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科學(xué)大院:病毒,那條靜止的河流
【作者/葉盛,來源/“科學(xué)大院”公眾號(ID:kexuedayuan)】
病毒有毒嗎?病毒算是生命嗎?病毒是怎樣讓人生病的?有藥物能殺死病毒吧?病毒跟病菌有什么區(qū)別?讀了那么多談冠狀病毒的文章,可你真的了解病毒嗎?本文或許能幫你重新認識病毒。
生命的類似物
什么是生命?
如果世界上沒有病毒存在的話,上面這個問題的答案就很簡單了——生命都是由細胞構(gòu)成的。無論是單細胞的細菌、古菌、真菌,還是多細胞的絕大多數(shù)動植物,它們的生命活動都離不開細胞這個基本單元。
細胞的意義在于,它將“生命”這個概念圈在了細胞膜這樣一道“圍墻”里:墻內(nèi)生機盎然,蛋白質(zhì)催動著千萬種生化反應(yīng),吸收利用能量,合成分解生物分子,維護復(fù)制遺傳信息,有序度不斷增加;墻外的世界則是生命的荒原,能量從高峰流向低谷,無序度不斷增加。
在細胞膜這樣一道“圍墻”里,生機盎然(圖片來源:http://portfolios.scad.edu/)
然而,病毒的存在給科學(xué)家們出了一道難題,讓生命的定義變得模糊不清,因為它既像是生命,又不像是生命。
首先,從構(gòu)成上來講,病毒像所有細胞生命一樣是由蛋白質(zhì)、核酸、磷脂這些生命分子組成的。這就意味著它們也是高度有序的存在,是消耗能量才能生成的產(chǎn)物。
其次,病毒也像細胞一樣利用核酸分子來保存遺傳信息。有些種類的病毒利用脫氧核糖核酸(DNA)作為遺傳物質(zhì),有些則是用核糖核酸(RNA)作為遺傳物質(zhì);有些病毒種類利用的核酸是單鏈,有些則是雙鏈。相比之下,細胞則要統(tǒng)一得多,無論是什么生命形式的細胞,遺傳物質(zhì)都是雙鏈DNA,而RNA大體上只作為從DNA到蛋白質(zhì)的中間環(huán)節(jié)而存在。
甚至,病毒也有自己的“圍墻”,以保持自己這個生命世界的獨立完整。包圍細胞的圍墻各式各樣,但一定都會具有由磷脂分子組成的細胞膜,上面還插有不少蛋白質(zhì),起著物質(zhì)通道或信號探測器的作用。病毒的圍墻更是千差萬別,但與細胞正相反的是,一定都會有一層完全由蛋白質(zhì)分子組成的殼,稱為衣殼。相對于柔軟、流動的細胞膜而言,病毒的蛋白衣殼是堅實而固定的,還常常會搭建成正二十面體或螺旋體等結(jié)實的幾何構(gòu)型。
A.無包膜病毒;B.具包膜病毒。①衣殼,②核酸,③殼粒,④核衣殼,⑤病毒體,⑥外套膜,⑦刺突蛋白(圖片來源:維基百科)
靜止的河流
盡管有著如此之多的相似之處,但病毒與細胞還是有一些本質(zhì)上的差異。其中最重要的一點就在于能量的流動性上:如果說細胞是流動的生命,那么病毒只能算是靜止的河流。
為什么這么說呢?讓我們回到“什么是生命”這個問題上來,有人說:生命就是活的東西。那么再追問一句:什么算是“活”呢?顯然,能否運動不是一個標準。不要說植物這些基本不會運動的生物,就連動物之中也有很多物種是一生固定不動的。但是,不管是什么生命形態(tài)的細胞,它的“圍墻”之內(nèi)一定是活的。
細胞會直接利用葡萄糖這樣的能量物質(zhì),或者像植物一樣獲取光能,然后再利用這些能量完成千千萬萬不同的生物化學(xué)反應(yīng)。一個小小的細胞里,小到兩三個原子組成的氧分子與二氧化碳,大到數(shù)以萬計的原子組成的蛋白質(zhì)或核酸分子,它們都在不停地分解合成,再分解,再合成,周而復(fù)始,生生不息。
左:葡萄糖分子在細胞內(nèi)逐級氧化,可控釋放能量;右:葡萄糖通過燃燒劇烈釋放能量(圖片來源:http://www.nature.com/)
哲學(xué)家總是說:你不可能兩次跨過同一條河流。生物學(xué)家則會說:你不可能兩次看到同一個細胞。因為此細胞非彼細胞:上一次看到的細胞里的分子大都已經(jīng)分解消失,又被一模一樣的新合成出來的分子所取代了。這是一個消耗能量的過程,也是生命所謂“活”的實質(zhì)所在。
從這個意義上來講,病毒是“死”的。
病毒只是把承載遺傳信息的核酸分子,以及少量對啟動復(fù)制過程有用的蛋白質(zhì)分子,包裹在了一層蛋白質(zhì)衣殼的硬殼之中而已。有些種類的病毒還會再在外面包上一層類似細胞膜的包膜,能夠起到偽裝自己的目的。
在病毒顆粒中,不存在正在進行的生物化學(xué)反應(yīng),沒有能量的流動,也沒有物質(zhì)的合成分解,是一條“靜止的河流”。
- 原標題:科學(xué)大院:病毒,那條靜止的河流 本文僅代表作者個人觀點。
- 責任編輯: 李泠 
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