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科學(xué)大院:病毒,那條靜止的河流

 鶴玉軒 2020-02-20

  【作者/葉盛,來(lái)源/“科學(xué)大院”公眾號(hào)(ID:kexuedayuan)】

病毒有毒嗎?病毒算是生命嗎?病毒是怎樣讓人生病的?有藥物能殺死病毒吧?病毒跟病菌有什么區(qū)別?讀了那么多談冠狀病毒的文章,可你真的了解病毒嗎?本文或許能幫你重新認(rèn)識(shí)病毒。

生命的類似物

什么是生命?

如果世界上沒(méi)有病毒存在的話,上面這個(gè)問(wèn)題的答案就很簡(jiǎn)單了——生命都是由細(xì)胞構(gòu)成的。無(wú)論是單細(xì)胞的細(xì)菌、古菌、真菌,還是多細(xì)胞的絕大多數(shù)動(dòng)植物,它們的生命活動(dòng)都離不開細(xì)胞這個(gè)基本單元。

細(xì)胞的意義在于,它將“生命”這個(gè)概念圈在了細(xì)胞膜這樣一道“圍墻”里:墻內(nèi)生機(jī)盎然,蛋白質(zhì)催動(dòng)著千萬(wàn)種生化反應(yīng),吸收利用能量,合成分解生物分子,維護(hù)復(fù)制遺傳信息,有序度不斷增加;墻外的世界則是生命的荒原,能量從高峰流向低谷,無(wú)序度不斷增加。

在細(xì)胞膜這樣一道“圍墻”里,生機(jī)盎然(圖片來(lái)源:http://portfolios./)

然而,病毒的存在給科學(xué)家們出了一道難題,讓生命的定義變得模糊不清,因?yàn)樗认袷巧植幌袷巧?/p>

首先,從構(gòu)成上來(lái)講,病毒像所有細(xì)胞生命一樣是由蛋白質(zhì)、核酸、磷脂這些生命分子組成的。這就意味著它們也是高度有序的存在,是消耗能量才能生成的產(chǎn)物。

其次,病毒也像細(xì)胞一樣利用核酸分子來(lái)保存遺傳信息。有些種類的病毒利用脫氧核糖核酸(DNA)作為遺傳物質(zhì),有些則是用核糖核酸(RNA)作為遺傳物質(zhì);有些病毒種類利用的核酸是單鏈,有些則是雙鏈。相比之下,細(xì)胞則要統(tǒng)一得多,無(wú)論是什么生命形式的細(xì)胞,遺傳物質(zhì)都是雙鏈DNA,而RNA大體上只作為從DNA到蛋白質(zhì)的中間環(huán)節(jié)而存在。

甚至,病毒也有自己的“圍墻”,以保持自己這個(gè)生命世界的獨(dú)立完整。包圍細(xì)胞的圍墻各式各樣,但一定都會(huì)具有由磷脂分子組成的細(xì)胞膜,上面還插有不少蛋白質(zhì),起著物質(zhì)通道或信號(hào)探測(cè)器的作用。病毒的圍墻更是千差萬(wàn)別,但與細(xì)胞正相反的是,一定都會(huì)有一層完全由蛋白質(zhì)分子組成的殼,稱為衣殼。相對(duì)于柔軟、流動(dòng)的細(xì)胞膜而言,病毒的蛋白衣殼是堅(jiān)實(shí)而固定的,還常常會(huì)搭建成正二十面體或螺旋體等結(jié)實(shí)的幾何構(gòu)型。

A.無(wú)包膜病毒;B.具包膜病毒。①衣殼,②核酸,③殼粒,④核衣殼,⑤病毒體,⑥外套膜,⑦刺突蛋白(圖片來(lái)源:維基百科)

靜止的河流

盡管有著如此之多的相似之處,但病毒與細(xì)胞還是有一些本質(zhì)上的差異。其中最重要的一點(diǎn)就在于能量的流動(dòng)性上:如果說(shuō)細(xì)胞是流動(dòng)的生命,那么病毒只能算是靜止的河流。

為什么這么說(shuō)呢?讓我們回到“什么是生命”這個(gè)問(wèn)題上來(lái),有人說(shuō):生命就是活的東西。那么再追問(wèn)一句:什么算是“活”呢?顯然,能否運(yùn)動(dòng)不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。不要說(shuō)植物這些基本不會(huì)運(yùn)動(dòng)的生物,就連動(dòng)物之中也有很多物種是一生固定不動(dòng)的。但是,不管是什么生命形態(tài)的細(xì)胞,它的“圍墻”之內(nèi)一定是活的。

細(xì)胞會(huì)直接利用葡萄糖這樣的能量物質(zhì),或者像植物一樣獲取光能,然后再利用這些能量完成千千萬(wàn)萬(wàn)不同的生物化學(xué)反應(yīng)。一個(gè)小小的細(xì)胞里,小到兩三個(gè)原子組成的氧分子與二氧化碳,大到數(shù)以萬(wàn)計(jì)的原子組成的蛋白質(zhì)或核酸分子,它們都在不停地分解合成,再分解,再合成,周而復(fù)始,生生不息。

左:葡萄糖分子在細(xì)胞內(nèi)逐級(jí)氧化,可控釋放能量;右:葡萄糖通過(guò)燃燒劇烈釋放能量(圖片來(lái)源:http://www./)

哲學(xué)家總是說(shuō):你不可能兩次跨過(guò)同一條河流。生物學(xué)家則會(huì)說(shuō):你不可能兩次看到同一個(gè)細(xì)胞。因?yàn)榇思?xì)胞非彼細(xì)胞:上一次看到的細(xì)胞里的分子大都已經(jīng)分解消失,又被一模一樣的新合成出來(lái)的分子所取代了。這是一個(gè)消耗能量的過(guò)程,也是生命所謂“活”的實(shí)質(zhì)所在。

從這個(gè)意義上來(lái)講,病毒是“死”的。

病毒只是把承載遺傳信息的核酸分子,以及少量對(duì)啟動(dòng)復(fù)制過(guò)程有用的蛋白質(zhì)分子,包裹在了一層蛋白質(zhì)衣殼的硬殼之中而已。有些種類的病毒還會(huì)再在外面包上一層類似細(xì)胞膜的包膜,能夠起到偽裝自己的目的。

在病毒顆粒中,不存在正在進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng),沒(méi)有能量的流動(dòng),也沒(méi)有物質(zhì)的合成分解,是一條“靜止的河流”。 

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