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第四章 物质与生命的界限（第3页）

在光学显微镜下观察培养的感染细胞，可以直接看到细胞的裂解现象。T2噬菌体在37℃下大约只需40分钟就可以产生100～300个子代噬菌体。子代噬菌体释放出来后，又去侵染邻近的细菌细胞，产生子二代噬菌体。如此重复只需4次，一个噬菌体颗粒便可使几十亿个细菌感染而死亡。

噬菌体有时有益，有时有害。益是因为它会“吃”掉某些在人体内的病菌，可能起到治病的效果。害是因为它可能会“吃”掉一些有益菌。有时候它也侵害对人体既有害也有益的细菌。比如：大肠杆菌、葡萄球菌、酵母菌。早在1958年，我国余贺教授，就利用噬菌体成功治疗了绿脓杆菌对烧伤病人的感染。人和脊椎动物直接从病毒那里获得了100多种基因，而且人类自生复制的DNA酶系统，也可能来自病毒。

只有RNA的类病毒

类病毒是一种没有蛋白质外壳、仅由一个**的大约由350个核苷酸组成的单链环状RNA病原体。通常通过种子或花粉传播感染高等植物。类病毒RNA能作为自身的模板，利用宿主细胞的酶进行复制，产物是子代链的多联体，经过自身切割形成新的类病毒RNA基因组。类病毒不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去膜屏障，才能在供体植株与受体植株间传染，侵入宿主细胞后自我复制，并使宿主致病或死亡。

类病毒仅为一**的无蛋白外壳的单链RNA，分子量1。1105～1。3105，它是比病毒都小的病原体之一，也是目前已知最小的可传染的致病因子，比普通病毒简单，最小的草矮生类病毒（HSV）仅含290～300个核苷酸。

造成疯牛病的蛋白质朊病毒

朊病毒就是蛋白质病毒，是只有蛋白质而没有核酸的病毒，阮病毒可以引起同种或异种蛋白质构象来改变或功能改变的致病蛋白质。

就生物理论而言，朊病毒的复制并非以核酸为模板，而是以蛋白质为模板，这必将对探索生命的起源与生命现象的本质产生重大的影响。

朊病毒与常规病毒一样，有可滤过性、传染性、致病性、对宿主范围的特异性，但它比已知的最小的常规病毒还小得多（约30～50nm）。电镜下观察不到病毒粒子的结构，且不呈现免疫效应，不诱发干扰素产生，也不受干扰作用。

朊病毒对人类最大的威胁是可以导致人类和家畜患中枢神经系统退化性病变，最终不治而亡。因此世界卫生组织将朊病毒与艾滋病立为世纪之交危害人体健康的顽疾。朊病毒已经超出了经典病毒学的生物学概念，研究表明，蛋白质在特定条件下发生突变或构型上的变化，由良性变为恶性，即变为具有传染性的蛋白质颗粒，这一观点向传统观点提出了强有力的挑战。由于朊病毒引起的疾病近年来不断被发现并相继被确认，不论在人群中还是在动物群中的发病率在全球范围内都呈上升趋势，因而对朊病毒的研究具有重大的意义。

300年前，人们就发现在绵羊和山羊身上的“羊搔痒症”。其表现为：丧失协调性，站不稳、烦躁不安、奇痒，直至瘫痪死亡。20世纪60年代，英国生物学家阿尔卑斯用放射破坏DNA和RNA后，其组织仍具感染性，因而认为“羊搔痒症”的致病因子并非核酸，而可能是蛋白质。由于这种推断不符合当时的认识，也缺乏有力的实验支持，所以没有得到认同，甚至被视为异端邪说。

1986年11月至1995年5月，英国饲养的大约15万头牛感染了一种新的神经疾病，病牛从发病到死亡仅数周或数月的时间，这种病被称为疯牛病。这种病毒普通的消毒、灭菌方法都难以做到灭活，冷冻和干燥也无法将其消灭（可用5%次氯酸钙或1molLNaOH溶液浸泡60min处理），甚至加热低于400度也无法将其完全灭活，这种病毒就是蛋白质朊病毒。随后，法国、葡萄牙等其他20多个国家和地区相继也发现了疯牛病。现在有足够的证据证明其与使用牛骨肉粉饲料密切相关。

克—雅氏病也是一种蛋白质病毒导致的。20世纪20年代，两位德国病理学家首次发现这种病，后来发现该病可经外科、牙科等手术传染。英国新近发现人的疯牛病也与蛋白质病毒有关，科学家高度怀疑，人吃了患有疯牛病的病牛的内脏可能是造成人畜共患的原因。据科学推测，疯牛病的发源国，英国已约有50万人潜在感染疯牛病，这些人都可能处于长短不同的潜伏期中，如果处理不当，到2020年以后，人的疯牛病（即变异型克—雅氏病）将成为比艾滋病还要可怕的传染病。

患这种病的病人全部都伴有痴呆、共济失调、震颤等症状。

朊病毒可通过肠道壁进入脾中的免疫细胞。其他传播途径还有藏有朊病毒的免疫细胞，食用动物肉骨粉饲料、牛骨粉汤。医源性感染，如使用脑垂体生长激素、促性腺激素和硬脑膜移植、角膜移植、输血等。朊病毒特点是耐受蛋白酶的消化和常规消毒作用，由于它不含核酸，用常规的PCR技术还无法检测出来。朊病毒存在变异和跨种族感染，具有大量的潜在感染来源，主要为牛、羊等反刍动物。未知的潜在宿主可能很广，传播的潜在危险性不明，很难对其做出预测和推断。朊病毒可感染多个器官，已知的主要为脑髓，但在潜伏期内除中枢神经系统外，各种组织器官均有感染。除消化道外，神经系统、血液均可感染。预防难度大，人畜一旦发病，6个月至1年全部死亡，达到100%的死亡率。

从理论上讲，遗传“中心法则”认为DNA复制是“自我复制”，即从DNA到DNA，蛋白质的产生依赖DNA，即“DNA→蛋白质”。

而朊病毒蛋白是PrP→PrP，是为“自他复制”，即“蛋白质→蛋白质”。这明显违背了传统遗传“中心法则”。

有机物质与生命演化的蓝图

病毒基因同其他生物的基因一样，也可以发生突变和重组，因此也是可以演化的。因为病毒没有独立的代谢机构，不能独立的繁殖，因此被认为是一种不完整的生命形态。近年来发现了比病毒还要简单的蛋白质朊病毒及RNA类病毒。

病毒具有两重性，病毒的生命活动很特殊，对细胞有绝对的依存性，存在于细胞外环境时，则不显活性，但保持感染活性。病毒可提纯为结晶体，结晶体是一个化学概念，是很多无机化合物存在的一种形式。我们可以认为某些病毒同时具备化学结晶与生命活动的两种形式。遇到宿主细胞显示出典型的生命体特征，细胞体外它们属于结晶体。所以病毒是介于生物与非生物之间的一种原始的生命体。

长期以来，人们对于病毒的起源，曾有过种种推测：一种观点认为病毒可能类似于最原始的生命；另一种认为病毒可能是从细菌退化而来，由于寄生性的高度发展而逐步丧失了独立生活的能力；还有一种则认为病毒可能是宿主细胞的产物。这些推测各有一定的依据，目前尚无定论，因此病毒在生物进化中的地位是未定的。但是，不论其原始起源如何，病毒一旦产生以后，同其他生物一样，能通过变异和自然选择而演化。

原来科学家认为病毒需要活的宿主，病毒只能在动物、植物、细菌等的体内生长。但是后来科学家发现病毒能够分别在淋巴液中、豚鼠角膜组织中，能够像在细胞中那样显示活性。科学家发现切碎的母鸡肾脏的悬液对牛痘苗病毒也能够进行培养，脊髓灰质炎病毒疫苗就是用这种方法进行大规模生产的。痘类病毒的独立自主能力最强，甚至能在去细胞核的细胞中进行DNA复制，其基因组至少能为75种蛋白质编码，包括DNA多聚酶、胸苷激酶、脱氧核糖核酸酶和聚核苷酸连接酶。

2010年10月，英属哥伦比亚大学（UBC）发现了最复杂的海洋病毒——Cafeteriarensis病毒，此病毒仅次于淡水病毒——多噬棘阿米巴模仿病毒，后者拥有120万个碱基对。该病毒主要感染海洋中的浮游生物掠食者，并携带了令人难以置信的约73万个脱氧核糖核酸（DNA）碱基对，其中包括超过500个类似于基因的区域。这种病毒的基因组比一些细胞生物的基因组还大，它的遗传复杂性使科学家感到疑惑，不知道该把它归为“无生命”生物，还是“有生命”生物行列。该研究发表在《美国国家科学院院刊》上，这项研究者英属哥伦比亚大学教授柯蒂斯·苏特勒说：“我们一般认为病毒都很小，是简单生物体，只有少量基因。然而我们在这种病毒里发现的大量遗传机制，只能在有生命的细胞生物体里找到，它们需要很多基因才能产生DNA、RNA、蛋白质和糖。”

一般情况下，病毒在活宿主细胞外无法自我复制，它们需要利用宿主提供的蛋白质进行复制，有无自我复制形式是区分“有生命”和“无生命”生物的分界线。然而最新发现的这种巨型病毒却对上述归类标准发起了挑战，它们虽然仍需要一个细胞进行复制，但它们是在自己的基因组里进行编码的。研究人员指出，这种病毒拥有大量基因，这些基因通常被活细胞用于修复它们的DNA损伤以及合成蛋白质和糖。它还拥有编码病毒复制需要但是必须从宿主生物那里获取一些蛋白质的基因。

科学家一般不会把病毒划归为活的生物体，这是因为病毒无法独立复制，但是像这样的巨大病毒有自己的蛋白质合成机制以及通常在活体细胞中才能够完成的功能。这种行为将什么是活的有机体和什么是非生命之间的界限弄模糊了。

如果研究从物质到生命的进化，我们必须了解有机物质的量子性质，才能够构成一个生命诞生的逻辑图景。第三章里讲到了有机物质的量子特性，及用科学事实证明了量子本身的系统性、记忆性、自我组装性。这些性质在有机分子领域同样适用。类病毒是RNA有机分子，朊病毒是蛋白质有机分子，两者都具有复制性，遗传性。蛋白质被人体消化后，大部分分解为氨基酸小分子，但是由两三个氨基酸小分子组成的二肽与三肽的依然可以进入人体并具有生理功能。而在第五章、第七章里，会讲到小RNA分子，也具有干扰性、遗传性及信息作用。下面两个例子则说明了有机物质的一些特性：以色列甘—摩尔博士领导的研究团队，用油菜籽油、大豆油、棉籽油，橄榄油，最终配制成一种水乳化剂，用来治理蔬菜以及燕麦、大麦与小麦谷粒作物的蚜虫、螨虫与白粉病等霉病方面。甘-摩尔博认为，没有人确切知道发挥作用的方式，油可能堵塞了昆虫与无脊椎动物呼吸用的小孔，但在有关的科学看来更为复杂，油的DNA具有的某种进化防御系统可能发挥作用，由于食用油是种子加工的，进化可能赋予种植某种抗御真菌与害虫的自然机制，这意味着，食用油以至基础油的某种成分具有抵御害虫的天然能力。

人体汗液是天然抗生素，汗液中的化学物质人汗腺抗菌肽能够在略带酸性的含盐汗液中激活，刺透有害细菌的细胞膜，最终杀死这些细。这项研究是2013年2月，由英国爱丁堡大学扎查里亚博士等发现的。根据他们的研究，人汗腺抗菌肽通过汗腺传播，如果皮肤被割伤、刮伤或者被蚊虫叮咬，它们会快速而有效地杀死入侵的细菌。科学家发现人汗腺抗菌肽的分子通道长度极长，具有渗透性和出色的适应能力，能够应对各种细胞膜，同时抗击细菌和真菌。人汗腺抗菌肽的长期功效超过传统抗生素，因为细菌无法快速进化出针对人汗腺抗菌肽的抗药性，这种杀菌剂能够攻击细菌的唯一致命弱点，也就是细胞壁，持续的攻击让细胞壁无法承受。由于这个原因，人汗腺抗菌肽具有巨大的应用价值，可用于研发新型抗生素。

组成细胞膜的脂类在自然界中容易形成球形膜状结构，细胞里的有机物质——RNA、蛋白质、核糖体，在体外也能够自我组装。对于有机物质来讲，在几十亿年前的有机物质组成“原始营养汤”里，大量聚集一起的有机物质很容易形成原始细胞需要的细胞膜结构、提供原始RNA（DNA的前身）、蛋白质及两者结合的产物。它们聚集一起，就会形成记忆、系统性与自我组装性。病毒只是人们给予相对命名的，而在生物进化历史中，它们只不过是各种形式的有机物质。

从有机物质向简单结构的大分子蛋白质——RNA（病毒或者其他活性有机物质）进化会形成生命的第一步。

然后拥有简单蛋白质，RNA有机分子继续演化，并使两者结合起来，形成RNA与蛋白质的结构（病毒，或者核糖体结构）。

RNA与蛋白质形成的结合体继续演化，形成复杂的包含其他有机物质的结合体（复杂的大分子病毒，或者复杂的RNA与蛋白质的复合体）。

漫长历史中，它们继续进化、聚集、完善、修补，并拥有细胞膜或者假细胞膜结构，继续进化形成今天的生物世界。

总结：有机分子聚合下的生命进化在第三章里，我们探索了量子记忆，说明在比有机大分子更小的分子领域，量子能够具有信息记忆的特征。由于人体、生物及万物都是由原子组成的，原子核假如是葡萄（20毫米）大小，那么整个原子有大约200米左右大小。原子内部其他都是电磁场。而电子好比这个200米原子运动场中运动的一粒沙子，光是能量的基础，光本身也是一种电磁辐射，当然科学给予了量子的智慧选择性的证明。20种构成蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量是128，如果从量子角度看，有机大分子的分子量都在几千个之上，那么这些分子都可以具有信息特征。

在细胞外环境中，蛋白质、RNA、DNA、核糖体都能够自主组装。这些在细胞环境中表现活跃、像社会分工合作的人群、精确运作的分子，在细胞体内外都表现出了智慧性。

RNA是DNA的前身，RNA具有遗传性，小RNA分子也具有遗传的参与性，核糖体是RNA与蛋白质的结合体。科学已经证明，当没有细胞环境时候，核糖体照样能够复制DNA信息合成蛋白。

我们可以推测，在漫长的生物进化过程中，自然界先是产生了蛋白质（或者接近蛋白质的多氨基酸分子）、RNA等生命需要的初级毛坯有机分子。通过他们的自然聚集，加上适度的环境，就像病毒在特定物质中的活力一样，他们开始形成生命的初级阶段。有机分子互相合作，各自分工：有的负责获取能量，担当细胞膜的功能，有的负责指挥，协调，搬运；有的负责遗传，复制，繁殖，完成从有机分子到细胞微生物的的前奏，随后在细胞毛坯中完成细胞的前期初步进化。

经过几十亿年，细胞中的各个有机分子已经进化的比较完美，专职功能更强，比如RNA分子有DNA专职完成遗传的功能，蛋白质成为细胞与生物的主要框架。