我们都始于一个受精卵：一个大约一根头发丝宽的单个细胞。这个原始球体产生了构成我们每个人身体的十万亿个细胞。当然，我们不仅仅是装满相同细胞的囊袋。数百种细胞类型在我们发育过程中出现。我们被皮肤包裹着，皮肤内部骨细胞形成骨骼；头骨内部是编织成大脑的神经元。是什么让这种炼金术成为可能？部分答案是病毒。病毒不断地涌入我们的身体。有时它们让我们生病；有时我们的免疫系统战胜它们；有时它们成为我们自身的一部分。一种称为逆转录病毒的病毒通过将其基因插入细胞的DNA中来复制自己。然后细胞利用这些指令制造新病毒的部件。艾滋病病毒就是这样生存的，许多可能引发癌症的病毒也是如此。在极少数情况下，逆转录病毒可能会感染一个卵子。这时可能会发生一些奇怪的事情。如果卵子受精并产生一个完整的成年个体，那么其身体中的所有细胞都将携带该病毒。如果该个体有后代，病毒就会传给下一代。起初，这些所谓的内源性逆转录病毒过着双重生活。它们仍然可以摆脱宿主并感染新的宿主。考拉就遭受着这样一种流行病。但经过数千年，病毒被囚禁起来。它们的DNA发生突变，使其失去感染新宿主的能力。相反，它们只能复制自己的基因，然后将这些基因重新插入到宿主细胞中。一个又一个拷贝构建了基因组。为了限制这些病毒可能造成的破坏，哺乳动物会产生蛋白质，可以将其中的大部分病毒锁定。最终，大多数内源性逆转录病毒突变得如此之多，以至于它们沦为遗传包袱，完全无法做任何事情。然而，它们仍然具有病毒的所有特征，因此可以被对基因组进行测序的科学家识别。事实证明，人类基因组中含有大约10万个内源性逆转录病毒片段，约占我们所有DNA的8%。进化是一个无止境的创造性过程，它能将看似完全无用的东西变成有价值的东西。散布在我们基因组中的所有病毒碎片竟然是新适应的原材料。我们的祖先时不时地利用病毒DNA并将其用于我们自己的目的。在《自然》杂志的一篇新论文中，一位名叫塞缪尔·帕夫的科学家和一群同事报告说，这些目的之一是帮助将卵子转化为成年个体。在他们的研究中，帕夫和他在索尔克生物研究所的同事检查了受精的小鼠卵子。当卵子开始分裂时，它会产生新细胞，这些细胞能够成为胚胎的任何部分——甚至是围绕胚胎的膜或从母体获取营养的胎盘。事实上，在这个早期阶段，你可以从细胞团中取出一个细胞，并用它来培养一个完整的有机体。这些最早的细胞被称为全能细胞。几天后，细胞团变成一个中空的球。构成球体的细胞仍然非常多功能。根据细胞在这个阶段接收到的信号，它可以成为身体中的任何细胞类型。但是一旦胚胎达到这个阶段，它的细胞就失去了独立产生一个全新有机体的能力，因为它们无法产生维持胚胎存活所需的所有额外组织。现在这些细胞被称为多能细胞。多能细胞的后代逐渐失去其多功能性，并被锁定为某些类型的细胞。有些成为造血细胞，可以转化为许多不同类型的血细胞，但不能再成为，比如说，皮肤细胞。帕夫和他的同事在小鼠胚胎刚分裂成两个细胞时，也就是它们全能性的巅峰时期进行了检查。他们记录了当时活跃的基因——这些基因赋予细胞巨大的可塑潜力。他们发现有100多个基因在两细胞阶段活跃，然后到胚胎变成中空球体时就关闭了。细胞开启和关闭基因的一种方式是产生蛋白质，这些蛋白质会附着在附近的DNA片段上，这些片段被称为启动子。蛋白质和启动子之间的匹配必须精确；否则，基因会在错误的时间开启，并在需要时无法产生蛋白质。帕夫和他的同事发现，所有两细胞基因都具有相同的启动子——这可以解释它们如何都在同一时间变得活跃。他们发现真正了不起的是这些启动子的来源。它们来自病毒。在胚胎发育的最早阶段，这些受病毒控制的基因是活跃的。然后细胞会抑制它们，就像它们会抑制病毒一样。一旦这些基因被沉默，全能细胞就变成了多能细胞。当帕夫和他的同事观察多能细胞球时，他们还发现了一些令人惊讶的事情。多能细胞会时不时地让受病毒控制的基因再次开启，然后又将其关闭。事实证明，所有细胞都会循环进出科学家所称的“魔法状态”，在这种状态下，它们会暂时再次变得全能。（这张照片中的粉色细胞暂时处于这种魔法状态。）处于魔法状态的细胞可以产生胚胎的任何部分，以及胎盘和胚胎外部的其他组织。一旦受病毒控制的基因再次关闭，它们就会失去这种能力。这一发现表明，这些受病毒控制的基因对于使细胞具有全能性至关重要。帕夫和他的同事提出，这些病毒启动子的驯化是带有胎盘的哺乳动物进化的关键一步。病毒造就了我们今天的样子这一想法听起来可能很奇怪，但帕夫绝不是第一个发现证据的人。例如，去年，我写过胎盘哺乳动物如何窃取病毒蛋白来构建胎盘。这种奇怪的发现不可避免地会引发其发现者无法回答的问题。这些受病毒控制的基因在最初的两个细胞中做什么？没有人知道。1亿年前，这种病毒DNA的驯化是如何帮助产生胎盘哺乳动物的？谁知道呢？为什么病毒如此密切地参与怀孕的许多部分？非常棒的问题。一个非常非常好的问题。嗯，我们还有其他问题吗？我们不必等到所有这些问题的答案都出来，科学家就可以开始研究这些病毒的一个非常实际的应用。近年来，科学家们一直在重新编程取自成年或胚胎的细胞，试图将它们推回到早期状态。通过诱导细胞成为干细胞，研究人员希望为帕金森病和其他需要替换缺陷细胞的疾病开发新的治疗方法。帕夫建议我们应该开启这些受病毒控制的基因，以帮助将细胞推回到魔法状态。如果帕夫的猜测是正确的，那将是我们对病毒的一次美妙的胜利。1亿年前开始的一场流行病可能成为我们在再生医学中最新的工具。（有关这些内部乘客的更多信息，请参阅我的书《病毒星球》。）[图片：索尔克研究所提供。]
