病毒的起源是什么?

这可能是一个和“生命从何而来”一样迷人的问题。病毒是生命吗?第一个病毒是怎么诞生的?为什么病毒种类这么多?今天就来认识其中一个问题吧!

▲麻疹病毒具有图解结构,含有多种蛋白质和核酸。

电脑病毒确实是一种“病毒”

还记得几年前,电脑也“中毒”了,里面的病毒就是“电脑病毒”。早期有很多病毒只是为了破坏电脑,而现在的病毒多是以窃取用户信息为目的,所以一般称之为“木马”。

有意思的是,原名获得了“病毒”的精髓。如果有人把它命名为“电脑细菌”,就不会这么形象了,因为它们都是结构简单,没有独立功能的小东西。

▲著名的熊猫烧香病毒

所谓的“电脑病毒”,其实就是一些小程序。如果一台计算机从外界获得这个程序文件,并运行一次(主动或被动),就被“感染”了。这些小程序所包含的内容大致可以归纳为三个部分——“复制”、“任务”和“传播”

首先是复制。他们会自动备份自己的文件并隐藏起来。它们不能被正常方法看到或删除。

第二是任务。早期的电脑病毒会删除用户信息,甚至破坏电脑硬件,但现在的“木马”主要是窃取用户信息,发送给网络另一端的黑客。

最后是通信,这些程序会控制电脑的外部端口,以邮件或u盘的形式传播自己的副本,以此来感染另一台电脑。

▲信息安全的敌人特洛伊·马

可见,“电脑病毒”是完全依赖电脑才能生效的。它不是单个个体,但可以实现很多真实的操作。理论上你甚至可以在“任务”中携带发射核弹的程序(当然大国的武器至少需要两个人操作,不可能被黑客劫持)

▲核按钮其实就是卫星电话,最终还是需要人来操作。

只是为了复制和传播他们自己的DNA

现在我们来谈谈细胞,这很有意思。它的工作过程实际上与计算机非常相似。DNA中的信息通过转录和翻译成为主要的功能成分——蛋白质。各种复杂蛋白质的相互作用完成了细胞内外的能量和物质交换,表现出我们所知道的生命活动。从DNA到蛋白质的过程就像从计算机的硬盘中检索程序,将其翻译成机器语言并执行甚至操纵机器。

▲RNA翻译成蛋白质并自动折叠。

在这样的比喻中,DNA对应程序,蛋白质对应机器操作。那么自然的,如果一些很小的DNA片段,像那些恶意程序一样,可以进行一些与正常细胞活动无关,但是非常有利于复制和传播自身的操作呢?

没错,这些以细胞为宿主,以DNA为核心,以蛋白质外壳为主要传播工具,完全复制和传播自身的微小有机分子团,就是病毒(也有以RNA为核心的病毒,但基本原理是一样的)。

▲包装腺病毒的每一个沉淀都是一个氨基酸组。

平均3万个病毒相当于一个细菌的大小。它们是如此之小,以至于光学显微镜在病毒面前完全失效,以至于在发现细菌70年后的1898,人类才发现了第一个病毒——烟草花叶病毒,而人类真正能一窥病毒的真实内容,要等到40年后,电子显微镜问世之后。

▲电镜下的烟草花叶病毒(杆状)

虽然细菌非常小(平均5万个细菌相当于一个人肝细胞的体积),但它们是一个完整的细胞,只要提供合适的环境,就可以存活和繁殖。但是,如果没有宿主,病毒只是一些有机分子团,根本没有生物活性。因此,病毒被认为存在于生物和非生物之间,也称为“无细胞生命”。

▲冠状病毒的电镜照片,颜色加了,其实病毒是透明的。

最初发现这种病毒时,有人认为这种病毒很小,可能是世界上最早的生命形式。但是,通过上面的比喻,我们知道,没有电脑肯定不会有电脑病毒,所以地球上的第一个生命一定是有细胞结构的。所以我们想知道,世界上第一个病毒是从哪里来的?

▲这种玩具...与冠状病毒惊人的相似。

现在的主流观点是:

第一个病毒起源于细胞中的DNA突变。

几十亿年前,一个细菌的DNA片段发生了一次偶然的、概率极小的突变,它有能力把自己从DNA链上切割下来,单独复制。被切割的DNA片段中可能存在一些蛋白质相关的基因,经过一些偶然的突变,这些基因可以合成一些特殊的具有封闭空间结构的蛋白质外壳。它的表面有一些特殊的受体蛋白,可以牢固地附着在其他细菌的表面,通过离子通道打开进入细胞的大门。

▲直到现在,这个切掉多余片段的基因还在工作。

现在,自我复制的DNA片段在随机热运动中被“组装”到蛋白质的外壳中。当这种细菌死亡并破裂时,这些小东西会在环境中扩散,与其他细菌接触并将DNA片段注入其中,复制自己的DNA和外壳,直到被感染的细菌耗尽并破裂,然后将大量副本释放到环境中。于是,一个复制传播的链条就完成了,这可能就是世界上第一个病毒诞生的故事。

▲噬菌体的感染过程

从38亿年前细菌的出现到20亿年前真核生物的出现,细菌垄断了地球6543.8+08亿年,可想而知这段漫长的时间一定伴随着病毒。这些小东西仍然活跃在地球上,数量非常丰富,超过了所有其他生命形式的总和,噬菌体——或许是地球上最古老的病毒。

▲电镜下的噬菌体(当然它们也是透明的)

现在人类已经发现并命名了差不多5000种病毒,估计全世界有几百万种病毒。因为病毒随时可能诞生在任何生命形式的细胞中,可以说每一个时刻都可能是某种病毒“创世”的时刻。变异是病毒诞生的源头,只要生命还在进化,就有可能出现全新的病毒。

▲在噬菌体入侵的过程中,瘦腿其实只有粘连。

现在大家几乎都有一个大概的认识:病毒是细胞的衍生物,是虫子的集合,是反叛的DNA片段。它们在随机突变中诞生,脱离了细胞的正常生命过程,在自然选择的压力下成为具有生命特征的有机分子群体。

那为什么细胞会给虫子留下存在的机会呢?这是后话。感兴趣的朋友可以看看我的历史文章《如果世界真的是虚拟的,人为什么会生病》?》

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