当你想到绦虫或埃博拉病毒时，很容易认为它们从本质上就是邪恶的。这是一个错误。诚然，在它们进化的这个阶段，这些物种已经很好地适应了生活在其他生物（我们）体内，并利用我们的资源来帮助它们繁殖，即使我们在此过程中生病。但现代生物学的一个重要教训是，自然界中没有本质——只有自然选择及其作用条件之间持续的相互作用。如果条件改变，生物可能会演变成截然不同的东西。即使是最无情的寄生虫，如果条件合适，也可能发现和平与和谐的美德。德克萨斯大学的两名生物学家乔尔·萨克斯（Joel Sachs）和詹姆斯·布尔（James Bull）借助感染细菌的病毒（称为噬菌体）生动地证明了这一事实。噬菌体，例如此处所示的噬菌体，在寻找宿主和注入其DNA的方式上极其巧妙，其DNA随后劫持细菌的细胞机制以制造新的噬菌体。（有关我对噬菌体更详细的赞美，以及该生物的优秀影片，请点击此处。）噬菌体完全符合寄生虫的定义。在许多情况下，新病毒在宿主内部繁殖，直到细菌简单地裂开。在其他情况下，它们使细菌生病，从宿主那里耗尽资源，这些资源本可以用于宿主自身的繁殖。但是，正如布尔和他的同事在一系列实验中所示，噬菌体本质上并非恶意。根据噬菌体所处的条件，它们可以演变为更温和的形式，或更恶毒的形式。布尔和他的同事利用了许多噬菌体可以通过两种方式之一感染新宿主这一事实——通过逃离一个细菌以入侵另一个细菌，或者通过从一个细菌传递给其后代。这两种途径分别称为水平传播和垂直传播。布尔的团队通过实验创造了有利于垂直传播的条件，在几十代之内，病毒变得温和得多。如果你依靠宿主的生存来维持自己的生存，那么做一个残暴的杀手是不划算的。（我在这篇为《科学》杂志撰写的文章中更详细地介绍了这种进化权衡——以及围绕它的一些争论。）现在，布尔和萨克斯表明，噬菌体甚至可以进化到对其他噬菌体友好。他们在1月11日的《美国国家科学院院刊》上描述了这项实验。他们从两种噬菌体开始，分别称为f1和IKe。两种病毒都感染大肠杆菌，但它们进入的方式不同。f1只抓住大肠杆菌表面的一种毛发（F菌毛），而IKe通过另一种毛发（N菌毛）入侵宿主。在野外，f1和IKe相处得不好。如果它们最终进入同一个宿主，它们会竞争细菌的细胞机制。此外，由于它们是近亲，共享相同的10个基因，一种噬菌体的DNA结合蛋白可能会意外地抓住另一种物种的DNA。因此，感染了f1和IKe的细菌产生的每种病毒的拷贝比只感染一种物种的细菌少。这是经典的达尔文式竞争。但布尔和萨克斯想知道，如果两种噬菌体的生存实际上都依赖于它们的共存，会发生什么。他们是这样回答这个问题的。首先，他们对两种噬菌体进行了工程改造，添加了一个基因，使其对不同的抗生素产生抗性（IKe为卡那霉素，f1为氯霉素）。然后，他们将数十亿个工程病毒倒入装满大肠杆菌的烧杯中。他们让病毒有16分钟的时间寻找宿主，入侵它们，并开始产生赋予抗生素抗性的蛋白质。然后他们将两种抗生素添加到烧杯中。只有感染了两种噬菌体的细菌才能在攻击中存活下来。例如，如果一个细菌只含有f1，它仍然会死亡，因为它仍然对卡那霉素敏感。接下来，布尔和萨克斯让噬菌体及其宿主独自待了一个小时。细菌分裂，而噬菌体复制自身。一个小时后，科学家们溶解了细菌，留下病毒。然后将这些新病毒添加到一批新鲜细菌中，循环重复。病毒在复制方面出了名的马虎。新病毒发生突变的几率比像我们这样配备有酶（像基因校对员一样）的生物高得多。因此，在布尔和萨克斯的每一轮实验中，f1和IKe群体中都出现了许多变体。最适合在实验条件下繁殖的变体受到自然选择的青睐，随着时间的推移，病毒进化了。在50轮之后，布尔和萨克斯停止了实验，查看了噬菌体变成了什么。它们是如此自私以至于自我灭绝了吗？还是它们达成了某种妥协？噬菌体在短短50轮中就经历了自然选择。那时，f1产生的自身拷贝增加了50倍，IKe增加了1,000倍。在实验开始时，共享宿主对这些病毒来说是一件坏事，但到最后，它变成了一件非常好的事情。布尔和萨克斯发现，它们以一种非凡的方式克服了利益冲突：它们几乎合并成了一个单一的生物体。当布尔和萨克斯打开一个噬菌体外壳时，他们经常发现f1和IKe基因组并排存在。他们仍然可以找到许多内部只有一个基因组的病毒，但即使在这些情况下，进化也发生了戏剧性的转变。到大约第20轮时，IKe病毒已经失去了制造自身蛋白质外壳的能力。相反，它们借用了f1的外壳。布尔和萨克斯认为，噬菌体以一种聪明的方式适应了实验。如果你是一个噬菌体，单独成功入侵宿主不足以避免死亡，因为你可能会发现自己是孤身一人。如果一个突变让你带上另一个病毒，那么你几乎可以保证生存。由于某种原因，f1似乎在这种合作中取得了领先，以一种IKe基因组可以轻易滑入f1蛋白质外壳的方式发生了突变。结果，IKe开始失去其作为独立病毒生存的能力，转而依赖f1的合作。一旦病毒被打包在一起，它们就不再有利益冲突，并且可以进化出更高水平的合作。进化生物学家长期以来一直对合作着迷，无论是单个细胞中的染色体、菌落中的个体细菌，还是村庄中的人。是什么阻止个体欺骗他人，选择自私的策略而不是无私的策略？科学家们已经构建了复杂的数学模型，以找到合作可能进化的正确条件。但布尔和萨克斯指出，他们只用了50代就将不合作的噬菌体变成了亲密伙伴。当他们对病毒进行测序时，他们发现f1的DNA中只获得了八个突变，而IKe获得了九个。也许合作毕竟不是什么大不了的事。也许寄生虫并不是我们通常认为的邪恶本质。
广告
