为啥病毒没有细胞结构，为啥生物大都是细胞结构？ 第1页

大部分病毒的体积过于小，无法装下人类传统上所称的细胞结构。生物学家们在“病毒算不算生物”这个问题上还没有达成共识。道金斯的生物定义^[1]允许我们将病毒视为非细胞生物，而许多教科书倾向于“病毒不是生物也不是非生物”。

病毒在自然界里^[2]不进入宿主细胞就不表现出生命活动，在宿主细胞内劫持宿主的细胞功能来进行增殖。但是，“依赖其它生物才能复制”不是个拒绝接受病毒为生物的好理由：立克次体、植原体^[3]、衣原体等细菌在自然界里也必须在宿主细胞内才能分裂。

“病毒寄生生活造成结构越简单越好”的说法是想当然的：

• 许多病毒的衣壳作为纳米机械的功能非常复杂。当年噬菌体对发现它们的科学家造成的震撼就不用说了，要知道今年才发现HIV衣壳在复制过程中竟然在发挥作用^[4]。

• 21世纪初发现的拟菌病毒科更让人挠头：其基因组规模与不少细菌相当甚至更大，有指导核苷酸和氨基酸合成的基因（这是一些小型专性寄生细菌不具有的），可以独立完成一些mRNA的转录子、在病毒基因不表达的情况下翻译一些蛋白质，有复杂的行为去与宿主和噬病毒体互动。
• 拟菌病毒没有核糖体蛋白质，仍然依靠宿主细胞的蛋白转运和能量代谢。
• 潘多拉病毒Pandoravirus salinus的基因组规模可达约247万个碱基对、2556个蛋白质编码基因，是已知基因组规模最大、基因数量最多的病毒——作为对照，甲型流感病毒有7个基因，艾滋病毒有9个基因，遍在远洋杆菌有1354个基因。

从起源上说，大部分病毒可能是细菌质粒或缺损部分基因的细菌所变成，还可能有一部分病毒是原始地球上的自组织大分子的直系产物。少数巨大的病毒看起来是由细菌或古菌丢弃了细胞结构而成，让其被分类成病毒的正是这个结构特征。

现存的细胞生物继承了最后共同祖先的结构特征，这些特征很可能包括代代相传的原核细胞结构；一部分细胞生物经历多次独立发生或连续发生的内共生事件，转化至真核细胞。

但这归根结底是个本末倒置问题：

• “细胞结构”是人类对观察到的事物进行归纳总结，所提出的概念。
• 人类的观测能力决定了历史上人们先发现结构尺寸较大的生物的组织构造，总结出这些生物有和外界明确区分、彼此也被构造分隔的若干小型结构单元，将其命名为“细胞”并描述了内部构造；
• 在那之后发现的、不符合人们给细胞总结出的结构特征但具有生命特征的东西，才被人们命名为病毒，并称之没有细胞结构。
• 历史上将病毒长期排斥在生物定义之外的根本就不是它没有细胞结构这件事，而是我们上面谈到过的病毒不能独立繁殖这个并不准确的问题。为此，一些学者给出了新的界限来排斥病毒，下面将会讲到。

病毒的数量和物种数保守估计也压倒性地多于细胞生物。如果你认为病毒是生物，那么大部分生物物种和大部分生物个体是没有细胞结构的。

物种数量：

• 在不计算病毒的情况下，地球上现存的生物物种数保守估计超过一万亿^[5]，大概有三万亿种。绝大部分物种数来自原核生物，现代技术难以有效地对这样多的原核生物进行发现和分类^[6]。

个体数量：

• 在不计算病毒的情况下，地球上现存的原核生物的个体数量估计约1E31个，这是一千万亿亿亿个。在数量级的暴力下，真核生物的数量对总数的影响可以忽略，地球上现存的生物的个体数量估计就是约1E31个。
• 地球上现存的动物大部分是线虫：约有1E22只，约占动物总数的百分之八十^[7]。
• 地球上现存的植物的总生物量比动物大得多。植物占地球上总生物量的82%，细菌13%，动物仅有0.4%，原生生物和真菌占据了其它部分。但植物巨大的总重量是靠许许多多大树堆起来的，平均个体重量显著高于动物，以至于植物的总数没有动物多。地球动植物的总数就在“数百万亿亿”这个数量级。
• 陆生节肢动物的总数估计约1E19只，这是一千亿亿只。
• 尘螨和蚯蚓各自约有1E17只，这是十亿亿只。
• 脊椎动物的数量断崖式地少于它们。

为什么要强调病毒：

• 虽然在网络上可以看到大量吹胡子瞪眼睛说病毒是生物的人，但在很长时间里，有许多学者是拒绝的。他们为地球碳基生物设置了“区分生命与非生命的关键是拥有核糖体以及进行翻译的能力”这样平时你不会遇到的标准，将病毒排斥在生命之外^[8]。
• 2020年2月以来，科学家已经发现很多大型噬菌体拥有这种翻译机制——是真的很多^[9]。再加上核质巨DNA病毒目的多种病毒能独立表达一部分蛋白质，显然这个标准是不能用下去了。
• “生命与非生命的界限”又模糊了。
• 目前生物学并未对绝大部分病毒尝试进行细致的分类。目前看来，地球上病毒的物种数远远多于其它生命的物种数，光是针对已经有细致分类的174万种细胞生物的病毒就有约1亿种。病毒的数量保守估计在2E31个以上，其中DNA病毒和RNA病毒大概各占一半。稍微激进一点的估计就会得到将原核生物远远抛在后面的数值。

历史上有一些微弱的声音认为：长远来看，更简单的方法是摈弃旧的细胞结构说法，将病毒的构造也描述为一种细胞。

但是，承认病毒是生物会带来的问题不止是堆积如山的分类工作，你还必须考虑各种亚病毒因子：类病毒、拟病毒、缺损干扰RNA、朊毒体算不算生物。这些都是不具备完整的复制机构的感染性因子，而到了朊毒体这一步，有序性的扩增已经和结晶、热带风暴之类在一个水准了。一步步推移这个界限会导致生物和非生物的界限变得极其模糊，对人类认识世界可能并没有益处。

参考

1. ^ 生物是自然选择塑造的信息
2. ^ 人类可以在实验室里用无细胞体系让病毒发挥功能。
3. ^ Phytoplasma。缺损包括ATP合成酶基因在内的大量基因、只能在宿主细胞内复制，调控其感染的分子机制完全依赖宿主，在植物和昆虫的细胞内有不同份量的材料来合成不同的转录因子。
4. ^ HIV研究迎来重要进展！《科学》揭示衣壳的重要作用 - 药明康德的文章 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/264132931
5. ^ https://www.pnas.org/content/113/21/5970
6. ^ 简单感受一下： 2016年，美国科学家在科罗拉多州发现了新的庞大地下微生物种群，并对这些微生物进行了基因测序，报告发表在《自然通讯》杂志网络版上。 研究人员在科罗拉多州赖夫尔镇附近一个地下蓄水层采集了沉积物和地下水样本，对从中发现的2500多种微生物进行基因组重建。这些微生物基因组涵盖了近80%的已知细菌门类，还有47个新的门级细菌种群，加上2015年发现的35个，使当时已知的细菌门类数量又增加了一倍。
7. ^ https://www.nature.com/articles/s41586-019-1418-6
8. ^ RNA：怎么，你DNA牛了半天，又回来找老子撑腰？
9. ^ https://www.nature.com/articles/s41586-020-2007-4