今天,我们来谈谈病毒在人类进化史中的作用。病毒本身没有代谢功能,没有细胞,甚至没有细菌!新陈代谢是生物最基本的功能之一,生物最小的单位是细胞。所以病毒不是生物,而是介于生物和非生物之间的特殊生物。正是这种特殊的有机体为人类解开了生命起源的谜团。
天花病毒
第一:病毒和密码学
人类来到这个世界才三四百万年,文字发明也才近五六千年。我们如何知道地球的历史和生物的历史?主要是通过化石!然而,面对细菌和病毒的进化史,我们又遇到了困难。细菌和病毒的结构很小,很难在化石上留下痕迹。细菌是地球上最初的生命形式。不了解细菌的进化历史,就不可能解开生命起源之谜。幸运的是,随着现代生物学的发展,人类有了一个新的工具,那就是分子生物学。
地球上最早的生物是细菌,出现于37亿年前。直到现在,细菌仍然是地球上最常见的生命形式。
前寒武纪,蓝藻的化石痕迹,蓝藻是一种细菌
生物的最小单位是细胞,细胞可以分为原核生物和真核生物。地球上,真核生物之前有原核生物。原核生物没有细胞核,结构相对简单。真核生物有细胞核和复杂的结构。细菌是原核生物,而人类、老虎、狮子等多细胞动物是真核生物。细胞有一层薄膜叫做“细胞膜”,它在相对封闭稳定的环境中包裹着生命,但与外界保持一定的能量和物质交换。细菌与细胞的形成无疑是生物进化史上最重要的一次飞跃。
真核细胞和原核细胞的区别和内部结构
在细菌出现之前,其实还有一种更简单的生命形式,即“RNA世界”和“DNA世界”。如果把细菌比作一台机器,这台机器其实很复杂。在人类科技发展的今天,我们可以制造宇宙飞船、汽车,甚至人工智能(AI),但是我们不能制造一个细菌,也就是组装一个生命体,这就证明了生物的复杂性。其实我们没有制造生物的能力。人类养殖的畜禽和农作物不是人类制造的,而是人类驯化的。
做生物有多难?这就相当于把汽车的零部件放进一个盒子里,不停的摇晃,经过无数次的测试,终于摇出了一辆迷你车,这辆迷你车可以自己跑,也可以自我复制。通过不断的复制和不断的改进,出现了卡车、轿车、吉普车等类型的大轿车。生物形成的难度那么大,是否证明地球上的生物是由更高级别的生物设计的?不是!如果是这样,那么我们就陷入了无限循环的悖论。哪个生物制造了高等生物?所以,我们还是要回归进化论!
核糖核酸的结构
在一个盒子里,摇动零件形成一辆汽车是非常困难的。然而,毕竟地球上有这些部分。也就是说,生物形成的“部分”聚集在一起是有条件的。细胞由分子组成,分子由原子组成。地球环境有利于有机分子形成大分子,不断结合。当我们在中学学习化学时,我们经常看到许多有序的化学反应。其实生物进化的前身是化学反应,也就是化学进化,化学反应也可以有复制机制。然而,这种复制机制并不十分准确,在自然条件下可能会失控。如果有化学反应的精确指令就好了,于是“RNA世界”诞生了。
RNA是核糖核酸,DNA是脱氧核糖核酸。RNA和脱氧核糖核酸统称核酸,是一种大分子结构。最初的生命世界是“RNA世界”和“DNA世界”。生物学家普遍认为,RNA先于DNA产生,DNA是RNA的近亲。
细胞内脱氧核糖核酸的位置
RNA可以编译遗传信息,参与代谢活动,因为RNA是单链结构,可以折叠。RNA最早实现自我复制能力,这种复制有精确的指令。当“RNA世界”诞生时,一些没有精确复制能力的细胞在地球上进化。这些细胞的结构比今天的细胞简单得多,它们在复制过程中总是出错。然而,它们擅长新陈代谢,直到有一天,这两种生物实现共生,RNA寄生在细胞中。利用细胞的新陈代谢能力来实现繁殖,细胞的优势在于对新陈代谢有指令,可以更准确的复制自己。这两种生物达成妥协后,新的细胞就产生了。所以今天一些细胞的一些基本功能在很长一段时间内是逐渐改善的。
第二:病毒如何影响人类进化?
RNA寄生于细胞,利用细胞的代谢能力进行繁殖。打个不恰当的比喻,38亿年前,一个简单的有机体吞噬了另一个简单的有机体,然后他们形成了一个新的有机体。
一个简单生命体吞噬了另一个简单生命体的证据是什么?地球上还有一些RNA病毒,它们进入细胞的方式似乎延续了38亿年前的传统。
RNA病毒没有DNA,有DNA的病毒称为“DNA病毒”。我们熟知的麻疹病毒、埃博拉病毒、流感病毒都是RNA病毒。天花病毒和噬菌体都是DNA病毒。相对来说,RNA的突变能力比DNA更强,因为DNA的修复机制更完善,RNA是单链结构。
核糖核酸的单链结构
病毒进入细菌和多细胞生物的细胞,利用细胞的代谢能力实现繁殖。病毒可以看作是片段化的RNA和DNA,不仅包括病毒,还包括质粒(一种环状DNA)、复制子(染色体)、抗生素等。所以不仅有病毒,还有抗生素,质粒,复制子等等。
病毒和细菌可以随时利用这些碎片化的遗传信息,换句话说,它们可以进入地球的基因库,但是像我们人类这样的多细胞动物,除非使用转基因技术,否则无法进入这个基因库。世界上所有人类共享人类基因库,而人类和黑猩猩共享灵长类基因库。跨物种遗传信息无法交换,意味着多细胞动物的遗传灵活性大大降低,而病毒和细菌仍然保持遗传多样性和灵活性,这也是它们的一大优势。所以,细菌仍然是地球上的“霸主”。
病毒可以进入地球的基因库,所以也可以进入人类的基因库,也就是说可以在不同物种之间转移基因。这不是一种“转基因技术”,而是一种天然的转基因技术手段,在生物进化史上发挥着重要作用。多细胞动物的基因交流是垂直交流,病毒和细菌的基因交流是水平交流,这就是细菌对抗生素产生耐药性的原因。不同种类细菌之间的遗传信息是共享的,一种细菌对抗生素的抗性基因可能在这种细菌的远亲之间转移,因此许多种类的细菌产生抗性。因此,人类应该不断开发新的抗生素来克服细菌。当人类用药物杀死老鼠时,老鼠也会产生抗药性。但是,这个过程非常缓慢。以前杀老鼠的药现在也能杀老鼠。从这个意义上说,人类破坏自然环境,更容易导致多细胞动植物灭绝,短时间内不会产生新的物种。然而,人类很难消灭一种不断变化的细菌和病毒。
细菌的基本结构
细菌和病毒可以进行横向基因转移,那么它们会悄悄改变人类的基因吗?影响人类进化?答案是可能的。科学家认为,人类8%的DNA可能来自病毒。为什么这些病毒会进入人类基因库?我们都知道人类感染后,病毒在人体内会有一个潜伏期。有些病毒潜伏了很久,甚至不知道为什么会在这里。它们从不伤害人体。久而久之,我们的人体就把它当成了自己的一部分。至于这些基因在人类进化史中的作用,还有待进一步研究。
第三:病毒、人类行为与历史
很难从微观层面分析病毒在人类进化中的作用。但是,如果从宏观的角度来看,就会发现病毒确实改变了人类的生活。
新路线开通后,印度人感染了天花病毒
我们会在日常生活中发现一个奇怪的现象。人类咳嗽和打喷嚏。事实上,病毒诱导我们这样做。人类患有普通感冒和流感,他们咳嗽和打喷嚏。这是一种利用人体飞沫繁殖并诱导宿主做出符合自身利益的行为的病毒。这些行动超出了我们的控制。我们感冒了。如果我们刻意克制自己不咳嗽,那么我们的喉咙就会。人类感染水痘病毒,皮肤会痒。我们可以不由自主地挠。抓挠的过程就是水痘病毒进一步传播的过程。在现代之前,人类并不知道病毒是一种微生物。感染水痘病毒后,他们的皮肤会发痒。为了减轻痛苦,他们会让别人挠自己,这样有利于病毒向另一个人传播。这是因为病毒诱导人类为了自身的繁衍做出一些符合自身利益的行为。人类感染霍乱病毒会腹泻,有利于病毒通过粪便和水源传播。因此,我们的身体不仅属于自己,也属于我们体内的微生物。我们不应该错误地认为我们可以控制自己的一些行为,比如咳嗽、打喷嚏和腹泻,这些都是我们无法控制的。我们体内的微生物数量超过了我们体内的细胞数量。
20世纪初西班牙流感期间,在美国,不戴口罩,不允许乘坐公共汽车
潜伏期长的病毒其实更聪明,在潜伏期可以无意识传播。因此,病毒为自己的繁殖想出了各种方法。有些病毒很凶。人类感染后,他们很快就会生病死亡。人类死亡后,这些病毒也失去了“栖息地”而死亡。他们不是有自杀倾向吗?这种“剧毒”的方法有时对病毒有益,病毒可以在不同的生物体之间传播。当这种生物死亡时,其他生物也会被感染。从长远来看,这种病毒不会灭绝。当然,这种剧毒的做法有时对病毒本身是有害的。如果病毒的目的是消灭所有细菌和多细胞动物,那么它就会因为病毒本身不能繁殖而失去生命力。在长期的自然选择过程中,病毒往往会从“高毒力”向“低毒力”转变,使其能够在宿主体内长期存活。如果一个病毒没有找到自然宿主,杀死了所有的宿主,它就会灭绝。宿主和病毒长期和平相处,这个宿主其实是自然宿主。我们人类也有一些病毒,对我们无害,或者说它已经是我们微生物群落中的“物种”。
病毒是人类的一种“寄生虫”,但其实并不是最大的“寄生虫”。人类最大的“寄生虫”其实是自己的胎儿。换句话说,哺乳动物最大的“寄生虫”是它们自己的胎儿。胎儿的血型和基因与母亲不同。为什么免疫系统不攻击胎儿?要知道,一旦有异物侵入我们的身体,免疫系统就会攻击这些异物。免疫系统不攻击胎儿的原因是胎儿也欺骗了免疫系统。一些科学家认为,哺乳动物胎盘的进化是因为哺乳动物的祖先感染了一种病毒,这种病毒将抵抗免疫系统攻击的能力转移到哺乳动物身上,并在生殖功能上实施。这种情况是可能的,因为病毒可以进行“横向”基因交换。
孕妇
分子生物学在20世纪50年代开始发展,因为我们人类在分子水平上对生命的结构和功能所知甚少,所以关于“病毒进化理论”的一些说法还有待商榷,比如哺乳动物胎盘是由病毒感染进化而来的结论,目前还缺乏确凿的证据。
那么,病毒在人类历史中扮演了什么角色?我们举三个简单的历史事件:康熙皇帝登基的原因是因为感染了天花病毒。有了抗天花病毒的抗体,他就不会再得天花了。如果不是因为天花病毒,历史上可能就没有康熙皇帝了。这是病毒对历史影响相对较小;新航路开通后,麻疹病毒和天花病毒也袭击了美洲大陆,印第安人因为没有抗体而大规模死亡,从而使欧洲人能够在短时间内征服整个美洲大陆。从这个意义上说,病毒也改变了地球上的种族分布;1918年1月至1920年12月间发生的“西班牙流感”间接导致了第一次世界大战的提前结束。西班牙流感最早于1918年春天出现在美国,然后传播到欧洲。当时欧洲正处于第一次世界大战。西班牙流感在欧洲爆发后,一些年轻人死亡。由于缺乏军事资源,各国被迫提前结束了第一次世界大战。
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