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细胞与病毒共同起源

已有 1462 次阅读 2022-10-11 08:33 |个人分类:暗物质|系统分类:论文交流

细胞与病毒

1 病毒先起源

1924年法裔加拿大微生物学家德海莱提出病毒是细胞的祖先。20世纪60年代卢里亚指出病毒是在细胞出现前原始生命汤中的遗骸。这个假说认为,在地球上生命的演化是从无机物到有机物,再到病毒,最后到细胞生物。病毒既具有化学大分子可以结晶的特点,又具有生物以自身为模板复制产生后代的部分特征。研究表明,生物进化通常遵循从简单到复杂的历程。因此,在从非生命物质到生命出现这一漫长的转变过程中,病毒处于非生物与生物的过渡位置。在结构上,衣原体等最简单的细胞比最复杂的病毒更复杂,也就是说病毒刚好填补了从化学大分子到原始细胞之间的空白。然而,没有细胞确出现细胞的寄生者,这个逻辑本身就存在问题。

2 细胞先起源

由于病毒先出现的逻辑性问题,一些学者坚持认为是先形成细胞然后出现病毒,并提出退行性起源和内源性起源两种源假说。退行性起源假说认为病毒是高级微生物的退行性生命物质,微生物细胞在进化中部分基因丢失,使其逐渐丧失独立的自我繁殖能力,只能进入宿主细胞才能产生后代,并且在进化过程中更为精简自己的基因组,以至于到今天多数病毒只有数个或者两位数字的基因存在。内源性起源假说认为,病毒起源于正常细胞的核酸片段逃逸,因偶然途径从细胞内脱离出来而演化为病毒。质粒属于细胞的一部分,但它可以脱离细胞,并在细胞间传递。病毒与质粒的生物学属性非常相似,可认为都是细胞内寄生、水平传播和垂直遗传等。

3 细胞与病毒共同起源

细胞和病毒谁先起源的问题曾经占据主流学术界。随着生命起源研究领域的逐步发展,一些新的与生命产生有关的现象被发现。RNA酶的发现使得更多的学者相信早期生命的核心是RNA而不是DNA。首先,某种由类蛋白质和核苷酸共同催化的“前代谢结构”产生了随机的代谢过程与大分子生长。接着,功能性蛋白质及RNA基因同步起源于推测的“原始tRNA-氨基酸-密码子三聚体”。可能有一种原始tRNA担负早期的翻译任务,这个过程诞生了中心法则中RNA至蛋白质的信息流向。最后,细胞和病毒同步起源于“准代谢脂质体”与“RNA同源复合体”之间的生存竞争和协同作用。多分子团聚体的协同竞争性组织现象演化出原始病毒与原始细胞。

自我选择、自我复制、自我隔离是完整生命体必须具备的生命特征。病毒已经具备了自我选择、自我复制的生命特征,但病毒没有形成自我隔离的完整生命特征,病毒是生命起源的过渡性的、具有不完整生命特征的半生命体。一部分具有自我选择、自我复制的多分子团聚体形成了自我隔离的细胞膜,就诞生了具有完整生命特征的细胞。在生存竞争和协同作用下,病毒形成了对细胞的专一寄生性。这意味着病毒和细胞同时同地起源,唯一的差别是细胞具有自我选择、自我复制、自我隔离等完整生命特征的生命体,而病毒是只具有自我选择、自我复制生命特征,但不具有自我隔离生命特征的半生命体。


(1) 生命生存条件是生命起源的首要条件。地球生命体系是已知的宇宙中唯一的生命体系,人类可以找到适合生命生存的星体,但将永远找不到一个安全、有效的星际旅行方法来抵达这些宜居星体。地球生命一定起源于地球,即使有人认为可能来自于地外星体,不仅要解决那个星体生命生存问题、生命旅行问题,同样也需要解决那个地外星体的生命起源问题。

(2) 在多种生命起源的模拟实验中,阳光照射和化学物质高度浓缩汤是形成DNA单元的关键,在广阔的海洋、陆地及流动河流里均无法形成关键的生命浓缩汤。水陆边界的局部水域是形成原始生命浓缩汤的理想环境。水陆边界局部水域在长时间、无限次的干湿交替的过程中,各种类型的DNA单元会不断形成,且万亿种DNA单元的组合方式不断形成,这种大量的试错方式、优胜劣汰的适者生存原则,在生命产生之初就开始发挥及其重要的作用。相较于其他的氨基酸,更容易用现今蛋白质中发现的20多种氨基酸来实现自发连接。干湿交替的水陆边界局部水域环境不仅完美解决了核酸依赖于水但却容易被水分解的悖论,也完美诠释了为何生命在成千上万种可能性中只使用了那几种氨基酸。

(3) 生命起源分四个阶段:小分子有机物形成、大分子有机物形成、多分子团聚体形成和原始细胞诞生。在大分子有机物形成阶段,自我选择的生命特征已经开始出现;在多分子团聚体形成阶段,自我选择发挥重要作用,自我复制的生命特征已经开始出现。在干湿交替和土壤的共同作用下,多分子团聚体已经出现自我隔离功能,而磷脂在自我选择的作用下不断胜出,不断形成具有自我选择、自我复制、自我隔离的完整生命特征的细胞。最初的细胞诞生在干湿交替的水陆边界,因此适应水陆两种不同的环境,这意味着水生生物和陆生生物同时产生。

(4) 自我选择、自我复制、自我隔离是完整生命体必须具备的生命特征。病毒已经具备了自我选择、自我复制的生命特征,但病毒没有形成自我隔离的完整生命特征,病毒是生命起源的过渡性的、具有不完整生命特征的半生命体。一部分具有自我选择、自我复制的多分子团聚体形成了自我隔离的细胞膜,就诞生了具有完整生命特征的细胞。在生存竞争和协同作用下,病毒形成了对细胞的专一寄生性。这意味着病毒和细胞同时同地起源,唯一的差别是细胞具有自我选择、自我复制、自我隔离等完整生命特征的生命体,而病毒只具有自我选择、自我复制生命特征,但不具有自我隔离生命特征的半生命体。



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