|
現(xiàn)行人教版高中必修第一冊緒論部分備課資料 病毒 一、病毒病由來已久 地球上的人類，其他動物和植物遭受病毒病的折磨已有許多世紀。許多記述表明至少在公元前二至三個世紀印度和中國就存在天花，中國從公元十世紀宋真宗時代就有接種人痘預防天花的記載了。在明代隆慶年間（1567-1572），人痘預防天花推行甚廣，先后傳至俄國、日本、朝鮮、土耳其及英國。1796英國醫(yī)生詹納（Jenner），才得出了結論，牛痘可能使人預防天花，并在英國及歐洲大陸普遍應用，挽救了千百萬人的生命。 除了文字記載外，考古學的發(fā)現(xiàn)也說明早就存在某些人類病毒病。在古埃及石刻浮雕中一個主要人像就帶有患過引起跛足的脊髓灰質炎的標記。在家畜的病毒病中，狂犬病可能是最早有記載的。此病毒病一般與瘋狗有關。阿里斯多德（Aristotle）在公元前四世紀就記述了病犬的瘋狂和暴怒，通過咬嚙還能將病魔傳給其他的動物，此病也能傳染給人（人畜共患疾?。?，在人體上這種病常被稱作恐水病。法國人巴斯德（Pasteur）在1884年發(fā)明了狂犬疫苗。 第一個記載的植物病毒病的是郁金香碎色病，因為至今荷蘭阿姆斯特丹的Rijks博物館還保存著一張1619年荷蘭畫師的一幅得病的郁金香靜物畫，據(jù)記載一個得病郁金香球莖竟能換來牛、豬、羊甚至成噸的谷物或上千磅的奶酪。在1634-1637年的荷蘭，這種嗜好達到了可稱做“郁金香熱”的高潮。使我們知道在十七世紀就存在一種植物病毒病----郁金香碎色病。 二、病毒的發(fā)現(xiàn)與發(fā)現(xiàn)者 Adolf Mayer被煙草的一種病態(tài)吸引住了，其癥狀是感染葉子上出現(xiàn)深、淺相間的綠色區(qū)域，故麥爾在1886年稱為煙草花葉病。通過對葉子和土壤的分析麥爾指出不能把此病歸于無機物平衡失調。這可能是一個細菌病。 1892年從事煙草病工作的年青的俄國科學家伊萬諾夫斯基(Ivanovski)發(fā)現(xiàn)感受花葉病的葉汁，即使經(jīng)過Chamberland氏燭形濾器的過濾也仍具有傳染的性質。這項觀察提示了存在一種比以前所知的任何一種都小的病原，他認為該病是由產(chǎn)生毒素的細菌引起的。 1898年，荷蘭科學家貝杰林克(Beijerinck)重復了伊萬諾夫的實驗，他從患花葉病的煙草葉中擠出汁液，并使之通過Chamberland氏濾器（圖3）。表明濾液仍有侵染性。貝杰林克相信他的濾器阻擋住了細菌。將汁液置于瓊脂凝膠塊的表面時，發(fā)現(xiàn)侵染性物質在凝膠中以適當?shù)乃俣葦U散，而細菌仍滯留于瓊脂的表面。因此認為這種侵染性物質要比通常的細菌小。貝杰林克用“病毒(Virus)”來命名這種史無前例的小病原體。不難看出真正發(fā)現(xiàn)病毒存在的是貝杰林克。 伊萬諾夫斯基和貝杰林克通過他們創(chuàng)造性工作發(fā)現(xiàn)了煙草花葉病毒，從而開創(chuàng)了病毒學獨立發(fā)展的歷程。 三、病毒的起源與進化 病毒的起源及其進化： 1 對病毒和細胞進化關系的思考： 病毒從何而來？這是生物進化問題上一個至關重要的研究課題，是一個不折不扣的懸而未決的問題。特創(chuàng)論者們常常在一些情況不甚明朗的生物學領域里興奮不已，在病毒起源上也如同其它方面那樣喋喋不休地歌頌著那個被古閃米特人造出來的“偉大的上帝”。由于根本就沒有病毒化石來做證據(jù)，直接探索病毒的起源及其演化過程是個極其困難的工作。這就迫使人們去另辟途徑，由于病毒是非細胞形態(tài)的生命體，它的主要生命活動必須要在細胞中實現(xiàn)，這就使我們自然地想到從病毒與細胞在起源上的相互關系方面去尋找一些蛛絲馬跡，這也是最具有代表的做法。 現(xiàn)今最流行的進化順序觀點是：生物大分子→細胞→病毒 病毒可能是細胞在特定條件下“扔出”的一個基因組，或者是具有復制與轉錄能力的mRNA。這些游離的基因組，只有回到他們原來的細胞內環(huán)境中才能進行復制與轉錄。 另一種順序：生物大分子→病毒→細胞 2 病毒的起源： 現(xiàn)在，我把病毒排在了細胞之后，那么病毒的徹底寄生性如何解釋呢？還如前面所說，這是病毒在長期進化中選擇了徹底寄生的生活。也就是說數(shù)十億年前的病毒可能并不是寄生（或完全寄生）生活的。 因為有了時間的因素，我們誰也不能肯定現(xiàn)在病毒的生活方式就一定是幾十億年前的生活方式。況且，現(xiàn)在的病毒也并不完全是必須在活細胞中才能復制繁殖。事實上，病毒在死細胞中也具有繁殖的能力，甚至能夠讓死細胞復活，而它們自己的生命力也是如此之強，以至于有些病毒甚至在毀滅之后還能通過重組而“復生”。有以下一些例子： 當細胞的細胞核 DNA被破壞后就成為死細胞，這種細胞缺乏制造必要蛋白質和繁殖所需的遺傳指令。但是，病毒可以利用留存的細胞質中的細胞器進行復制，它能誘導這些細胞器以病毒基因組為指導，合成病毒蛋白質并復制病毒基因組。病毒這種在死亡宿主中生長的能力在單細胞宿主中（這些單細胞宿主很多都生活在海洋中）表現(xiàn)得最為明顯。 有些病毒具有修補酶，或能對這些酶進行編碼，用來切除并重新合成（宿主）受損 DNA、修補氧化損壞等等，是專用于這些病毒的，可能數(shù)十億年來幾乎都沒有發(fā)生過變化。 當病毒被有關手段毀滅后就成了無效病毒，但這些無效病毒可以通過所謂的多重復活過程而能夠重新獲得形態(tài)和功能。如果某個細胞中含有一個以上的無效病毒，病毒基因組將可以由各個部分精確的重新組合（正是由于這種重組功能，人們才能夠在實驗室中制造出人工重組病毒）。有時，基因組的各個部分也能夠提供一些功能協(xié)調的單個基因（稱為互補），從而無須重組完整或自主的病毒，就可以重建完整的病毒功能。病毒是唯一已知具有“鳳凰涅磐”能力——也就是從自己的灰燼中重生的能力——的生物體。 因此，我們完全可以大膽地推測病毒并不是起源于細胞，在遠古時其完全有可能不是營寄生生活的，于是那時的“病毒”也就沒有現(xiàn)今“病毒”的含義了，為了以示區(qū)別，這里我將那時的病毒稱為“原病毒”。 事實上,我給它們排的順序為：自主生活→共生→寄生。其中共生過程中就逐漸形成了細胞。長期進化中，原病毒選擇了利于其繁殖的細胞內環(huán)境系統(tǒng)。 一開始我就說明了病毒為生命體，于是原病毒就應成為原始生命了。那么在原病毒之前就有可能有一種非生命態(tài)或過度態(tài)，我稱之為“前生命體”，也就是“原病毒”的起源者。 就目前所知，人們提出有三種形態(tài)： ①由蛋白質組成的前生命體； ②由RNA組成的前生命體； ③由核酸和蛋白質共同組成的前生命體。 因此我們說：“原病毒”起源于類似類病毒那樣僅由RNA組成的前生命體。 3 病毒的進化： 數(shù)億年的進化歷程，使現(xiàn)在的病毒具有許多奇特的性質，而其與細胞的關系又極其復雜，這就為研究病毒帶來了極大的困難。在對待病毒進化問題上，不能止于時間縱軸上，我們還應注意到橫向的影響變化。 （1 ） 縱向進化： 病毒從RNA前生命體而來，它的去向我分成兩條，一條即現(xiàn)在的病毒，另一條即細胞，且兩條去向是相伴相生的。 細胞膜的產(chǎn)生使一切皆有了可能。美國學者Luis P.Villarreal和澳大利亞學者Philip Bell主張細胞核本身就源自病毒。因為一種更可能的情況是，細胞核可能是從在原核生物中永久安家的大型DNA病毒進化而來的?；蚪M測序數(shù)據(jù)可以為該觀點提供支持，數(shù)據(jù)顯示，一種感染細菌的名為T4的病毒，其控制DNA聚合酶（復制DNA的酶）的基因與真核生物及感染它們的病毒體內的其它DNA聚合酶密切相關。美國人Patrick Forterre也分析了控制DNA復制的酶，并得出結論，在真核生物中控制這些酶的基因可能來源于病毒。 （2 ） 橫向影響： 探討了“原病毒”在時間縱軸上的演化路線，而其兩條支路并非相互獨立的發(fā)展。事實上，病毒會直接與其它生命體（包括原核和真核生物）進行遺傳信息的交換。本來生物的進化就是在相互影響中進行的。 大多數(shù)已知的病毒能夠持久生存、沒有害處，而且不會致病。病毒基因組（完整的DNA或RNA補體）可以永久地移植在宿主中,為宿主后代加入病毒基因，最終成為宿主物種的基因組中的關鍵部分。病毒的數(shù)量巨大，再加上它們極快的繁殖和突變速度，使它們成為這個世界上基因革新的最主要的源泉：它們經(jīng)常會“發(fā)明”新基因。來自病毒的獨特基因會四處傳播，進入其他生物體，并且在進化中發(fā)揮作用。 但是有沒有第三種可能呢？那就是：病毒制造出基因，然后將它們移植到兩個不同世系中——比如說，細菌和脊椎動物。我覺得這種觀點更具有說服力。 與僅僅在緩慢產(chǎn)生的的內部基因變化中進行選擇的外部力量相比，病毒的影響絕對要快得多，也直接得多。 從單細胞生物到人類，病毒感染地球上的所有的生命，常常因此而決定哪種生物會繼續(xù)生存下去。但是，影響是兩方面的，病毒既然在宿主中寄生，宿主的遺傳物質和抗性也會對其產(chǎn)生影響。而“轉導”現(xiàn)象正好作為二者之間的這種關系的一個實證。 病毒對生命很重要，隨著我們不斷揭示越來越多生物的基因組,病毒這一古老的動態(tài)基因庫所做的貢獻也會越來越明顯。早在1959年，諾貝爾獎獲得者薩爾瓦多.盧里亞(Salvador Luria)思索著病毒對進化的影響：“在病毒體內，在它們與細胞基因組結合，然后又再度出現(xiàn)的過程中，也許可以發(fā)現(xiàn)在進化期間創(chuàng)造出成功遺傳模式的裝備和過程。” |
|
|
