1859年11月24日，是一个值得记住的日子。这一天，达尔文的《物种起源》出版了。160年过去，在这部巨著的引领和启发之下，人类已经初步描绘出了一幅跨越数十亿年的生命宏图：现在地球上所有的生物都源自同一个祖先，随着地球历史的演进，散布到多样的自然环境中，形成了一株壮丽的生命演化之树。然而，病毒却在这棵巨树的上空投下了一个阴影——这种生命体是如此简洁而高效，却又与所有的细胞生命截然不同。它们与众多细胞形态生命的关系令人百思不得其解：病毒从哪里来？它们经历了怎样的起源与进化？

这些，至今还是一个谜。

1936年，苏联生物化学家亚历山大·伊万诺维奇·奥巴林出版了他的著作《地球上生命的起源》。在这本书里，奥巴林阐述了他关于生命起源的假说：生命的起源可以分为四个阶段，即从无机小分子生成有机小分子的第一阶段、从有机小分子生成有机大分子的第二阶段、从有机大分子物质组成多分子体系的第三阶段和有机大分子体系演变成原始生命的第四阶段。这种理论被称为生命的化学起源假说。

1953年，美国芝加哥大学研究生斯坦利•米勒，在其导师哈罗德•尤里指导下，完成了在模拟原始海洋与大气条件下，由无机混合物获得有机化合物的实验。米勒在密闭无菌的烧瓶里装入水、甲烷、氨、氢气和一氧化碳，通过电极放电（模拟闪电），生成了氨基酸、糖类和脂类等小分子有机化合物。这一实验在很大程度上支持了生命的化学起源假说。

然而，就连米勒自己都认为“这些见解只是推测，因为我们根本不知道地球当初形成时，大气是否处于还原状态……”而且，即使在原始的地球环境中确实发生过米勒实验所模拟的过程，但这些有机物又是如何产生出蛋白质、核酸？特别是，从蛋白质、核酸等物质又是如何跨越关键的一步，变成具有自我复制、繁殖功能的生命？这些问题仍旧没有确定的答案。

人们对化学起源假说的一个重要质疑就是，很难想象简单的有机小分子依靠随机的聚合作用，就能产生像DNA这样具有精妙结构的活性分子。并且，在从细菌到人类的所有现代生物中，核酸(DNA)储存的遗传密码控制着蛋白质的合成，而核酸要执行遗传物质的功能又需要蛋白质作为催化剂。这样一来，在生命的起源中是先有核酸还是先有蛋白质，就成为一个类似“先有鸡还是先有蛋”的问题。

1986年， 美国分子生物学家沃特·吉尔伯特提出了重要的“RNA世界假说”。该假说认为，在地球生命的萌芽期，存在一个这样的阶段：生命的信息由RNA存储， 并且，一部分RNA分子能自我催化、自我复制——这解答了DNA和蛋白质的“鸡蛋悖论”：既不是先有“鸡”，也不是先有“蛋”，而是先有了RNA！该系统进化到最后， RNA存储遗传信息的功能被结构更加稳定的DNA代替， 而催化功能则由催化能力更强的蛋白质所取代， 从而形成了现代的DNA-RNA-蛋白质世界。后来，美国科学家西德尼·奥尔特曼和托马斯·切赫相继发现了具有催化能力的RNA分子，则为该假说提供了实验支撑。

“RNA世界假说”为病毒的起源提供了这样一种可能：在40多亿年前，有机大分子形成以后，生命的演化来到了第一个岔路口。一些“革新派”走上了复杂化、大型化的细胞之路；另一些“保守派”则走向了精简、高效的病毒之路。病毒寄生在细胞中，与宿主共同进化。而生存至今的类病毒、卫星病毒，其实就是古老“RNA世界”的“遗老”。

“所有地球生物源自同一祖先，通过演化形成今日世界”这幅秩序井然而又神奇壮阔的图景，对于所有科学家来说，有着不可抗拒的吸引力。病毒起源于“RNA世界”里的原始大分子这一假说令人鼓舞之处在于，将病毒也纳入地球生命的进化谱系之中。但是，这是否就是病毒起源问题的答案呢？

20世纪70年代，美国科学家卡尔•乌斯发现，一些生活在高温热泉、盐碱池沼等极端环境中的微生物，原本被认为属于细菌，但其实与细菌的亲缘关系相去甚远。乌斯通过对细胞中核糖体RNA的研究提出，约在30亿年前，生命就已经“兵分三路”，演化出古菌、细菌和真核生物三大类群。乌斯把这三大类群称为“域”，这是一个比“界”更大的分类阶元。三个生命域来自于一个共同的祖先——最终的通用细胞祖先（last universal cellular ancestor）。这一假说引起了众多科学家的关注，大家亲切地把这位神秘的“最终祖先”称为“露卡”（LUCA）。如果病毒起源于原始大分子的假说是成立的，那么，早在露卡出现的时候，病毒就已经跟细胞生命分道扬镳了。生命三域中没有病毒的位置，它们是与细胞生命截然不同的“第四域”生命。

1992年，一位英国微生物学家在英国布拉德福德一家医院的冷却塔中发现了一种巨大的病毒。这种球形的病毒寄生在冷却水里的变形虫体内，直径超过400纳米（腺病毒、冠状病毒等常见病毒的直径通常在80~100纳米之间）。如此巨大的体形使发现者认为这只是一种细菌。2003年，法国科学家重新研究这些样本时发现，这是一种前所未知的病毒。这种病毒不仅有超出某些细菌的巨大体形，还有着远远多于普通病毒的基因。科学家把这种病毒命名为拟菌病毒（mimivirus,“米米病毒”）。2008年，科学家又发现了“妈妈病毒”（mamavirus）；2013年，发现了直径达1微米的“潘多拉病毒”（Pandoravirus）。

米米病毒等拟菌病毒能够在显微镜下被观察到，但它们更加独特之处在于：它们含有的DNA能够编码RNA信息翻译成蛋白质过程所需的分子——常规的病毒是通过宿主细胞来完成这一任务的。这表明，这些巨型病毒的祖先可能能够在宿主细胞外存活。然而这项发现却使研究者分成了两个阵营：一方认为病毒源自可悲的“囚徒”：一些原本自给自足的有机体，因偶尔被困在其他细胞内，抛弃了它们不再需要的基因后变成了寄生于细胞的病毒；另一方则将病毒视为“叛逃者”：它们由细胞中的一些“部件”，如质粒、转座子等“逃离”细胞而形成，并在数亿年的时间里从细胞中不断获取遗传物质。

以上关于病毒起源的三种假说各有例证，同时也都存在难以解释的问题。而这种困难不仅因为人类对病毒还知之甚少，也来自病毒自身的复杂性。

从人类到草履虫，地球上真核生物间的“相似性”超出人的想像。据说，人和黑猩猩的基因相似度超过97%，和果蝇的基因相似度超过60%，和酵母菌的基因相似度都有约30%。病毒与病毒之间则不是这样。病毒按其遗传物质的特性可分为三种类型：DNA病毒、RNA病毒、DNA 和 RNA 反转录病毒 ( 如反转录病毒、嗜肝 DNA 病毒、花椰菜花叶病毒等 )。这三类病毒性质明显不同 ，彼此之间，甚至是同一类型的不同病毒之间，其遗传信息都甚少有共同之处。这也许说明，不同的病毒有着不同的起源和不同的进化历程：RNA病毒起源于细胞出现前的“RNA世界”；一些DNA病毒由RNA病毒进化而来，另一些则是自身独立进化的结果。

人类对生命起源的探索仍在路上，病毒的起源问题也仍旧没有答案。病毒知道生命的奥秘，但它还没有准备告诉人类。

作者：刘从康，武汉出版社副编审。中国地质大学地层古生物学专业毕业。国家义务教育教材《科学》（7～9年级）设计人、主要作者。本土原创科普丛书《江城科普读库》策划编辑。《身边的鸟》《身边的二十四节气》《武汉植物笔记》作者。阅读武汉“聊节气知物候”专栏作者。

来源：阅读武汉

编辑/韩世容