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【科學講堂】病毒巨無霸 是否有生命?

2019-05-29
■我們熟悉的生物都是由細胞組成的。圖為洋b根部尖端的細胞。 網上圖片■我們熟悉的生物都是由細胞組成的。圖為洋b根部尖端的細胞。 網上圖片

之前幾次都在和大家討論生物的種類:細胞中有細胞核保護DNA的真核生物(eukaryota)、我們常常聽到的微生物細菌(bacteria)以及和細菌相似卻又不太一樣的古菌(archaea)。不知道各位有沒有覺得,我們好像遺留了什麼:每個季節都令我們患上流行性感冒的,不是被稱為「病毒」的東西嗎?那麼病毒(virus)究竟又是什麼?牠們與之前提到的真核生物、細菌、古菌三大生物類別的關係又是什麼呢?

並無細胞結構 但有遺傳基因

要將病毒歸類,就要先面對什麼是生命這個問題。

為什麼?一來因為我們雖然好像對什麼是生命都有一個大約的概念,但是假如要我們向其他人解釋生命究竟是什麼,就會發覺其實生命並沒有一個很客觀和直觀的定義。雖然我們在生物教科書上已列出了生命的種種特徵,但是這些特徵都是從地球上我們熟知的生物中歸納出來的,不難想像這些特徵並不一定適用於其他地方的生命之上。

二來,倘若我們拿病毒跟這些「生命應有的特徵」相比較,就會發現病毒好像並不符合「生命」的定義:一般的生物都會自己進行新陳代謝,將不同的物質分解或整合,以維持生計;不過普通的病毒本身不能自己進行這些工作,必須要找一個「寄生」的對象,再交由宿主幫自己新陳代謝。同樣道理,病毒本身也不能自行繁殖,必定要將牠們的遺傳因子轉移至宿主的細胞,再利用這些細胞去為自己繁殖下一代。

再者,我們熟悉的生物都是由細胞組成的,而病毒的構造相對簡單,可以將牠們想像為一層蛋白質保護膜包裹茠滌穧],並無一般細胞的結構。正因如此,病毒看來好像並不具備所有生物應有的性質。

不過,病毒真的擁有遺傳基因,能夠因應外在的環境而演化(還記得不同年度流行的各式各樣流感病毒嗎),要將病毒歸類為「非生物」,又好像有點兒說不過去。就是這樣,「病毒是否生命」這個問題,在現今學者之間,還是眾說紛紜。

粒子轉移 偷走基因

在2003年,法國艾克斯-馬賽大學的演化生物學家Jean-Michel Claverie和他的研究夥伴發現了名為擬菌病毒(Mimivirus)的巨型病毒,為病毒與其他生物的關係提供了更多線索。一般來說,病毒體型細小,需要運用電子顯微鏡才能看到;然而,這些擬菌病毒「身軀龐大」,直徑長達400納米,差不多有大腸桿菌一半的大小,因此可以用光學顯微鏡直接觀察。生物學家們發現,這些「擬菌病毒」與我們認識的病毒並不相同,能夠自己製成蛋白質,不需如其他病毒般仰 賴宿主為牠們「辦事」。

這個發現促使學者們提出了兩個理論。第一個是猜想病毒的祖先本來也是能夠獨立生存的細胞,只不過後來習慣了「寄生」於其他宿主的生存方式,因而慢慢將不必要的基因捨棄,只剩下最根本的;另一個理論是病毒本來是一些簡單的粒子;這些粒子會從一隻生物轉移至另一隻,而每次這些粒子都會從宿主身上「偷走」一些基因。久而久之,這些混合起來的基因就成為了病毒。

不過,在2003年發現的擬菌病毒,其擁有的基因與其他生物的基因交集太少,很難令我們決定牠們的基因是不是逐步從其他生物身上盜取過來的。美國聯合基因組研究所的Tanja Woyke和她的研究夥伴在2017年發現了名為Klosneuvirus的巨型病毒。利用數學模型分析的結果,指出Klosneuvirus的一些基因,看來真的是在過去數億年中,慢慢從其他生物身上拿來的,為之前提到的第二個理論提供了支持。不過其他病毒是否也是以這個方式演化而成的?看來又要依賴科學家們更多的研究了。■張文彥博士 香港大學理學院講師

短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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