口,他們將液體注入其中后,再施加一定的壓力迫使液體從另一端流出來。由于瓷土結構細密,中間的孔洞非常小,就像精致的篩子,甚至連細菌也無法通過,這樣就可以將細菌從溶液中去除了。由于這個發明在巴斯德研究所完成,所以又稱為張伯倫—巴斯德過濾器,俗稱陶瓷過濾器。

陶瓷過濾器只是一個小小的發明,卻促進了微生物學的飛速發展。微生物學家如虎添翼,將其視為研究細菌的重要法寶。伊凡諾夫斯基也不例外,他拿出法寶,按照流程先將研磨液用陶瓷過濾器過濾了一遍。根據當時的理解,處理后的液體應該不再含有細菌。然后,伊凡諾夫斯基再將過濾液注射給健康的煙草,結果卻完全出乎意料,煙草居然還是得病了。伊凡諾夫斯基一再重復自己的實驗,每天反復研磨大量煙草葉片,結果卻無一例外。

伊凡諾夫斯基對此非常困惑,他與邁爾一樣,都無法超越細菌學說的影響。這個奇怪的結果氣得他打碎了三只燒杯,扔掉了五個注射器,想破腦袋也想不通,既然過濾液中不含細菌,煙草為什么還會發病呢。伊凡諾夫斯基怒氣終于平息,最后還是給出了一個折中的解釋:雖然過濾液中不含細菌,但卻含有細菌的代謝產物,也就是細菌毒素,可以對煙草造成同樣的傷害。他對自己的這個解釋很滿意,以至于有點揚揚自得。他無論如何也沒有想到,自己會因為這個錯誤而失去了生命科學史上值得大書特書的重要發現。

這個重要的機會留給了另一個有準備的人。

1898年,年近五旬的荷蘭微生物學家貝耶林克在抽煙葉時注意到了煙草花葉病,他突然心血來潮,準備研究這種疾病。和年輕氣盛的伊凡諾夫斯基不同,貝耶林克是一名脾氣古怪的學者,他沉迷于實驗臺上的瓶瓶罐罐,甚至連女朋友都懶得找。當時他已因發現了生物固氮作用而名聲在外,那是一個名垂科學史的偉大發現,除了缺少諾貝爾獎的肯定,貝耶林克基本沒有其他遺憾。

良好的科學素養使貝耶林克做任何事情都有條不紊,他事先對煙草花葉病做了充分的調研,先抽了很多煙葉,又查閱了大量文獻,分別重復了伊凡諾夫斯基和邁爾的實驗,再次確認無菌過濾液具有致病作用,但對于致病的原因,貝耶林克卻與伊凡諾夫斯基有著完全不同的看法,甚至對伊凡諾夫斯基的觀點不屑一顧。他是一位微生物學家,習慣用微生物思維分析問題。原因很簡單,如果過濾液中只有細菌毒素,注射給健康葉片時,就不會從一個葉片傳染給另一個葉片。但過濾液造成的疾病卻可以傳染,說明其中肯定存在某種活性物質。貝耶林克由此斷定,煙草花葉病的病原體固然不是細菌,但也絕不會是細菌毒素,而肯定是一種微小的生物,這種生物甚至比細菌還要小,以至于能夠通過陶瓷過濾器。

那究竟是什么生物呢?

事實證明,敢于給新事物命名也是一種能力。貝耶林克決定將這種生物命名為有傳染性的活動流體,為了簡潔起見,他又從拉丁文中借用了一個詞——virus,原來是液體毒素的意思,中文則翻譯為病毒。

貝耶林克充分尊重伊凡諾夫斯基的工作,盡管他很古怪,但還是很儒雅地承認,伊凡諾夫斯基才是最先發現病毒的人。可伊凡諾夫斯基對此卻并不買賬,他仍然怒氣沖沖地堅持細菌毒素的觀點,拒絕接受病毒的概念,并攻擊貝耶林克異想天開,如果所謂的病毒真的存在,他寧愿喝下一杯病毒以謝天下。這個事實讓后來的學者非常為難。在許多科學史著作中,貝耶林克都被稱為“真正的病毒學之父”,至于伊凡諾夫斯基,只是偶爾被看作病毒的共同發現者。

煙草花葉病病毒是人類發現的第一種病毒。從那以后人們才知道,原來在細菌世界之外,居然還存在更小的致病因素。由于煙草花葉病嚴重影響了煙農的收入,同時也影響了大家吸煙時的心情,人們對這種微小的生物充滿了惡意。無論拉丁文的名字,還是據此翻譯的中文名,都足以起到讓人望而生畏的效果。特別是中文譯名,且病且毒,一下就將這種小東西與邪惡聯系在了一起。后面我們將會看到,這可能是人類對病毒最大的誤解。

那么,病毒究竟是什么?

——

從貝耶林克發現病毒起,到目前為止,已經一百多年過去了,令人奇怪的是,在生命科學飛速發展的時代,科學家已經可以用電子顯微鏡把病毒看個通透,但他們居然對病毒沒有一個統一的定義。你要是問一位資深病毒學家,病毒是什么,他會先故作沉思一番,然后借口去衛生間而溜之大吉。之所以出現如此窘境,是因為病毒的類型極為繁雜。要想計算到底有多少種病毒,恐怕把全球所有人的腳趾頭加起來都不夠用。每當生物學家絞盡腦汁想好了一個病毒的定義,很快就會有一種新型病毒出現,給這個定義以當頭一擊。就連對生命科學研究具有重要指導意義的中心法則,也被病毒撕扯得七零八落。

要想理解病毒與中心法則之間的恩恩怨怨,首先必須要明白什么是RNA和DNA,這也是閱讀本書的基礎。所謂RNA,中文名字是核糖核酸,名字雖然古怪,其實每個字都有自己的來歷。比如核酸,就是指細胞核內的酸性物質。當初細胞研究剛剛起步,人們從細胞核里提取出了一些黏糊糊的東西,又不知道那是什么,只知道它們的pH值呈酸性,就很隨意地將其命名為核酸。由于核酸很容易被堿性染色劑染色,所以它們又叫作染色體。

后來進一步研究發現,核酸由一個個堿基串聯而成。假如核酸是項鏈,堿基就是一個個被串起來的珍珠,它們是一類小分子化合物,主要有兩種不同的結構:一種是嘌呤,另一種是嘧啶。要是你覺得這兩個名字有點古怪,那很正常,因為中文名字是直接從英文名音譯過來的。不要說我們會感覺古怪,就連英國人,如果沒有生物學專業背景,對這兩個英文單詞也是畏之如虎,他們根本不知道那是什么,更不要談寫出堿基的分子結構式了。據說哈佛大學有一位分子生物學專業的美女研究生曾經在2015年的圣誕晚會上承諾,只要有人能夠寫出一種堿基的分子結構式,就可以得到她的一個吻。結果只有一位七十多歲的生物化學教授寫了出來,在場的其他男生甚至連半個吻都沒有拿下。根據各自的分子結構差異,兩類堿基又可以細分為四種,分別是腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。你不必記住這些名字,連得過諾貝爾獎的科學家也懶得天天說這些單詞,而是依次用字母A、G、C、U代替。

堿基性質十分活躍,就像青春期的少年,很難安穩下來。要想在生命的舞臺上大有作為,它們還得修煉,修煉的方法就是尋找一個助手,能使其分子結構更加穩定,那個助手就是核糖。

你不要聽到“核糖”這兩個字就流口水。核糖雖然也是糖,卻一點也不甜,它們與我們平常吃的葡萄糖的分子結構完全不同。葡萄糖是六碳糖,也就是由六個碳原子構成分子骨架。而核糖是五碳糖,主要任務就是與堿基結合,進而改變堿基的分子結構,使其更加穩定。如果說堿基就像是海面顛簸起伏的小船,那么核糖就相當于沉重的鐵錨,可以讓小船不再隨波逐流。只有穩定的分子結構才能完成更為復雜的任務,生命的基礎就此基本奠定。

核酸的世界相對公平,每一個堿基都可以結合一個核糖分子,絕對不許多占多得。結合了核糖的堿基就不能再叫堿基了,科學家給它們取了個新的名字,叫作核苷。AGCU四種堿基分別形成四種核苷,依然用相同的字母表示。但核苷仍然需要繼續修煉,畢竟那是生命的基礎,修煉不可能一步成功。核苷修煉的方式是再結合一個磷酸根,由于磷酸具有強烈的酸性,核苷也就呈現出典型的酸性,名字也改成了核苷酸。一大串核苷酸串聯起來就是核酸。由于核酸中含有核糖分子,故而簡稱為核糖核酸,英文簡寫是RNA。明白了什么是RNA,也就明白了什么是DNA。

DNA的中文名字叫作脫氧核糖核酸。對比一下就知道了,那只不過是在RNA的基礎上脫去了一個氧原子而已。如此一來,反倒使得DNA的化學性質更加穩定,就像腳上拴著鈴鐺蹦蹦跳跳的小孩,只要把鈴鐺摘下來,就會顯得安靜許多。請記住這句話,DNA比RNA的分子結構更加穩定,這是我們討論病毒性質的基礎。

此外,DNA和RNA還有一點不同:DNA的堿基中沒有尿嘧啶,而是用胸腺嘧啶代替,也就是字母T代替了U。因此,我們常說的DNA序列,只會出現ATCG這四個字母。當一長串的字母用不同的序列串聯起來,就可以組成一段基因。某種生物所有基因的總稱,就叫作基因組,其中包含著這種生物生長與發育的所有信息。多數時候,這些基因就像是幾根亂糟糟的繩子,被隨便卷成一團扔在細胞核里。

無論是DNA還是RNA,其中的堿基都有一個重要特性,那就是兩兩互補。尤其是DNA鏈上的堿基,由于性質更加穩定,因而互補能力也更強。所謂互補,就是一條DNA鏈上的堿基會和另一條DNA鏈上的堿基配對,然后就像拉鏈一樣緊緊結合在一起,比如A只能和T結合,C只能和G結合。假如一條DNA鏈的堿基序列是ATCG,對應的另一條鏈的序列就只能是TAGC,這就是互補配對。既然DNA可以互補配對,當然更容易以雙鏈形式存在。如果把其中一條定義為正鏈,另一條就是負鏈。有時RNA也可以和DNA互補,和負鏈的DNA互補的RNA也就成了正鏈RNA。

至此我們基本明白了DNA和RNA的關系,它們都是生物體內的重要物質。但生物體并非只由這兩種物質組成,否則我們只能得到一大堆黏糊糊的核酸,既不好看,也不好吃。所以生命結構中必然還有其他成分。

每天坐在餐桌前,我們都會發現,很少有人會專門去炒一盤核酸來吃,因為核酸根本不需要補充。所有細胞里都有核酸,不管是黃瓜還是豬肉,沒有例外。我們都離不開核酸,但我們都不缺核酸。其他營養物質則不然,多數情況下都需要專門補充。比如我們會吃面包,那主要由多糖類物質構成,可以補充能量;我們還會吃雞腿,可以補充蛋白質;有時我們還會吃一塊油膩膩的紅燒肉,那主要是由脂肪構成的。多糖、蛋白質和脂肪,這三大類有機物質圍繞著核酸,構成了生命的主體框架。其中脂肪和多糖等主要依靠蛋白質來合成。

那么蛋白質又是如何合成的呢?這就是中心法則準備回答的問題。

克里克與沃森在1953年成功破解了DNA的雙螺旋結構,兩人揚眉吐氣,氣場全開,一舉開辟了分子生物學的新時代,并于1962年獲得諾貝爾獎。此后,克里克再接再厲,又提出了著名的中心法則。那是一項雄心勃勃的工作,既然命名為中心法則,當然希望所有生命全都遵守。為此,克里克考察了很多生物的運作機制,唯獨漏掉了毫不起眼的病毒。

中心法則的核心內容是這樣的:DNA序列是記錄遺傳信息的唯一載體。當需要合成蛋白質時,DNA先要將相關信息轉移給RNA,就像把U盤上的信息拷貝到電腦硬盤上一樣,這個過程叫作轉錄,由此生成的RNA就稱為信使RNA,英文簡寫是mRNA。mRNA再指導核糖體合成蛋白質,這個過程叫作翻譯。核糖體是合成蛋白質的分子機器,由蛋白質和一些短的RNA分子組合而成,對于生命活動具有舉足輕重的作用。沒有核糖體就不會有蛋白質,沒有蛋白質就不會有細胞,所以多數細胞內部都含有大量核糖體。

核糖體接收到mRNA提供的信息后,就會合成相應的蛋白質。每條mRNA都會指導一種蛋白質的合成。蛋白質合成好以后,就可以繼續執行其他任務,新陳代謝的各個環節都離不開蛋白質的作用。

如果說基因是隱藏在幕后的策劃者,那么蛋白質就是活躍在前臺的主角,RNA則在其中起到穿針引線的作用。在這條生命的流水線上,遺傳信息只能從DNA傳給RNA,再由RNA傳給蛋白質,這就是中心法則。

中心法則剛提出時,以其簡潔優美的形式和對復雜生物的統一描述而令人心馳神往,曾經被認為是生物學研究領域里程碑式的理論。無論是動物還是植物,細菌還是真菌,單細胞還是多細胞,都一并遵守這一法則。中心法則簡直就是制衡整個生物圈的無上真理,在很長時間內,都指導著分子生物學的基礎研究工作。克里克也因此差點再次獲得諾貝爾獎。可惜正當中心法則大行其道之際,小小的病毒卻突然登場,讓完美而優雅的中心法則瞬間分崩離析,最后只剩下一個名詞供人憑吊。

病毒是如何做到這一點的呢?

這要從病毒學的基本研究說起。生物學家有個簡單的訣竅,當他們想要認真研究某種生物時,首先會對這種生物進行分類,所以我們能看到各種分類學,有動物分類學、植物分類學、昆蟲分類學、細菌分類學等。病毒當然也不例外。病毒學家希望先對病毒進行分類,當把所有病毒分門別類歸置好以后,就可以舒舒服服地展開研究了。這樣做的好處是,至少學術資料顯得比較有條理,這種病毒屬于這個科,那種病毒屬于那個科,井然有序、絲毫不亂,盡顯學術風范。然而這套設想似乎在病毒身上失靈了。

資深的病毒學家都知道,病毒極難分類,完全不像動物那樣。我們只要看一眼,就知道機靈的是狗、靈巧的是貓、呆頭呆腦站在旁邊發愣的是一頭蠢驢,一般不會搞混。是以動物分類學相對簡單,人們也容易接受,畢竟狗和貓看起來確實不一樣。但病毒卻不同,它們幾乎亂成了一團,基本處于貓狗難分的狀態。

有人誤以為病毒結構簡單,理所當然地應該容易分類才對,有一位康奈爾大學的病毒學博士也是這么想的,他畢業后決定留校工作,興致勃勃地準備將所有農作物病毒進行一個詳細的分類,于是連續整理了三年病毒學資料,最后改行去做了三輪車維修工人。與三輪車比起來,病毒的類型實在是太瑣碎了,其混亂程度遠超一般人的認知。如果非要做一個形象的比喻,請想象一輛裝滿了雞蛋的卡車,艱難行走在海拔兩千多米的高山公路上,突然間一個打滑,卡車凌空側翻,車里的雞蛋頓時滾了出來,順著山坡不斷墜落,最后全部摔碎在山坡上。這時有人讓你把這些摔碎了的雞蛋形狀做一個簡單的分類,你會怎么想?病毒分類學家就面臨著如此混亂的局面。

盡管病毒分類難度很大,但并不等于完全不能做。面對復雜的問題盡量找出合理的解決方案,一直是科學家的主要職責。他們明知其不可為而為之,對病毒進行了基本的分類嘗試。最簡單的分類原則就是,根據所含核酸不同,可以將病毒分為兩大類,即DNA病毒和RNA病毒——要么含有DNA,要么含有RNA。到目前為止,還沒有發現哪種病毒同時含有兩種核酸。然后,他們就可以根據核酸的其他特征進一步分類:比如要么是雙鏈,要么是單鏈;要么是正鏈,要么是負鏈;要么是環狀,要么是線狀;要么分段,要么不分段。也就是說,病毒基本采用了所有理論上可能的核酸結構。

有的分類系統另辟蹊徑,不去追究核酸組成,而是根據宿主不同,把病毒細分為動物病毒、植物病毒、昆蟲病毒、細菌病毒等。至于更加詳細的病毒分類方案,并非本書討論的重點。你只要記住一點,病毒類型真的很復雜,你最好不要研究病毒分類學,否則你將成為最沉悶和最枯燥的人。

病毒類型不同,結構自然也各不相同。它們有的帶有保護性外殼,外殼上鑲嵌著奇怪的蛋白質;有的病毒則僅有一根隨意扭曲的核酸鏈條,此外再也沒有其他包裝。最小的病毒基因組只有幾千個堿基,編碼一個結構蛋白或幾個必需酶類;有的病毒基因組則很大,甚至相當于細菌的級別。重要的是,有的病毒遵守中心法則,有的則視中心法則為無物。克里克因此而被病毒搞得顏面掃地,很長時間內都不愿意提起“病毒”這個詞。后來他直接離開了分子生物學領域,轉行研究大腦去了。病毒對中心法則的挑戰剛剛出現時,許多生物學專業的學生都不愿意接受這個事實。兩名普林斯頓大學的研究生為此在實驗室里爆發了激烈的論戰。支持中心法則的學生認為,中心法則如此簡潔流暢而又具有普遍價值,不可能是錯誤的。如果非要說中心法則與實驗結果相矛盾,那肯定是某種實驗環節出了問題。另一名學生則認為,中心法則只是對生物現象的總結概括,必然受到人類認知能力的限制。由于人們收集的資料嚴重不足,總結的內容不可能面面俱到,所以中心法則完全有可能被改寫。

兩人吵得不可開交,甚至到了要決斗的地步。決斗的方式不是用槍,也不是用劍,而是用一杯福爾根染色劑,那是一種專門給核酸著色的化學物質,有著強烈的化學毒性。如果誰輸了,就要把那杯福爾根染色劑喝掉,結果可能不死也會殘廢。最后生命科學院的院長不得不出面調解,他專門邀請了一位病毒學家,在學院舉行了一場小型學術研討會,全面介紹了病毒研究的成果,并用有力的證據證明,對病毒的研究已經發現了大量證據,表明中心法則并非不可違背。本著科學的精神,中心法則至少要進行修訂,而且可能是反復修改。在院長的調和下,兩名學生終于握手言和,那瓶福爾根染色劑也被學院沒收,供低年級學生做實驗用。

那么,病毒到底造成了哪些麻煩呢?

根據中心法則,遺傳信息只能單向流動,也就是從DNA到RNA,再到蛋白質,但病毒卻不斷打破這個規則。比如有些RNA病毒根本不含有DNA,而只以單鏈RNA作為遺傳物質。這個現象首先就破壞了中心法則的基礎,因為中心法則默認DNA是遺傳信息的唯一載體。更麻煩的是,既然有些病毒以RNA為載體,就可能涉及將遺傳信息從RNA朝DNA的逆向流動。如果真是那樣,就等于徹底顛覆了中心法則。

很快人們就發現,如此擔心絕非多余。

1970年,科學家在病毒體內發現了逆轉錄酶,可以將RNA逆向轉錄生成DNA。這種病毒后來也被稱為逆轉錄病毒,它們是挑戰中心法則的急先鋒,對準中心法則開了第一槍。但麻煩并沒有就此結束。后來發現的朊病毒,又給了中心法則致命一擊。這種病毒本質就是一種蛋白質,不含有任何核酸成分。從某種意義上說,朊病毒沒有遺傳信息,卻同樣可以代代相傳,說明其中必有詭異。研究表明,朊病毒相當于一種蛋白質變構酶,它們會將其他蛋白質重新折疊,然后形成與自己完全一致的蛋白結構,這樣就等于產生了一個新的“后代”。由于蛋白質是由二十種氨基酸組成的,不同的蛋白質有不同的氨基酸序列。在朊病毒的傳代過程中,生命的信息隱藏在氨基酸序列里,而不是在堿基序列里。它們是從蛋白質流向了蛋白質,而不是從DNA流向蛋白質,和RNA更是沒有直接關系。

正因為病毒有著如此奇特的表現,有些生物學家才會惱羞成怒,他們為了維護中心法則的核心地位,干脆宣稱:“病毒根本就不是生命,而只是一些可以進行生化反應的有機碎片。”

這種觀點并不新鮮。美國生物化學家斯坦利早在1935年就注意到,動物胃蛋白酶可以破壞煙草花葉病毒。斯坦利因此猜測,這種病毒可能與蛋白質有關,于是他收集了幾噸重的染病煙草葉,研磨成汁后,一點點提取其中的花葉病毒,終于得到了一小匙針狀結晶。如果健康的煙草葉片被結晶摩擦幾下,同樣會出現花葉病癥狀。這個結果證明,病毒可以像一些大分子有機物那樣進行提純結晶,而且結晶以后仍然能夠保持感染活性。斯坦利因此于1946年獲得了諾貝爾化學獎,是第一位因為病毒研究而獲諾貝爾獎的科學家。此后,更多的病毒被制成了結晶。當克里克提出中心法則時,病毒學家已經結晶了十幾種病毒顆粒。面對如此多的病毒被制成了結晶,有人理所當然地認為,既然病毒能夠被結晶,就說明它們與普通的有機物并沒有本質的區別。換句話說,病毒只是一種稍顯復雜的有機物,并不能算作是生命。克里克私下里也贊同這種觀點,他說:“在有機物的世界里,任何反應都有可能發生,那與中心法則無關,而只與物質的反應能力有關。”

一石激起千層浪,關于病毒到底是不是生命的討論,立即成了眾人關注的焦點。然而這個問題并不容易回答,因為其中還涉及另外一個問題:什么是生命?如果我們搞不清楚生命是什么,當然就無法知道病毒到底是不是生命。

那么,生命是什么呢?

麻煩的是,關于生命的定義又是一筆糊涂賬。

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