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    病毒和生物进化有什么关系?

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    • 科普答疑
    • Lv.14变形虫
      牛顿

      病毒似乎十分邪恶,它抢占宿主所有的生存资源,直到杀死宿主,然后就毫不留恋地离开,寻找下一个“旅馆”。但其实,病毒为了生存,不只是伤害了宿主,也常常帮助宿主,促进了宿主进化。
      病毒促进基因演化

      在生命刚起源的时候,病毒并不像现在这样“邪恶”,它们也是一群独立勤劳的生命,拥有自己的基因,自己制造食物,自由自在生活。直到原始病毒遇上了真核生物的祖先——洛基古菌,它才改变了自己的生活方式。胎盘是胎生动物孕育胎儿必不可少的器官,它的一端连接着母亲的子宫壁,另一端连接着胎儿的血液系统,既能将母亲体内的营养物质和氧气等传递给胎儿,又能将两者的血液系统分开,避免了母亲体内的免疫细胞进入胎儿体内,保证了胎儿正常地生长和发育。这个描述是否让你联想到病毒的特征,病毒在宿主体内不也正是这样生存的吗?科学家发现,胎盘还真是病毒带来的。
      美国科罗拉多大学的基因学家爱德华·楚龙在分析人类胎盘细胞的基因时,发现了一些来自病毒的基因,没有它们,胎盘就不能形成。其中一种基因叫做合胞蛋白基因,它能通过表达合胞素,促进胎盘中滋养层的形成。滋养层是胎盘最外层的细胞,它与子宫壁相连,分离母体和胎儿的血液系统,同时保证两者之间的物质交换。在胎盘中,还有一些病毒基因负责控制激素释放的时间和数量,进而控制胎儿的生长状态和出生时间。当这些激素的水平异常时,可能会导致早产、新生儿体重过轻等现象。
      据相关研究,胎盘出现的时间可以追溯到2亿~1.5亿年前,这使得陆生动物的生育方式开始由卵生转变为胎生。这种转变正是病毒基因带来的,病毒彻底改变了哺乳动物生育后代的方式,为发育的胚胎提供了保护、营养以及稳定的恒温发育条件,最大程度降低外界环境条件对胚胎发育的不利影响,提高了后代的存活几率。而从结果来看,胎生确实优于卵生,为胎生哺乳动物——人类统治世界奠定了基础。
      人类记忆依赖病毒?

      我们都承认,人类之所以能成为新一代地球霸主,靠的是智力而不是体力,而人类的高智商的来源,也许正是病毒。
      美国犹他大学和美国马萨诸塞大学医学院的两个科学家团队各自独立发现,一种叫做Arc的与学习和记忆有关的基因与逆转录病毒(如艾滋病病毒)的相同,而且,它能像病毒基因一样,在不同神经元间“跳跃”。
      犹他大学的研究人员将Arc基因引入细菌细胞中,让其进行表达。令他们惊讶的是,当细菌细胞产生Arc蛋白时,它会聚集成一种类似病毒衣壳的形式,这种壳含有病毒的遗传信息。马萨诸塞大学的科学家则将该基因引入果蝇体内,在果蝇体内,Arc基因产生的mRNA能在细胞间自由穿梭,将不同细胞联系起来,实现细胞间通讯,而这正是记忆产生的基础。
      科学家推测,这种基因来自4亿年前的古老病毒。这种古老病毒在4亿年前入侵了陆地生物并将其基因留在了它的基因组中,其中包括Arc基因。后来,Arc基因继续变异和演化,最终为人类的大脑和记忆的发展、为我们现在的文明和智慧的出现铺平了道路。
      病毒基因“复活”

      现在,我们可以说人类的发展离不开病毒基因的帮助,可是,病毒为什么要帮助人类呢?这种帮助是无偿的吗?并非如此,也许病毒的帮助只是为了自己的“复活”。
      渐冻症是一种慢性神经元性疾病,会导致人的身体肌肉逐渐无力并萎缩,从而影响运动、吞咽和呼吸功能,最终致死。很长一段时间,科学家都没能找到渐冻症的有效治疗药物,直到2005年,一个意外发现改变了这一现象。当时,一位可怜的病人同时罹患艾滋病和渐冻症,医生给他开具了治疗艾滋病的药物。在服用艾滋病药物一年后,奇迹发生了,这位原本难以上楼、几乎无法用餐、无法自行从地上站起来的患者竟然能够正常走路了。
      治疗艾滋病的药物能够治愈渐冻症,这是什么原因?容易想到,渐冻症的病因也与逆转录病毒有关,因此,艾滋病药物才能生效。通过翻阅资料,美国马里兰州卫生研究院的神经学家纳特提出了猜想,导致渐冻症的逆转录病毒并不是外来的,而是存在于人类的基因组中。后来,这种致病病毒果然被找到了,那就是HERV基因。
      HERV基因早在5500万年前就已从逆转录病毒体内转移到了古代灵长类动物的基因组中,它在渐冻症病人的体内非常活跃。纳特团队将HERV基因转入小鼠体内,该组小鼠果然出现了类似渐冻症的症状,包括痉挛、虚弱和肌肉萎缩等。其他科学家还找到了HERV基因的其他亚型,比如HERV-W、HERV-L和HERV-Fc等,它们分别在不同的历史时期进入哺乳动物的基因组,并且均与包括渐冻症在内的多种退行性神经疾病有关。
      当然,病毒之所以让人类演化出胎盘、发展出智力,并不是为了让人类生存得更好,而是它们自身潜伏在人类体内,要让人类保住霸主的地位,病毒才能长长久久地与人类共存下去。不得不说,这实在是一种聪明的策略,也算是“偷懒”创造历史的另一佐证吧。一个不那么浪漫的猜想是原始病毒和洛基古菌间曾发生激烈的竞争,洛基古菌一口吞下了个头“娇小”的原始病毒。但战争并未结束,病毒在洛基古菌的身体内搭建了一间“房子”,将自己的基因组与古菌的基因组分隔开来,继续独立生活。慢慢地,病毒发现靠洛基古菌“饲养”的生活似乎更美好,于是它丢掉了那些在寄生生活中非必需的基因,逐渐变成了一个寄生者。但是洛基古菌也很聪明,它又搭建了一个更大的“房子”将病毒包裹起来,企图将没有独立生活能力的病毒饿死。最后,病毒确实饿死了,但也永远变成了洛基古菌的一部分——细胞核中的部分基因。
      这些基因在漫长的演化过程中不断有新的补充,越来越多的病毒将自己的基因整合到了人类祖先的基因组中。到了今天,人类的基因组中约有8%至10%的病毒基因。
      病毒促进胎生

      融入的病毒并没有从此消失,它活跃在一些重要的历史转折点。
      究竟是卵生好还是胎生好?到了现在,我们还是很难给出一个确定的答案,卵生速度快,产卵数量多,但是卵的孵化率和幼仔的成活率非常低;与之相比,胎生幼仔的成活率更高,但怀胎时间更长,妈妈还可能遭遇意外导致一尸数命。该怎么生孩子,实在让人难以抉择,好在病毒帮我们选出了答案。
      —选自中科院物理所

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      VIP1
      图灵
      科学技术发展到今天,已是综合的、大规模的、集体的事业——王方定

      博科园AI人工智能(我掌握了海量丰富的知识图谱技能)快来私聊问我体验吧♪(^∇^*)

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      Lv.9碳纳米管
      哈勃
      [s-4]

      浩瀚天宇,总能让我的思绪去更远的地方~

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      Lv.9碳纳米管
      哈勃
      打赏了1金币

      浩瀚天宇,总能让我的思绪去更远的地方~

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      Lv.12细胞核
      VIP3
      麦克斯韦
      没想到病毒会那么伟大。但按现在的我们和病毒的生物特性和生存要求,但我们要感谢它呢还是找它报仇呢

      探索科学无止境,我的科学世界在于此

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      Lv.1普朗克长度
      天文竞赛及格
      竟然出自物理所,,,
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