使我们成为人类的病毒

感染我们祖先的病毒为我们的许多特征提供了遗传基础。

哺乳动物的崛起可能让人感觉像是一个熟悉的故事，但有一个你可能不知道的转折点：如果不是因为病毒，它可能根本就不会发生。

6500万年前小行星撞击事件中为数不多的幸存者之一是一种小型、毛茸茸、像泼妇一样的生物，生活在地下洞穴中，只有在夜间捕食者不活跃时才冒险外出。这种生物已经是大约1亿年进化的产物，看起来像现代哺乳动物，有体毛和乳腺，除了一个微小的细节：根据最近的一项基因研究，它没有胎盘。如果不是偶然遇到逆转录病毒的话，这种病毒可能永远不会进化出一种。

与大多数感染、复制然后离开宿主的病毒不同，逆转录病毒以迂回的方式进入宿主的基因组，在那里复制并在宿主的生命中传递给子细胞。然而，这种逆转录病毒设法潜入我们祖先的一个精子或卵子细胞，能够在每一个后代中传递给每一个细胞。病毒和宿主已成为一体。

病毒DNA利用自己的基因复制自身，将这些复制品插入宿主基因组的其他地方。这些复制品可以在不同的时间点在身体的不同部位表达，这种共生关系给了悍妇一些额外的原材料来开发新的功能。

病毒蛋白已经有了功能。牛津大学的进化生物学家Aris Katzourakis说：“借用这些东西比从零开始进化起来要容易得多。”

在这只生活在1.6亿年前的准哺乳动物身上，一种共生逆转录病毒使它能够在几代人的时间内进化出胎盘。为了让胎儿在母体子宫内成熟，动物需要一种方法来提供氧气和营养，同时清除废物并保持两种血液供应分离。

提供的支持将获得更多

早期哺乳动物利用基因组垃圾抽屉中的备用病毒部件，利用病毒基因帮助制造胎盘，而其他共生病毒则帮助我们从一团细胞变成一个完全成形的婴儿，并保护我们免受病原体的侵害。

科学家们发现，所谓的“垃圾DNA”——其中很大一部分来自共生病毒——实际上是新物种进化的强大力量。虽然妊娠通过胎盘的进化可能是隐藏在基因组深处的病毒有助于产生新物种的最有说服力的证据，但这不是唯一的证据。新的研究揭示了内源性逆转录病毒在最近人类进化中的作用，表明这些DNA片段有助于模糊人类和病毒之间的界限。从非常真实的意义上讲，人类是病毒的一部分。

“现在，生物之间的界限更加融合，更加模糊。我们需要打破这些界限，”昆士兰大学病毒学家Paul Young说。我们看得越多，发现的重叠就越多。”

渗入基因组

病毒可以感染所有生物，从最大的蓝鲸到最小的细菌。对宿主来说，感染可能是未被注意到的，也可能是致命的。然而，对于病毒来说，感染是一个释放其难以置信的基因组复制能力的机会。在数小时内，它可以复制数百万甚至数十亿份。

然而，逆转录病毒使用一种更慢、更隐蔽的方法。进入细胞后，逆转录病毒使用一种称为逆转录酶的酶将其RNA转化为DNA，然后进入细胞核。一旦进入细胞核，它就会将自己的DNA插入宿主的基因组。

大多数情况下，当病毒将其基因组与宿主基因组整合时，当细胞及其后代整合时，新的杂交基因组死亡。然而，有时病毒会感染精子或卵细胞。如果受精发生，后代的每个细胞中都会有一份病毒基因组。它可以将杂交基因组传给后代，创造出科学家称之为完全内源性逆转录病毒的病毒，这是一种来自内部的病毒的奇特术语。

Katzourakis说，这一过程需要满足一系列罕见的情况。”虽然内源性逆转录病毒在我们的基因组中占了相当大的比例，但就它们在过去六千多万年中渗入我们基因组的次数而言，它们只在30或40个不同的场合出现，”他说。

在人类身上，即使是最近的一次渗透也发生在数万年前。然而，在家养绵羊和考拉身上，逆转录病毒目前正在形成，这使研究人员有机会观察其作用过程。20世纪80年代，昆士兰兽医乔恩·汉格（Jon Hanger）在一个大约70-80只考拉的繁殖群中发现了一些奇怪的现象。每年，该群体约有10%的成员死于免疫抑制或癌症，尤其是白血病，一种白细胞癌。

家养绵羊为研究人员提供了观察这一过程的机会。

“大约60%到70%的死亡是由癌症造成的。这是一个异常高的癌症死亡率在任何动物，包括我们的，”杨说。

虽然汉克是一名全职兽医，但他无法动摇自己的好奇心。这个谜团驱使他回到学校，获得了这个主题的博士学位。到2000年，Hanger和Young已经确定了引起考拉疾病的全长逆转录病毒基因组。然而，这种病毒并没有从考拉主动传播到考拉。相反，一种逆转录病毒已经嵌入考拉的种系中，并从父母传给孩子。

换句话说，引起疾病的病毒位于考拉基因组本身。

“这是第一次有人实时看到这种情况发生。所有以前的内源性逆转录病毒在数百万年前就已经嵌入宿主基因组中，”杨说。

在汉克最初在昆士兰研究的繁殖地，他和杨在他们测试的每一只考拉的基因组中都发现了逆转录病毒。当他们向北移动到凯恩斯市时，他们发现了一幅相似的图片：每只考拉都携带逆转录病毒。然而，向南移动，感染考拉的数量下降了。在澳大利亚南部海岸靠近大陆中心的袋鼠岛上，只有少数考拉受到感染。根据2012年《分子生物学与进化》杂志的一项研究，对博物馆的考拉毛皮进行的检查表明，逆转录病毒在考拉DNA中已经存在了至少200年，尽管他们认为，从进化角度看，逆转录病毒存在了几千年。

杨说：“令人惊讶的是，它能如此迅速地通过生殖系传播。”。

由于逆转录病毒的引入仍然是如此之新，病毒没有积累太多的突变，考拉的遗传机制仍然能将病毒DNA转化为活性病毒。健康的动物也有这种病毒继续困扰着研究人员，是什么让其他考拉生病？他们也无法解释逆转录病毒如何如此迅速地在考拉种群中传播，特别是当它似乎给大量动物造成致命问题时。

一个答案可能来自另一种困扰家养绵羊的逆转录病毒，它产生了一种传染性的肺癌。与考拉逆转录病毒不同，Jaagsiekte绵羊逆转录病毒继续在绵羊之间传播，就像普通病毒一样，但它也将自身插入绵羊的DNA中。英国牛津布鲁克斯大学的一位古病毒学家Ravinder Kanda说，携带逆转录病毒DNA拷贝的羊对循环逆转录病毒感染没有免疫力。

“它阻断了病毒进入细胞的受体，因此病毒无法进入。它提供了免疫力优势，”神田说。

由于每种病毒都是不同的，Katzourakis说不可能知道感染人类的内源性逆转录病毒是否遵循类似的路径。跟踪感染的发生，以及建立一个动物模型来检验假设，将有助于我们理解这些共生病毒是如何在我们自身的进化中发挥如此强大的作用的。

共生病毒或任何共生关系可能对新物种的进化产生如此深远的影响，这一观点既新颖又有争议。在查尔斯·达尔文发表《物种起源》一书后的一个多世纪里，科学家们一直把竞争作为进化的主要驱动力。生物学家林恩·马古利斯对此并不信服。

麻州大学的后期研究人员认为合作也起了作用。她的证据潜藏在每一种动植物的每一个细胞里。从20世纪60年代末开始，马古利斯认为我们的细胞中含有被称为线粒体和叶绿体的共生细菌，它们通过提供能量或利用阳光生产食物来获得生存空间。马古利斯的想法遭到了嘲笑，她努力寻找一本能够发表她的假设的杂志。

然而，到了20世纪90年代，已经积累了足够多的基因证据证明马古利斯是正确的。共生是地球历史上一些最重要的进化飞跃的原因。然而，大多数科学家将这一事件视为一种异常现象，一种曾经发生过的反常现象，尽管意义重大，但在大多数物种的持续进化中并未发挥作用。然而，马古利斯看到了共生现象无处不在，并认为进化中更温和、更温和的一面在研究中被忽视了。尽管大多数共生研究都集中在微生物组的作用上，但嵌入我们DNA中的病毒可以在分裂两个种群、将一个物种变成两个物种方面发挥类似的作用。科学家们首先发现的是一种叫做合胞蛋白的蛋白质。