病毒侵入我們的DNA
每年,都有數十億人感染病毒——從流感病毒等常見的病毒到脊髓灰質炎病毒、埃博拉病毒等較少見的病毒。
通常,一個病毒并不能在我們的身體里停留很長時間,一般會被我們的免疫系統消滅掉,也有一些可以逃出來并去感染新的宿主,這樣它們可以繼續繁衍下去;不幸的是,病毒有時會非常猛烈,殺死宿主,在此過程中,多數病毒也與宿主同歸于盡,只有極少數病毒能逃出生天。但是在一些十分罕見的情況下,病毒的基因會融進宿主的基因組里,成為宿主遺傳信息的一部分,并傳播到下一代。
發現我們體內也有病毒的基因是近期的科學進展。當科學家測序人類基因組時,有時會發現一段DNA中具有很明顯的病毒特點,最容易辨別出的病毒種類是逆轉錄病毒——一種包括艾滋病病毒的病毒種類。逆轉錄病毒能使用一種酶,把自己的基因插入到宿主細胞的DNA中,這樣細胞就會把這種病毒DNA轉譯出可以組裝新病毒的各種分子,以組裝出新的病毒。
由于逆轉錄病毒會入侵到人類卵子和精子中的基因組里,于是,逆轉錄病毒最終會跑到新出生的嬰兒身上,使這個嬰兒也會攜帶病毒基因。就這樣,逆轉錄病毒可以一代又一代地傳播下去。
上面這種現象的存在,導致了人類基因組里包含了大量的病毒DNA——我們每個人大約攜帶了10萬多段來自逆轉錄病毒的DNA,這些基因組內的逆轉錄病毒被稱為“內源性逆轉錄病毒”,它們的DNA占了人類基因組的5%到8%。看似不太多,但這個數量卻是2萬多個負責編碼蛋白質的DNA的5倍多。
病毒入侵的歷史
當生物學家開始對其他物種的基因組進行測序時,他們發現其他物種的基因組里也有大量的病毒DNA,比如像黑猩猩這樣的人類近親,也具有一些與人類相同的內源性逆轉錄病毒。既然我們的祖先和黑猩猩的祖先是在大約700萬年前分道揚鑣的,那說明在我們和黑猩猩的共同祖先身上,這個病毒DNA就已經存在了。
當病毒學家們對包括人、猿、猴的基因組內的內源性逆轉錄病毒進行了大量調查后發現,其實人類基因組內病毒產生的歷史甚至可以追溯到4000萬年以前。
人、猿、猴的共同祖先是生活在大約4000萬年前的靈長類動物。不過研究表明,那時新的病毒基因侵入靈長類祖先的速率十分快。而當3000萬年前猿、猴開始分道揚鑣后,各種新的病毒基因入侵到猴類(比如狒狒和獼猴)基因組的速率仍然基本保持不變,但是在猿類那里卻發生了下降,包括人類、黑猩猩、大猩猩、猩猩和長臂猿等的分支。
這種下降表明,猿類在最近幾百萬年里學會了抵抗內源性病毒。那么,猿類是怎么學會抵抗病毒基因的呢?
最近,科學家已經發現,哺乳動物的細胞常常可以用多種方式,減少內源性逆轉錄病毒引起的危害。一種方式是把病毒DNA卷曲起來,這樣它就無法進行轉譯;另一種是產生一種特殊的蛋白質來破壞剛剛插入進來的病毒基因。這是不是猿類抵抗病毒基因的方法呢?
人類文明阻斷了病毒的傳播
不過,科學家認為,上面這種觀點只能解釋部分下降的現象。在人類分支中,病毒入侵的概率急劇下降,其速度遠超過其他如猩猩、長臂猿等分支。在最近的幾百萬年里,只有一種新病毒持續地在人類中繁殖,于是他們提出了一個假設:文明的進步,使得我們的祖先減少了被病毒感染的概率。
人類和狒狒的基因組內有著許多相同的內源性病毒
像艾滋病病毒一樣,逆轉錄病毒主要是通過血液進行傳播。由于其他的靈長類動物仍在用牙齒當武器,要么用來捕食,要么去與其他同類進行斗爭。如果被捕食者或其他同類被感染,那么它們也很容易被感染。而早期的人類已經學會了使用工具來獲得食物,而不是牙齒,同類之間也不會彼此撕咬。因此,通過血液傳播的病毒就不容易被人類感染,這樣人類就減少了逆轉錄病毒入侵到人類的基因組的機會。
了解我們內源性病毒的歷史,對我們的健康極為重要。知道它們的歷史,將會有助于了解它們在未來會如何影響我們。