【作者/叶盛 , 来源/“科学大院”公众号(ID:kexuedayuan)】 病毒有毒吗?病毒算是生命吗?病毒是怎样让人生病的?有药物能杀死病毒吧?病毒跟病菌有什么区别?读了那么多谈冠状病毒的文章 , 可你真的了解病毒吗?本文或许能帮你重新认识病毒 。 生命的类似物 什么是生命? 如果世界上没有病毒存在的话 , 上面这个问题的答案就很简单了——生命都是由细胞构成的 。 无论是单细胞的细菌、古菌、真菌 , 还是多细胞的绝大多数动植物 , 它们的生命活动都离不开细胞这个基本单元 。 细胞的意义在于 , 它将“生命”这个概念圈在了细胞膜这样一道“围墙”里:墙内生机盎然 , 蛋白质催动着千万种生化反应 , 吸收利用能量 , 合成分解生物分子 , 维护复制遗传信息 , 有序度不断增加;墙外的世界则是生命的荒原 , 能量从高峰流向低谷 , 无序度不断增加 。
在细胞膜这样一道“围墙”里 , 生机盎然(图片来源:http://portfolios.scad.edu/) 然而 , 病毒的存在给科学家们出了一道难题 , 让生命的定义变得模糊不清 ,
因为它既像是生命 , 又不像是生命 。 首先 , 从构成上来讲 , 病毒像所有细胞生命一样是由蛋白质、核酸、磷脂这些生命分子组成的 。 这就意味着它们也是高度有序的存在 , 是消耗能量才能生成的产物 。 其次 , 病毒也像细胞一样利用核酸分子来保存遗传信息 。 有些种类的病毒利用脱氧核糖核酸(DNA)作为遗传物质 , 有些则是用核糖核酸(RNA)作为遗传物质;有些病毒种类利用的核酸是单链 , 有些则是双链 。 相比之下 , 细胞则要统一得多 , 无论是什么生命形式的细胞 , 遗传物质都是双链DNA , 而RNA大体上只作为从DNA到蛋白质的中间环节而存在 。 甚至 , 病毒也有自己的“围墙” , 以保持自己这个生命世界的独立完整 。 包围细胞的围墙各式各样 , 但一定都会具有由磷脂分子组成的细胞膜 , 上面还插有不少蛋白质 , 起着物质通道或信号探测器的作用 。 病毒的围墙更是千差万别 , 但与细胞正相反的是 , 一定都会有一层完全由蛋白质分子组成的壳 , 称为衣壳 。 相对于柔软、流动的细胞膜而言 , 病毒的蛋白衣壳是坚实而固定的 , 还常常会搭建成正二十面体或螺旋体等结实的几何构型 。
A.无包膜病毒;B.具包膜病毒 。 ①衣壳 , ②核酸 , ③壳粒 , ④核衣壳 , ⑤病毒体 , ⑥外套膜 , ⑦刺突蛋白(图片来源:维基百科) 静止的河流 尽管有着如此之多的相似之处 , 但病毒与细胞还是有一些本质上的差异 。 其中最重要的一点就在于能量的流动性上:如果说细胞是流动的生命 , 那么病毒只能算是静止的河流 。 为什么这么说呢?让我们回到“什么是生命”这个问题上来 , 有人说:生命就是活的东西 。 那么再追问一句:什么算是“活”呢?显然 , 能否运动不是一个标准 。 不要说植物这些基本不会运动的生物 , 就连动物之中也有很多物种是一生固定不动的 。 但是 , 不管是什么生命形态的细胞 , 它的“围墙”之内一定是活的 。 细胞会直接利用葡萄糖这样的能量物质 , 或者像植物一样获取光能 , 然后再利用这些能量完成千千万万不同的生物化学反应 。 一个小小的细胞里 , 小到两三个原子组成的氧分子与二氧化碳 , 大到数以万计的原子组成的蛋白质或核酸分子 , 它们都在不停地分解合成 , 再分解 , 再合成 , 周而复始 , 生生不息 。
左:葡萄糖分子在细胞内逐级氧化 , 可控释放能量;右:葡萄糖通过燃烧剧烈释放能量(图片来源:http://www.nature.com/) 哲学家总是说:你不可能两次跨过同一条河流 。 生物学家则会说:你不可能两次看到同一个细胞 。 因为此细胞非彼细胞:上一次看到的细胞里的分子大都已经分解消失 , 又被一模一样的新合成出来的分子所取代了 。 这是一个消耗能量的过程 , 也是生命所谓“活”的实质所在 。 从这个意义上来讲 , 病毒是“死”的 。 病毒只是把承载遗传信息的核酸分子 , 以及少量对启动复制过程有用的蛋白质分子 , 包裹在了一层蛋白质衣壳的硬壳之中而已 。 有些种类的病毒还会再在外面包上一层类似细胞膜的包膜 , 能够起到伪装自己的目的 。 在病毒颗粒中 , 不存在正在进行的生物化学反应 , 没有能量的流动 , 也没有物质的合成分解 , 是一条“静止的河流” 。 终极寄生者 病毒这样一个“死”的生命碎片 , 如果离开“活”的生命 , 那就永远只能保持“死”的状态 。 纵使病毒有遗传信息 , 却没有复制遗传信息的分子机器 , 也没有生产更多衣壳蛋白的分子机器 , 也就没法组装出新的病毒颗粒来 。 但是 , 干这些活儿的分子机器在活细胞里都有 。 于是 , 病毒必须要入侵活细胞 , 利用活细胞的分子机器 , 以及能量和物质 , 才能生产出更多的病毒颗粒来 。 不过 , 从进化的角度来看 , 病毒显然有着多种不同的进化起源 , 因为它们利用细胞的方式迥然不同 。 咱们不妨简单看看几种RNA病毒的不同骗术 。 首先是正义单链RNA病毒 。 冠状病毒科就属此类 , 包括能够感染动物的冠状病毒 , 会引发我们普通感冒的温和的冠状病毒 , 以及导致了SARS、MERS和此次疫情的三种厉害的冠状病毒 。 它们的遗传物质都是一条长长的RNA单链 , 入侵细胞后扮演了信使RNA的角色 , 欺骗细胞以它们为模板来生产病毒的蛋白质 , 基本算是骗术中的小儿科了 。
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