病毒：RNA世界的余晖

你好，我是王立铭，欢迎来到生命科学50讲。这一讲是我们讨论自我复制这个话题的最后一讲。

上一讲我们讲到了，在地球生命起源的早期，RNA这种分子极其重要。它很有可能同时扮演了DNA分子和蛋白质分子的双重角色。这就是著名的RNA世界理论。这个理论说明了，生命最初的形态很可能是RNA分子。

当然，今天的世界已经不是RNA的世界了，RNA已经退出了生命舞台的中央。但是我必须得说，RNA分子并没有退场。在今天地球生命一个隐秘的角落里，它仍然威风凛凛。这个角落是哪儿呢？

估计你想象不到，它就在病毒世界。

今天这节课，我想带你走进病毒的世界。这是一个非常特殊的生命世界，也是RNA世界在今天地球上留下的最后背影。

RNA是病毒的遗传物质

首先，我们先来简单了解一下病毒。

病毒有两大特点。第一，病毒是一种介于生命和非生命之间的东西。我在之前的讨论里，有意识地忽略了病毒，也是因为这个原因。

为什么说它是非生命呢？因为病毒颗粒体型非常小，直径往往只有几十上百纳米，比最小的细菌还要小很多。

这些病毒颗粒其实没有什么生命迹象。你可以简单地把它理解成一层结实的蛋白质外壳，里面装了一条或者好几条存储遗传信息的分子。这样的病毒颗粒没有能力利用环境的能量，也没有能力自我复制，因此很难说它是生命。

那么，为什么又说它是生命呢？

因为当病毒进入活的细胞之后，它立刻就会活跃起来，开始展现它生机勃勃的那一面。病毒的遗传物质能马上被用来指导生产新的蛋白质，也可以马上被用来实现遗传物质的自我复制。

当然了，我必须说明，病毒本身携带的东西，远不足以支撑这些生命活动。这些活跃的机能，或多或少都需要利用细胞内已经存在的，高度发达的生物化学机器。

病毒只有在宿主细胞无意的帮助下，才能够呈现生命现象，实现自我复制，繁殖后代的机能。而且，在新一代病毒颗粒组装完成，并且离开细胞之后，它又可以恢复非生命的那一面。

因此病毒的生命历史，就是生命特征和非生命特征交替出现的循环过程。

好，病毒除了是一种介于生命和非生命之间的东西之外，还有第二个特点。那就是它的遗传物质是RNA，而不是DNA。

这个非常奇怪，因为今天地球上除了病毒以外的所有生命形式，不管是动物、植物还是细菌、真菌，都使用DNA分子作为遗传信息的载体。

因为DNA化学性质上比较稳定，复制的时候不容易出错，这样就可以保证父母和孩子之间有很高的相似度，不至于羊生出小猪，或者桃树结出苹果。

但是在病毒世界里，却仍然有相当数量的病毒在继续使用RNA作为唯一的遗传物质。

对于人类而言，有几种特别重要的病毒就是这样：比如流感病毒、普通感冒病毒、丙肝病毒，还有曾经让中国人闻之变色的SARS病毒。

这些病毒的遗传物质都是RNA分子。在这些病毒的整个生命历程里，压根儿就没有DNA分子。

当这些病毒颗粒进入人体细胞，他们携带的遗传物质RNA，就能够直接借用宿主细胞的资源，装配病毒外壳。同时呢，这些RNA分子还能够在某些特殊蛋白质的帮助下，直接用RNA复制RNA。

这样过一段时间，新一代病毒的外壳和遗传物质都已经生产完毕，就可以组装出新的病毒颗粒，离开这个可怜的细胞，入侵其他的人体细胞了。

所以我说，在病毒世界里，或者说至少部分病毒体内，RNA仍然站在生命舞台中央。

RNA的缺陷是一种生存优势

相比DNA，RNA在化学性质上不太稳定，自我复制的时候也更加容易出错。那为什么会有很多病毒仍然选择RNA，而不是DNA作为遗传物质呢？

答案可能有点儿出人意料，但又合情合理。因为，对于病毒来说，RNA作为遗传物质的那些缺陷，反而成了生存优势。

我们先来比较一下DNA和RNA复制的错误率。

在人体细胞中，DNA复制的错误率是极低的。每复制10亿个DNA碱基，才会出1个错误。而人体基因组一共才30亿个碱基对，所以说人体细胞每复制和分裂1次，只会出个位数的错误。

在绝大多数时候，这些错误对人体细胞功能的影响是非常有限的。我们说过，这一点对于遗传信息的稳定遗传，对于生命活动的稳定进行，是非常关键的。

那么RNA病毒呢？复制的错误率是每1万到100万个碱基就会出一个错误，错误率一下子上升了4、5个数量级。

如果人体这样的复杂生命有如此高的错误率，早就活不下去了，因为这就意味着，人体的每个细胞都必然携带着一大堆错误，会被搞得千疮百孔。

但是对于RNA病毒这样的简单生命来说，极高的错误率反而是巨大的生存优势。

因为这样的突变率，就意味着这些病毒产生的所有后代，没有哪两个是完全一样的，随便找两个都有很大的区别。

这些错误只需要积累短短几代的时间，病毒就可以演化出完全不同的遗传信息。这样一来，病毒生命就可以以极高的速度适应环境，获得生存机会。

我们用一个例子来说明病毒的这种独特优势。

• 因为极高的错误率，流感病毒表面的特征信号总是在变化当中，这样一来，人体的免疫细胞想要发现病毒，并且把它们清理掉，就会变成一件非常困难的任务，病毒就可以继续在人体当中生存并且繁衍后代。

这也就是为什么那几种有代表性的病毒，如RNA病毒、流感病毒、普通感冒病毒、丙肝病毒和SARS病毒，会经常性地在人群中流行，而且人们又难以开发出有效的疫苗和药物的原因。

所以你看，RNA的天生缺陷，让绝大多数地球生命放弃了使用RNA作为遗传物质，转而使用更加稳定，更加精确的DNA。

但反过来呢，也正是因为这些缺陷，让一小部分非常特别的地球生命，也就是RNA病毒，可以继续生机勃勃地生存在今天的地球上。

而且基于它们非常活跃的变异能力，它们很有可能长久地，甚至永恒地和其他地球生命共同生存下去，继续玩儿猫捉老鼠的游戏。

这可能是古老的RNA世界，在今天的地球生物圈中，最后的背影。

给你留一个思考题：目前为止你已经知道，生命活动离不开能量输入和自我复制，这两个元素缺一不可，相互依赖。那你可以想一想，这两个元素在生命体中是如何被联系在一起的？欢迎你在课后留言。下一讲见。

（A）生命为什么需要自我复制？

自我复制可以帮助生命应对意外，以及多变的地球环境。其中不够精确的自我复制，恰好提供了大量试错的生物样本，保证了地球生命的永续。

（B）自我复制是怎么实现的？

生命通过DNA进行自我复制。将三维的蛋白质信息，记录在一维的DNA分子上，这个过程称为自我复制的降维打击。

（C）DNA的结构有什么特点？

DNA具有双螺旋结构。两条DNA链，根据A和T配对，C和G配对的原则，首尾相连对在一起。双链所携带和编码的信息是完全一致的。

（D）复制过程为什么需要“中介”RNA？

因为DNA复制需要蛋白质参与，这就提出了先有DNA还是先有蛋白质的难题。RNA能同时担任DNA和蛋白质两种功能，这在生命初期，解决了先有鸡还是先有蛋的问题，也是RNA保留至今的原因。

（E）RNA和生命的起源有什么关系?

RNA这种生物大分子，既能够存储遗传信息，又可以实现蛋白质的功能。因此，可能是它推动了最早出现的生命活动。

病毒世界，可能是古老的RNA在今天的地球生物圈里，留下的最后背影。