前几天,我为《中国科学报》微信公众号写了一篇短文《病毒:人类进化的最强推手!》,反响很好,同时也收到了很多反馈。此外,我在文中提到:“早期哺乳动物祖先,利用基因组中多余的病毒片段,借助共生的逆转录病毒演化出了胎盘。而其他的共生病毒,又帮助我们从一团细胞最终变成了成熟的胎儿,并保护我们免受各种病原体的侵害,尔后顺利地呱呱落地。
换句话说,若不是借助病毒蛋白质的话,就不会演化出最初的有胎盘哺乳动物,更不会有后来的人类。”由于这是近50年来分子生物学和生殖生物学领域最令人惊叹的发现,我以为已经是“众所周知”的事儿,限于篇幅,因而我未作详述,现借此文补叙。1970年,逆转录现象的发现,几乎是分子生物学领域石破惊天的大事!因为它打破了分子生物学原来的核心信条,即基因编码是DNA → RNA →蛋白质的单行道。
1983年,科学家又在艾滋病人身上发现了逆转录病毒(即HIV)。这样一来,就引起了下列问题:逆转录病毒能否进入人类基因组? 一向认为病毒是横向传递的,它们是否也能纵向传递?因为一般认为,母亲将HIV传给胎中的婴儿,并不是基因传递,而是类似于性感染传递。其实早在1973年,科学家们就在人体胎盘内发现了逆转录病毒的踪迹;次年又在基因组中发现了逆转录序列。
更有意思的是,人类基因组中的逆转录序列不再具有传染性,已经通过变异而变得无害了!不仅如此,到了上个世纪90年代,科学家们进而发现,人类基因组中的逆转录病毒高达8%,它们不仅失去了毒性以及传染性,而且通过变异之后,还成为了“有用之材”。最令科学家们惊奇不已的是,由逆转录病毒基因片段形成的蛋白质,竟在有胎盘类哺乳动物(包括人类在内)的胎盘起源中起到了至关重要的作用。
胎盘在哺乳动物胚胎形成的早期即出现,也就是受精卵在子宫内着床后不久,即形成了紧靠子宫壁的合胞体滋养层。如此一来,胎盘在母体与胚胎之间建立了一道“缓冲区”或“防火墙”,将两套不同的免疫系统隔离开来,不至于相互残杀。否则,胎儿在母体内根本就没有成活的希望。此外,胎盘还是母体与胚胎之间的“转接器”,通过这个转接器,将母亲体内的养分和气体送给胎儿,并把胎儿新陈代谢的废物和废气通过母体排送出去。
如此重要和神奇的器官(尽管是临时性的),竟是由逆转录病毒基因生成的,这是何等奇妙和不可思议啊!人类基因组中的这一逆转录病毒基因生成的蛋白,现在称为内源性逆转录病毒糖蛋白或合胞体蛋白,简称合胞素。这一包膜蛋白能够溶解相邻细胞间的细胞壁,形成多核的细胞层,最后形成胎盘。如果没有胎盘的话,我们就只能像所有的卵生动物那样,在小小的蛋壳内发育,仅靠蛋黄内储存的那么一点儿养分来“苟延残喘”。
有了胎盘,我们才能舒舒服服地在母体内待上9个月,有足够的时间和条件发育了硕大聪明的脑袋。研究表明,如果母体内合胞素水平下降的话,孕妇就会患常见的妊娠毒血症。在谈病毒色变的时下,我们来进一步认识一下病毒在生物演化中的重要作用与意义,应该是大有裨益的。
病毒是著名生物演化论学者道金斯先生所说的严格意义上的“自私基因的复制器”,由于它们复制和传播的速度惊人,因而在演化过程中,被其生物宿主“驯化”(domesticated)后为己所用,便是再顺理成章不过的事情了;一如人类驯化了许多自然界的敌人,比如把狼驯化成狗,为我们牧羊、做伴,成了我们的好朋友。
故此,有人把生物演化比作是“修补匠”(tinker),它不需要超自然的(即神创的)全新部件,只需要生物演化过程中长期积累起来的变异就足够了,把这些现成的“垃圾基因”修修补补,就像上述的逆转录病毒那样,在演化的关键时刻被用来化敌为友、化废为宝。因此,病毒是生物演化的强大推动力。这都缘于它们演化速度极快、并不易遭到灭绝,给变异提供无限的机会和可能。
对于缺乏病毒上述“可塑性”的“高等”生物来说,病毒可以成为他们随时“借用”的宝贵资源。正像达尔文在《物种起源》结尾所写的那样:“经过自然界的战争,经过饥荒与死亡,我们所能想象到的最为崇高的产物,即:各种高等动物,便接踵而来了。生命及其蕴含之力能,最初注入到寥寥几个或单个类型之中;……无数最美丽与最奇异的类型,即是从如此简单的开端演化而来、并依然在演化之中;生命如是之观,何等壮丽恢弘。
”长期以来,达尔文的生物演化论之所以在许多人中不受待见,主要就是因为它揭示了我们的卑微起源这一事实。刻意掩饰自己的卑微身世,似乎是人们最常见的虚荣心表现。走笔至此,我突然想到爱尔兰诗人叶芝在《最后的诗》中所写的:“我必须躺在所有梯子的起始之处,在心底污秽的破布与骨头铺子里。”他在暮年之际,借此一吐胸中块垒:无论内心深处所有的感觉有多么污秽与肮脏,我们必须正视它们,方有可能追回那逝去的诗的灵感来源。
同样,在产房里,当一个新生儿呱呱落地的时候,大家的目光都注视着宝贝般的新生命,胎盘则被当作肮脏之物,随手扔进了生物废料垃圾桶里。很少有人会去想,哪怕世上最高贵的人物,也是随着那块肮脏之物来到这个世界的;追根寻底的话,甚至于来自更加微小的病毒。
总而言之,生物演化论启示我们:目前肆虐的新冠病毒,最终或者消失,或者变异成无害的“垃圾基因”,进入人类基因组保存下来,在未来适当的时候,成为有用的内源性逆转录病毒基因服务于人体。这便是达尔文生物演化论和分子生物学,给我们描绘的美丽新世界。