驚異的病毒(3)顛覆常識的「巨大」

2020/06/19


      病毒小而簡單——對病毒的這種定義正在動搖。這是因為進入21世紀,明顯更大、具備複雜結構的「巨大病毒」相繼被發現。這種病毒的尺寸遠遠大過屬於微生物的細菌,具備本應只有生物細胞才擁有的膜和大量基因。面對顛覆常識的奇特形態,研究者有些困惑。還有觀點認為如果巨大病毒不斷進化,最終將誕生超乎想像的生命體。

 

      1992年,在英國一家醫院捕捉到的變形蟲感染了某種東西。以通常的顯微鏡觀察,大小為750奈米。研究人員認為「是細菌」,根據地名定名為Bradford球菌。

 

      到了2003年,情況發生顯著改變。通過能看得更細微的電子顯微鏡進行分析,發現其外形類似於病毒,呈「正二十面體」。國際科學雜誌上刊登了認為其「屬於病毒」的論文。這種病毒大小與細菌非常接近,取英語「mimic(相似)」一詞而命名為「擬菌病毒(Mimivirus)」。

 

 

      此前的病毒最大僅為200奈米左右。由於很小,難以獨立存活,沒有被視為像細菌那樣的生物。巨大的擬菌病毒動搖了屬於「非生物」的病毒與生物的界限。

 

      為何僅僅是更大就引發爭論呢?鯨魚和大象雖然體型巨大,但並沒有被認為「與生物不同」。而病毒的大小之所以至關重要,是因為如果過大就不符合病毒的「定義」。

 

      病毒在1890年代作為能穿過細菌無法通過的「過濾器」孔穴的未知病原體而被發現。當時發現的是感染煙草和牛的病毒。

 

      1930年代,人類能夠通過電子顯微鏡詳細觀察病毒。「小」是病毒的代名詞,擬菌病毒的大小不在一般範圍內。

 

      進一步給研究人員造成衝擊的是其奇特形態。擬菌病毒有脂質膜包裹遺傳物質DNA3層外殼覆蓋外側,表面甚至長有纖維。普通的病毒僅以外殼包裹遺傳物質。

 


 

      日本神戶大學教授中屋敷均表示,「在基因組(全部遺傳信息)和基因數量方面也超過一部分細菌」。擬菌病毒的遺傳信息量約為120萬鹼基對,達到小型細菌「支原體(mycoplasma)」的2倍。

 

 

       除了擬菌病毒外,還有其他巨大病毒相繼被發現,2013年發現了橢圓直徑達1000奈米的「潘朵拉病毒(Pandoravirus)」,2014年發現了直徑達到1500奈米的「闊口罐病毒(pithovirus)」等。潘朵拉病毒的遺傳信息量約為250萬鹼基對,超過了具有細胞核的「真核生物」中最小的種類。

 

       遺傳信息量大與哪種能力有關尚不明確,不過,其中一部分已經跟生物非常接近。病毒無法靠自身力量增殖,這是其與生物的區別之處。不過,科學家也發現了完全具備20種有利於增殖的基因的巨大病毒。

 

       有的巨大病毒也擁有「免疫系統」。獲得「噬病毒體(virophage)」這一外敵的部分DNA,當噬病毒體再來寄生時,就把這段DNA切除掉。這與細菌及古細菌的免疫機制相似。

 

       日本東京理科大學教授武村政春表示,「如果擁有作為蛋白質合成場所的基因,巨大病毒可能會成為一種新的生物」。

 


 

       巨大病毒是如何産生的呢?武村表示,「大多認為病毒從感染生物那裏不斷奪取基因」。有種説法認為,病毒在生物細胞內自我複製時,獲取了生物的DNA,從而變得巨大。此外,還有其他謎團沒有解開。武村發現的巨大病毒中有一種「美杜莎病毒(Medusavirus)」,雖然是病毒,但能夠製造用來折疊複雜DNA的蛋白質。人類等真核生物也有同樣的機制,但也被指出有可能是病毒先「發明」的。

 

 

       人類已知的巨大病毒有100多種。這一發現引起了「應該承認病毒屬於生物」的爭論。支持派強調病毒的大小和複雜性,而反對派則反駁稱「病毒不能靠自身力量繁殖,也不能發生維持生命的化學反應」。中屋敷教授認為「病毒也會繁衍子孫,不斷進化。儘管沒有像生物一樣的細胞,但或許也可以稱之為生命」。如何在生物與其他物質之間劃定界限?巨大病毒正在迫使科學界對生物重新定義。

 

       日本經濟新聞(中文版:日經中文網)草鹽拓郎

 

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