不智能设计

地球上很少有事物比病毒更令人毛骨悚然。病毒这个名字，源自拉丁语“有毒的黏液”，道出了我们对它们的鄙视。它们的解剖结构同样令人怀疑：由分子——蛋白质包裹的DNA或RNA——组成的松散微小外壳，它们介于生命与非生命之间的某个虚无世界。病毒没有细胞膜，不像细菌；它们甚至不是细胞。它们只有在侵入并劫持活细胞的机制以制造更多自身时，才显得最像生命，而且在此过程中常常杀死它们的宿主。它们这样做的高效率使它们跻身最可怕的杀手之列：埃博拉病毒、艾滋病毒、天花、流感。然而，抗生素对它们无效，因为它们本质上不具有生物性。

病毒的存在最早是在一个多世纪前由荷兰植物学家马丁努斯·贝耶林克推测出来的。他将患病的烟草叶捣碎，然后将多汁的果肉通过一个足以捕获小至最小细菌的瓷滤器。当甚至经过过滤的液体也能感染其他植物时，一个仍在适应路易斯·巴斯德细菌理论的世界，现在又有了更微小的病原体类别需要思考。这些实体如此虚无缥缈，直到1935年，当科学家们使用新发明的电子显微镜成功拍摄到隐藏在贝耶林克黏液中的“毒物”——即今天的烟草花叶病毒时，它们才得以被看见。

与其说它是一个有机体，不如说是一堆混乱的生化碎片，这种病毒最终为揭示它的研究团队领导者温德尔·M·斯坦利赢得了诺贝尔化学奖，而非生物学奖。这一发现也引发了一场激烈且仍在持续的科学和哲学争论：病毒究竟是什么？它能被恰当地描述为活着的吗？英国病毒学家诺曼·皮里当时写道：“‘生命’和‘活着’是科学家从普通人那里借用的词语。”“然而，现在正在发现和研究的系统既不明显是活的，也不明显是死的，因此有必要定义这些词语，否则就放弃使用它们并创造新词。”

七十年后，这一挑战继续困扰着科学。病毒如此“不同”，我们仍在试图用新的比喻来约束它们：微型僵尸、细胞海盗、亚微观劫机者。但即使是更克制的描述也暴露出一种长期存在的偏见。大多数生物学家通常承认生命的三个正式分支：真核生物，即细胞有细胞核的生物；细菌，可能或可能没有细胞核的单细胞生物；以及古菌，一种没有细胞核的古老微生物，可能占地球上所有生命的三分之一（参见《甲烷气泡会破裂吗？》，《探索》杂志，2004年3月）。病毒，由于依赖这些生物作为宿主，被视为进化的后来者：当生命组装成更复杂的结构时，基因组碎片掉落到地上。

然而，病毒的普遍存在正迫使人们重新思考这些实体如何融入生物世界。研究人员已鉴定出约4000种病毒，来自数十个不同的科。然而，这只是地球上病毒数量的一小部分。在过去的两年里，解码人类基因组的遗传学家J. 克雷格·文特尔驾驶他的帆船环游世界，每隔几百英里就取样一次海水。每次他将容器浸入海中，都会发现数百万种新病毒——数量之多，以至于他将已知基因的数量增加了10倍。尽管我们倾向于仅从病毒造成的损害来思考它们，但一个更广泛、更良性的图景正在浮现。科学家估计，他们发现并记录的地球上所有生物不到1%。但对于那未被识别的99%中的每一个生物，预计至少存在10倍于此数量的未知病毒——其中绝大多数对生命无害，却是生命不可或缺的一部分。

现在，随着最近一种真正巨大的病毒的发现，科学家们再次在寻找如何最好地描述这些幽灵般的生命形式。这种新病毒，正式名称为拟菌病毒（因为它模仿细菌），是一种“如此奇特”的生物，正如《伦敦电讯报》所描述的，“与科学家们所见过的任何其他事物都不同……它……可能够得上成为生命之树的一个新域。”事实上，拟菌病毒在基因上比所有先前已知的病毒，更不用说许多细菌，都复杂得多，以至于它似乎需要对生命之树进行一次戏剧性的重新绘制。

“这表明一些病毒是有机体，它们有一个祖先，比它们现在复杂得多，”发现该病毒的法国马赛地中海大学研究团队的领导者之一迪迪埃·拉乌尔特说。“我们有很多关于拟菌病毒的证据表明，病毒门至少与生命的其它分支一样古老，而且病毒在生命的进化早期就已经参与其中。”

这代表着生命起源思想上的根本性改变：长期以来被认为是生物搭便车的病毒，结果却是生物形成的驱动力。

这是一个惊人的消息，尤其是在起源和进化的基本事实似乎蒙上了一层神秘面纱的时刻。在智能设计的讨论中，人们渴望一个老式的创世故事，其中某个单一的、混沌的实体介入，产生了复杂的生命形式——特别是人类。现在，病毒似乎提出了它们自己的创世故事：一个激动人心、天翻地覆、绝对非智能的设计，其中生命与其说是原始意图，不如说是鲁莽的意外，通过无数无意识的微观复制机器所犯的基因错误积累而产生。我们从猿猴进化而来，这只是其中最微不足道的部分。随着拟菌病毒的发现，科学家们正接近于将最后一个人们从未想过会归因于病毒的角色归因于它们：生命的原动力。

地中海大学二楼立克次体单位的绿色走廊，可以称之为“痛苦档案”。那里冰柜架上，一系列锁着的实验室门后面，存放着该单位的优秀侦探们多年来捕获和鉴定出的各种致病细菌。立克次体，导致斑疹伤寒和落基山斑点热等疾病的微生物，与其他许多微生物一起储存在那里，从沙门氏菌到军团菌株，军团菌是一种在人类中引起严重肺炎样疾病的细菌，首次是在1976年费城的一次美国退伍军人大会爆发后被鉴定的。

2003年初春，在熟悉的微生物反派中，该单位的细菌学家伯纳德·拉·斯科拉偶然发现了一种他的同事们从未见过的东西。他将电子显微镜聚焦在一份他认为是难以捉摸的新型军团菌样本上，却发现自己凝视着一个病毒怪物。

“我当时就‘哇’了一声，”他回忆道。他在电脑上调出一张放大20万倍的生物图像：一个瞪着大眼睛、六边形的蓝精灵，头上顶着一头带电的头发。这只是它的一种形态。在三维成像中，它更像一个足球。拉·斯科拉认出这两种形状都是经典的病毒形态。病毒似乎渴望这种晶体般的几何结构，这也是它们被认为更像化学而非生物的原因之一。

“我是个细菌学家，”他说。“我不以病毒来思考，但这东西实在太大了。于是我打电话给我病毒学系的一个朋友，他过来一看，说，‘哦，是的，它是一种病毒，但是这大小……’”

尽管有证据表明它曾导致人类肺炎，但拟菌病毒现在似乎只感染变形虫。在2003年被正式识别之前，它被称为布拉德福德球菌，并被误认为是1992年英国西约克郡磨坊城镇布拉德福德肺炎爆发的病因。拟菌病毒首次被发现于那里，藏在工业冷却塔底部的变形虫体内。冷却塔——连同蒸发冷凝器、河岸土壤、自来水、淋浴喷头和经过处理的污水——都是军团菌的藏身之处。而变形虫，正如英国公共卫生实验室服务中心前疾病侦探蒂莫西·罗伯瑟姆在1992年发现的那样，是收集军团菌的理想工具。在世界微生物的不断往来中，变形虫是一个几乎不可战胜的敌人，吞噬了它们路径上几乎所有的东西。然而，军团菌却反过来利用变形虫，使它们既成为食物来源，又成为微生物猎手的完美实验室培养物。

罗伯瑟姆在1992年无法识别他收集的一些样本，他将这些神秘的培养物储存在实验室的冰箱里以备将来研究。1998年，当预算削减迫使他的实验室关闭时，他保持清醒头脑，四处打电话询问其他科学家是否对他冰箱里的任何生物感兴趣。他回忆说，他最近遇到了迪迪埃·拉乌尔特，“当我电话里告诉他关于冷却塔培养物时，他说他非常喜欢那些系统。”

罗伯瑟姆的一名学生，刚在拉乌尔特马赛实验室接受博士后职位，将这些样本带到了南方。拉乌尔特实验室最终分离并鉴定了四种新的军团菌株，以及与衣原体（一种寄生细菌，像军团菌一样，引起多种疾病）密切相关的新细菌。然而，最后一个样本在一年半多的时间里，一直无法通过任何检测方法识别，直到拉·斯科拉将他的高倍显微镜对准了最后一个布拉德福德的“顽固分子”：拟菌病毒。

除了其标志性的病毒形状外，Mimi还表现出一种被称为“蚀相”的特征，这是任何科幻恐怖电影迷都能认出的病毒特有的怪异之处。当病毒进入细胞时，它会在细胞核内消失四到八小时，表面上呈现出完全正常的状态。然后，细胞被迫制造的病毒颗粒突然爆发出来，摧毁宿主。

然而，直到拉乌尔特寻求了马赛结构生物学和微生物学研究所生物信息学专家让-米歇尔·克拉弗里的帮助，他们这个怪物的真正奇特和奇迹才得以揭示。

Mimi直径约半微米，是少数可以在普通光学显微镜下观察到的病毒之一。它的基因组重达惊人的120万个碱基对：至少是典型病毒的10倍；几乎是其最大病毒对应物（天花科的金丝雀痘病毒）的3倍；并且比20多种寄生细菌的基因组还要大。此外，在Mimi庞大的遗传物质中，Claverie发现了用于蛋白质翻译、DNA修复酶和其他类型蛋白质等功能的基因。这些功能曾被认为是更复杂的细胞生物所独有的领域。病毒和复杂细菌之间的界限已正式变得模糊。

“在拟菌病毒之前，我们的数据库中已经有非常大的病毒基因组，”克拉弗里说。“但在此之前，我们从未自问为什么有些大型病毒有300个基因，而典型病毒只需要10个。然后我们看到了拥有超过1000个基因的拟菌病毒，我们觉得我们的整个病毒概念都有问题了。”

病毒形状各异，大小不一，坚固程度也不同，并且有各种策略来获取它们所缺乏的细胞机制。有些像攻城锤一样撞破外层细胞膜。有些则将它们的膜与细胞膜融合，然后突然旋转，就像电影中那些假的藏书架一样，进入神圣的密室。还有一些则通过伪装成我们细胞 routinely 吞噬的自由浮动分子来进入。

复制方式也因病毒的遗传特性而异。DNA病毒，如天花、疱疹，以及现在的拟菌病毒，通常在基因上更大、更复杂。它们可以在宿主外存在数百年，并且在宿主内复制时可以更加克制，通过劫持所有生命共有的复制公式，制造出可靠、相对无错误的自身副本。

DNA制造出一种被称为RNA的轻微变体，RNA指导所有复杂生命形式组成的特定蛋白质的产生。所谓的RNA病毒是流氓：更小、快速复制的变形者，它们起源于进化生物学家称之为RNA世界的时代，回到生命之树的根部，在今天基于DNA的生物体进化之前。RNA病毒可以指导自身蛋白质的复制，而无需使用DNA——这种捷径既能产生更多的副本，也能产生更多的错误或突变。尽管这种活动在商业世界中可能会让你被解雇，但在生物学中，突变可以带来优势。在不稳定时期——当环境条件变化或人类开发出成功的疫苗时——RNA病毒具有适应、超越和重新出现的韧性。

流感是最著名的持续变异的RNA病毒。艾滋病毒是一种特别阴险的RNA病毒，被称为逆转录病毒，因为它一旦进入细胞核，就会逆转DNA公式：单链RNA制造自己的双链病毒DNA。然后，病毒DNA直接插入宿主细胞的DNA中，并随着细胞的自然复制过程传递下去。

甚至还有一种新发现的亚病毒因子类别，称为类病毒：裸露的RNA片段，甚至缺乏外层蛋白质外壳，不编码任何东西。它们完全没有基因，但一旦进入宿主，就会复制并引起疾病。然后还有一些深度衍生实体，称为卫星病毒，它们只能在已经忙于宿主内部的病毒中复制。

无论我们发展出多么精密的构想和分类，病毒总能找到其中的漏洞。例如，科学家们长期以来一直认为病毒只能由DNA或RNA组成。然而在1990年代后期，发现了一些病毒同时含有两者。与此同时，逆转录病毒曾被认为只感染动物。唯一看似安全的假设是，病毒在物理大小和基因组含量上总是比最简单的细菌小，而且病毒必须在那些寄生依赖的细胞生物之后进化而来。

现在，拟菌病毒的发现甚至使这两个病毒范式都变得可疑。克拉弗里所说的“最终的顿悟”来自于对拟菌病毒DNA与生命三大域（真核生物、细菌和古菌）中其他生物的比较分析。结果表明，拟菌病毒属于一个独特且极其古老的大型DNA病毒谱系。此外，某些拟菌病毒的标志性基因，例如那些编码其衣壳（所有病毒共有的外层蛋白质外壳）足球状形状的基因，在感染所有三个域生物（特别是真核生物）的病毒中得以保留。这一发现的意义确实是根本性的：拟菌病毒，或类似拟菌病毒的祖先，出现在其他三个域之前，并在发明构成人类和所有复杂细胞生命形式的细胞中发挥了关键作用。

这是一个难以理解的概念。对我们来说，寄生虫是衍生的，必然起源于它们赖以生存的生物实体。但简单并不总是意味着进化程度较低。拟菌病毒庞大的基因组——如此之大，以至于这种病毒近乎是一个独立的有机体——让许多科学家认为拟菌病毒在早期经历了还原性进化，并脱落了一些基因组，包括独自复制所需的基因。

克拉弗里说：“通过拟菌病毒，我们偶然捕捉到了一种正在经历这种简化的生物体，它正在向更少的基因进化。”“这个家伙只是保留了比其他生物更多的祖先特征。”克拉弗里说，生物学家不能再将病毒视为基因的随机组合。“我们必须赋予这些家伙一种高贵性，一种谱系。不仅是谱系。它们非常古老，它们的祖先至少与我们以及所有现存生命形式的祖先同时存在。拟菌病毒就像缺失的环节。”

借助先进的基因测序、比较DNA分析以及对生命三个（或可能四个）域生物基因组的无休止交叉引用，关于病毒及其在进化中作用的更全面概念已开始形成。自布拉德福德球菌的真实身份被揭示以来的短短一年半时间里，已经发现了更多在基因上独特且极其古老的病毒。所有这些都引导科学家们得出相同的结论：进化的主要反派越来越像其至关重要的形成力量。

即使在达尔文主义受到智能设计神学运动攻击之时，科学家们也从未如此接近于揭示生命的起源。凭借与用于判定罪犯的DNA证据一样确凿的证据，研究人员可以将生命不同分支的共同遗传谱系追溯到生命之树的最根部，大约40亿年前，当时原始细菌和病毒之间的相互作用最终形成了“母细胞”，地球上所有生命的共同祖先。尽管这些事件的遥远和复杂性使得它们难以拼凑，但像拟菌病毒这样的病毒正成为这幅图景中的关键参与者。

巴黎南部大学的分子生物学家帕特里克·福特尔说：“我们现在首次能够绘制出一棵将病毒作为独立分支的生命之树。”

去年七月，福特尔在法国莱特里耶斯举办了一场为期一周的会议，二十多位世界顶尖微生物学家、细胞生物学家和进化生物学家齐聚一堂，讨论“细胞核的起源”。细胞核是真核细胞的指挥控制中心，最终将人类与细菌区分开来。在有核细胞出现之前的漫长时期，地球上的生命基本上是黏液：由单细胞细菌和古菌组成的庞大、无方向的垫状物。

没有细胞核进一步修改和塑造基因表达和蛋白质翻译，生命得以繁衍，但却无法自我掌控，无法形成新的形状或多样化。第一个细胞核是如何产生的，这个问题自1824年苏格兰植物学家罗伯特·布朗有一天在显微镜下观察兰花时首次发现细胞核以来，一直困扰着科学家们。

拟菌病毒的发现为莱特里耶斯会议上讨论的一个更具说服力的理论增添了分量。在生命三大域刚刚出现的时候，一种非常类似于拟菌病毒的大型DNA病毒可能已经进入细菌或古菌体内，并且没有杀死它，而是无害地存在于其中。真核细胞核和像拟菌病毒这样的大型复杂DNA病毒具有引人注目的共同生物学特征。它们都在细胞质中复制，并且在复制时，都利用细胞质中相同的机制在自身周围形成一个新的膜。它们都具有用于加帽信使RNA的某些酶，并且它们都具有线状染色体，而不是通常在细菌中发现的环状染色体。

“如果这是真的，”福特尔谈到病毒-细胞核假说时说，“那么我们基本上都起源于病毒。”

克拉弗里说：“这在我们对病毒的思考上是一个巨大的飞跃——从它们甚至不是有机体，到成为所有生命的祖先。”

一些科学家走得更远。他们认为病毒在进化混合物中扮演的角色甚至更早。生命三大领域进化的精确顺序——例如，真核生物是在古菌和细菌之前还是之后出现——是一个备受争议的话题。这些不同领域的祖先的身份，即所谓的最后普遍共同祖先，或LUCA（由福特尔在1996年第一次莱特里耶斯会议上命名），也是如此。

“我可能是最坚定地认为LUCA是病毒的人之一，”加利福尼亚大学欧文分校病毒研究中心主任路易斯·比利亚雷亚尔说。“基因和基因功能表明我们正在处理最早、最古老的生命形式之一。拟菌病毒确实极大地拓宽了我们对病毒可能是什么的理解范围。”

但是，这个范围能被拓宽到多远呢？巴黎巴斯德研究所病毒学家、福特尔研究感染古菌病毒的同事大卫·普兰吉什维利现在认为，在任何细胞生命出现之前，病毒就已经存在于原始汤中，后来才依赖于细胞。福特尔对此不太相信。

“这对我来说很难想象，”他说。“你需要某种封闭系统，以确保新陈代谢的不同反应物或不同机制能够相互作用，并且能够进行某种达尔文进化。你需要个体。我认为在DNA世界之前有一个RNA世界，那时有很多RNA细胞。也许病毒起源于RNA细胞时代。你需要有一个细胞才能获得病毒。”

然而，对于像普兰吉什维利和比利亚雷亚尔这样的病毒学家来说，病毒作为原始汤中第一个内置搅拌器的概念似乎与它们的本质完美契合：高度创造性的复制、基因繁殖和基因片段的分类，更不用说它们介于生命与非生命之间的诡异生化跨越。

“我认为让人困惑的是他们的假设，即寄生虫只是有害的东西，”维拉利尔说。“你如何从中获得创造和复杂性？你可以，因为它们会持续存在，而要做到这一点，你必须接受所有来者。你会想出防止自己被取代的发明。如今，全球销量第一的软件声称是‘防病毒’，这并不奇怪。”

信息，无论是生物的还是工业的，都通过复制来传递。创建一个新的文字处理文件并复制它：这就是复制。但任何复制过程都容易出错，这反过来又会产生新颖性。而新颖性，尤其是在地球刚形成时那种恶劣、不断变化的环境下，往往是一种优势：一些新的生命形式将更好地适应环境。令智能设计倡导者深恶痛绝的是，进化存在某种随机性。

有些病毒，如埃博拉病毒或新型禽流感，基本上是失控的复制者，在此过程中有效地烧断了自己的生命桥梁。但正如维拉利尔所说，大多数病毒都力求“持续存在，而不是大量繁殖”。那些持续存在的病毒最终在进化中变得稳定并成为其重要组成部分。绝大多数病毒对宿主无害。我们每个人都感染着大量的病毒。就总量而言，人类基因组中逆转录病毒序列的数量多于实际基因。

“它们什么也没做，”维拉利尔说。“它们只是持续存在。而且它们在人类进化之前就已经存在了。人类基因组的大部分由病毒DNA组成。几乎所有真核生物都是如此，而且生物越复杂，这些序列就越多。我们不确定它们具体都有什么作用，但它们是我们基因身份的一部分，这些我们不屑一顾的‘垃圾’。‘垃圾’和‘寄生虫’这两个词，如果你使用不当，都会引发争执。然而，它们却是所有生命创造力的所在——它们的起源。”

生命生化密码的第一比特是什么？它来自哪里？病毒在这一系列推测中扮演着越来越重要的角色，这也许不足为奇。一些研究人员甚至认为，地球上的第一个生命可能以病毒碎片的形式从遥远的地方抵达，或许是通过陨石孔洞携带而来。

“嗯，我以前会嘲笑这个想法，”蒙大拿州立大学生物学家马克·杨说，他领导一个研究团队，从黄石国家公园和世界各地超高温水生环境中收集新的古菌病毒。“但我不再认为它荒谬了。我认为至少应该把它保留在讨论的议程中。”

研究人员们一致认为，在这个星球上，仍有无数的病毒有待发现。越来越多的病毒学家和生物学家正致力于对其进行编目。克拉弗里和拉乌尔特的实验室都已开始寻找更多像拟菌病毒这样的病毒。最有可能的地点包括藻类、海洋，当然还有冷却塔。克拉弗里说，他认为没有理由不能存在比拟菌病毒更大的病毒。

“我希望拟菌病毒不是地球上唯一的一种，”他说，“尤其是布拉德福德的那个冷却塔已经被摧毁了。但它不可能是唯一的一种。如果它只是偶然落入我们手中，那简直是荒谬的幸运。”

与此同时，杨每次寻找新的古菌病毒时都能发现它们。当被问及拟菌病毒为何没有更早被发现时，他说这可能归结于我们根本没有去寻找这个简单事实。

“我们甚至还没有触及皮毛。数字令人难以置信。如果你把地球上所有病毒颗粒排成一行，它们将形成一条长达1000万光年的线。人们，甚至大多数生物学家，都不知道。普通大众认为遗传多样性是我们、鸟类、植物和动物，而病毒只是艾滋病毒和流感。但这个星球上大部分遗传物质都是病毒。毫无疑问。它们以及它们与生物体互动并移动遗传物质的能力是推动物种形成，决定生物体如何成为其自身的主要因素。”

我们一直在错误的地方寻找我们的设计者。看来我们的存在归功于病毒，这种最微不足道的半生命形式，它们与任何神学上的第一推动者唯一的共同点就是它们的无所不在和隐形。病毒再次改变了我们看待它们的方式，并因此改变了我们看待自己的方式。事实证明，它们不是我们生物学上脱离出来的碎片——我们才是它们的碎片。