病毒不是活的嗎？

文章日期：2012-03-01 20:14

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病毒不是活的嗎？

病毒是大家耳熟能詳的名詞，然而一般人卻不知道，在傳統生物學定義下，病毒是沒有生命的！現在，科學家要挑戰「生命」的概念，讓病毒重回生命網絡之中。 撰文╱比雅瑞爾（Luis P. Villarreal） 翻譯／涂可欣

病毒存在於生命和無生命物質的邊界上。

1950年代美國經 典電視喜劇「新婚佳人」有一集演到，紐約布魯克林的公車司機克萊姆登大聲向太太艾 麗絲解釋：「你知道，我了解你有多容易受病毒感染。」半個世紀前，即使像克萊姆登這樣的市井小民，對病毒也都有些認識：病毒是一種微小的病原體。然而可以 確定的是，他們並不清楚病毒是什麼，即使到了現在，這樣的人也不少。

將近100年來，科學界對病毒認知的共識也一再改變，從最早認為病毒是一種毒物，然後是一種生命形 式，接著又改觀成一種生物化學物質；到了今日，病毒則被視為介於生命和無生命之間灰色地帶的物質：它們沒有辦法自行複製，但是到了真正的活細胞內又可以繁 殖，而且會對宿主的行為造成巨大的影響。在現代生物科學發展史中，大部份時期我們都將病毒歸類為無生命物質，也造成了一個意外的結果：大多數的學者在研究 演化時，都忽略了病毒。不過，現在的科學家終於開始認識病毒在生物歷史中的根本角色。

必也正名乎
我們很容易理解為什麼病毒這麼難以分類，因為每次使用不同的標準來看它們，它們的模樣似乎也會跟著有改變。人類最初對病毒產生興趣，是因為它們與疾病有 關，病毒（virus）一詞，就是源於拉丁文的毒物。19世紀末，研究者發現某些疾病，像是狂犬病和口蹄疫，是由行為類似細菌、但個體更小的病原體所造 成。由於它們顯然具有生物特徵，而且可在動物體間傳播，造成明顯的生物效應，因此在當時，病毒被視為生物世界裡具有基因的最簡單生命型態。

人類免疫不全病毒（HIV）

到了1935年， 病毒被降級為惰性化學物質。美國紐約市洛克斐勒大學（當時還是洛克斐勒研究所）的史 坦利（Wendell M. Stanley）和同事，首次將病毒（菸草鑲嵌病毒）顆粒結晶出來，他們看到病毒是由複雜的生物化學物質組成，但是卻缺乏表現生命的生物化學活性：執行代 謝功能的重要系統。史坦利因這項研究，獲得了1946年的諾貝爾化學獎（而不是生理醫學獎）。

史坦利和其他人的進一步研究，確立了病毒的結構：在核酸分子（DNA或RNA）外，包裹著蛋白質構成 的外殼，其上的某些蛋白質可能還與感染有關。這種描述讓病毒聽起來比較像是化學組件，而不像生物。然而當病毒進入細胞後（細胞受感染後即稱為宿主），就變 得生龍活虎。病毒會脫去外殼，讓基因裸露，誘導細胞的複製機具生產病毒的DNA或RNA，並根據病毒核酸上的指令製造更多病毒蛋白質。這些新出爐的病毒零 件在組裝後，瞧！就變出了更多的病毒，去感染其他細胞。

這些行為，讓許多科學家認為病毒生存於化學和生命的邊域。法國斯特拉斯堡第一大學的病毒學家范雷建莫 特爾（Marc H. V. van Regenmortel）和美國疾病防制中心的梅伊（Brian W.J. Mahy），最近提出一種較詩意的說法來形容病毒對宿主細胞的依賴性，他們說病毒過著一種「借貸的生活」。有趣的是，即使生物學家長久以來都把病毒看成裝 著化學物質的盒子，他們卻利用病毒在宿主細胞內的活性，研究核酸是如何攜帶蛋白質編碼：事實上，現代分子生物學的基礎知識，就是靠著病毒取得的。

分子生物學家繼續把細胞內大部份的基本組成製成結晶，並且已習慣把細胞組件（例如核糖體、粒線體、細 胞膜、DNA和蛋白質）看成只是一些化學機具，或者是機具所使用或製造的東西。大多數分子生物學家，或許是因為接觸了多種執行生命活性物質的複雜化學結 構，讓他們不會花很多時間去思考：究竟病毒有沒有生命。對他們來說，探究這問題可能就像思考細胞內的個別組件有沒有生命一樣。這種短視的觀點，讓他們只注 意到病毒如何強佔細胞或造成疾病，至於本文稍後將討論的更宏觀的問題：病毒對地球上的生命歷史有何貢獻，則大多沒有答案，甚至無人聞問。

死也？活哉？
病毒有沒有生命，我的學生時常問到這看似簡單的問題，然而這些年來我們都無法找到一個簡單的回答，可能是因為它引發了另一個根本的議題：究竟如何界定「生 命」？我們很難為生命找到一個精確的科學定義，但多數觀察者都同意，生命除了要有繁殖能力外，還必須包括一些特質，舉例來說，活體是一種狀態，會受到出生 和死亡的限制。一般還認為生物也必須具備一定程度的生化自主性，能夠進行代謝作用，製造分子和能量來維續這個有機體。在大部份對生命的定義裡，這種程度的 自主性都是最根本的條件。

然而病毒的生命，在生物分子的層面上幾乎都需要仰賴他人，也就是說，合成核酸、合成蛋白質、分子的加 工處理和運輸，以及其他所有讓病毒能夠繁殖和傳播的生化作用，都得靠宿主細胞提供所需的原料和能量。有人可能因此認為，儘管這些活性均來自病毒的指令，但 病毒只不過是無生命的寄生體，利用著有生命的代謝系統。但是在「確定有生命」和「沒有生命」之間，或許存在著一個灰色地帶。

岩石沒有生命；一個具有代謝活性、但缺乏遺傳物質和繁殖潛力的囊袋，也是沒有生命的。細菌則是生物， 雖然它是單細胞，但它能夠生產能量和分子來維續自己，並且具有繁殖能力。那麼種子呢？一粒種子可能不被認為具有生命，然而它們卻有發展成為生命的潛能，卻 也有可能遭到損毀。從這點來看，病毒比較像種子，而和活細胞差異較大。它們具有特定的潛力，這些能力也可能受到摧毀，但它們無法獲得更獨立的生命狀態。

另一種思考生命的方式是，它們是一些無生命物質集合體產生的新屬性。生命和意識都是具有新屬性的複雜 系統的例子，它們各自都需要相當程度的複雜度或交互作用，來達到一種特殊的狀態；一個神經細胞或甚至一套神經網絡並不具有意識，它需要整個腦的複雜度。然 而即使是一個完整的人腦，也有可能具備活性卻無法形成意識，也就是我們所說的「腦死」。相似的情況，細胞或病毒的基因或蛋白質本身並不算有生命，去核細胞 的狀態就像腦死，缺乏了最關鍵的複雜度，而病毒也未能達到關鍵複雜度。所以生物體雖然是由和病毒一樣的基本建材所構成，但生命本身卻是個新產生的複雜狀 態。如果從這個觀點著手，病毒雖然不算完整的生命體，卻超越了無生命物質：它們已經來到生命的邊緣

事 實上，就在2004年10月，法國科學家宣佈了一項發現，再次顯示有一些病毒距離生命有多近。馬賽 地中海大學的哈烏（Didier Raoult）和他的同事，完成了已知最大病毒「擬菌病毒」（mimivirus）的基因組定序工作。這種病毒在1992年發現，體積約與小型細菌相當， 會感染阿米巴原蟲。定序分析顯示，這種病毒擁有眾多原本認為只存在於細胞生物的基因，有些基因與病毒蛋白質的製造有關，可能可以讓擬菌病毒更容易驅策宿主 細胞的複製系統。如同該研究小組在《科學》期刊中指出，擬菌病毒複雜的遺傳組成，「挑戰了病毒和寄生性細胞生物的分界。」

對演化的衝擊
病毒該不該歸類為生命的爭議，很自然地引發了另一個問題：思考病毒有沒有生命，會不會更像是個哲學問題、一個生動熱烈的修辭爭議，卻沒有什麼實質的重要性？我認為這個議題是很重要的，因為科學家對這問題的態度，會影響他們對演化機制的看法。

病毒有它們自己古老的演化史，可以一直追溯至細胞生命起源之時。舉例來說，有些病毒的修補酵素，可以切除並重新合成損壞的DNA、修復自由基所造成的破壞等，這種能力是特定的病毒所獨有，而且可能已經存在了幾十億年，幾乎都沒有改變。

儘管如此，大部份演化生物學家在研究演化的時候，仍抱持著因病毒沒有生命、所以無需嚴肅考慮的想法。 他們在看待病毒時，也認為病毒的形成是宿主基因不知怎地逃脫出來、然後獲得蛋白質外殼。在這觀點下，病毒是落跑的宿主基因退化而成的寄生體，而將病毒摒除 在生命的網絡之外，病毒對物種起源和生命維續的重要貢獻，則受到漠視。（事實上，在厚達1205頁的2002年版《演化百科全書》中，僅有4頁是有關病毒 的。）

當然，演化生物學家並不否定病毒在演化中扮演著一些角色，但當研究者把病毒當做無生物看待時，他們也將病毒歸類在等同於氣候變化之類的外在影響之中。這類外力會選擇遺傳控制的各式性狀，讓那些面對外來挑戰時最能生存茁壯的個體，也能夠成功繁衍，將它們的基因傳給下一代。

但是病毒卻能直接與生物交換遺傳訊息，也就是說它們是處在生命網絡之內。可能最讓大部份醫師、還有大 部份演化生物學家驚訝的是，大部份已知的病毒都不是病原體，而是宿存而無害的。它們長期寄居在細胞內，維持蟄伏狀態，或以緩慢而穩定的速度利用細胞的複製 工具繁殖自己。這些病毒發展出許多靈巧的辦法，來躲避宿主免疫系統的偵查，幾乎在免疫防線的每一步，病毒都能想出改變和控制的辦法。

再者，一個病毒的基因組（整段DNA或RNA）可以永久寄居在宿主內，將病毒基因加入宿主的遺傳世 系，最後成為宿主基因組的重要組成。相較於只能單純選擇緩慢遺傳變異的外力，病毒的影響無疑更快更直接。而且病毒龐大的數量，再加上它們快速複製和突變的 速率，讓它們成為世界上最重要的遺傳創造者：病毒經常「發明」新基因。而源自病毒的獨特基因可能會到處流傳，進入其他生物並造成演化上的改變。

【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2005年1月號〈病毒不是活的嗎？〉】