本文由公眾號(hào) “把科學(xué)帶回家” 提供
給孩子最好的科學(xué)教育
作者 七君
陌生人和你的 DNA 之間的差別平均只有0.1%，人類(lèi)和近親黑猩猩的 DNA 的差別只有1.2%。這很容易讓我們產(chǎn)生一種錯(cuò)覺(jué)：我們身體里的基因都是人類(lèi)獨(dú)有的。
直到最近20年我們才發(fā)現(xiàn)，這種想法實(shí)際上是個(gè)巨大的幻覺(jué)，我們身體里有不少來(lái)自其他生物的基因。
猜一猜，人類(lèi)和病毒有什么親緣關(guān)系？
你或許會(huì)想，不會(huì)有關(guān)系吧，人類(lèi)是多細(xì)胞生物，病毒連是不是生命都成問(wèn)題，人和病毒能有什么親緣關(guān)系呢？
可是你知道嗎，人類(lèi)基因組的8%都是來(lái)自病毒的 DNA 片段，它們的數(shù)量大概有10萬(wàn)個(gè)。其中的一些來(lái)自病毒的基因，對(duì)于人類(lèi)乃至哺乳動(dòng)物的繁衍至關(guān)重要。
大多數(shù)這些病毒 DNA 都屬于一類(lèi)特殊的病毒——逆轉(zhuǎn)錄病毒。聽(tīng)名字有點(diǎn)耳熟是吧，讓人聞風(fēng)喪膽的艾滋病病毒 HIV 也屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒喲。
艾滋病病毒 HIV（藍(lán)色）示意圖
逆轉(zhuǎn)錄病毒會(huì)入侵宿主的細(xì)胞，然后把自己的基因插到宿主的 DNA 里實(shí)現(xiàn)寄生。通過(guò)“篡改”宿主基因藍(lán)圖的方式，這些病毒基因參與了宿主細(xì)胞的日常，并創(chuàng)造出自己的副本。
如果逆轉(zhuǎn)錄病毒鉆到了卵子或者精子里面，那么宿主的下一代就可能也攜帶著它們。一旦某個(gè)逆轉(zhuǎn)錄病毒被宿主一代代地遺傳下去，它們就變成了內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（endogenous retrovirus）。
其中最引人深思的，就是一種使你成為哺乳動(dòng)物，并且順利降生的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因。
哺乳動(dòng)物區(qū)別于其他動(dòng)物的特征就是胎盤(pán)。
6500萬(wàn)年前，你的祖先，同時(shí)也是所有哺乳動(dòng)物的祖先長(zhǎng)得就像一個(gè)老鼠。你的祖先在地下活動(dòng)，晝伏夜出。不過(guò)，它還沒(méi)有成為真正的哺乳動(dòng)物，因?yàn)樗€沒(méi)有胎盤(pán)。
哺乳動(dòng)物的共同祖先假想圖
@Carl Buell
后來(lái)胎盤(pán)的出現(xiàn)，就和逆轉(zhuǎn)錄病毒有密切的聯(lián)系。故事要從90年代說(shuō)起。
你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)90年代風(fēng)風(fēng)火火的人類(lèi)基因組計(jì)劃（the Human Genome Project）。當(dāng)時(shí)，測(cè)序技術(shù)已經(jīng)比較成熟，野心勃勃的科學(xué)家們用測(cè)序技術(shù)測(cè)定了人類(lèi)染色體中所有的核苷酸序列，試圖破譯人類(lèi)的所有遺傳密碼。
人類(lèi)染色體
1997年，生物技術(shù)公司 Genetics Institute 的分子生物學(xué)家 John McCoy 和 Steve Howes 利用人類(lèi)基因組計(jì)劃的成果，發(fā)現(xiàn)了合胞素（syncytin）這種長(zhǎng)得像病毒蛋白質(zhì)，干的事情也像病毒蛋白質(zhì)的物質(zhì)。
實(shí)際上，合胞素和一種叫做三聚體包膜糖蛋白（env）的病毒蛋白質(zhì)幾乎一摸一樣。而這個(gè) env 的功能就是麻痹宿主，讓病毒和宿主細(xì)胞融合。而制造合胞素的基因，正是來(lái)自古老的逆轉(zhuǎn)錄病毒。
更奇怪的是，他們發(fā)現(xiàn)這種奇怪的蛋白質(zhì)并不是別人制造的，而恰恰是胎盤(pán)自己造出來(lái)的。他們把這個(gè)研究發(fā)表在了2000年的《自然》（Nature）上。
原來(lái)，在你媽的卵子和你爸的精子合二為一（受精）的一周后，你的一個(gè)初級(jí)版本——胚泡（blastocyst）就會(huì)在子宮上制造胎盤(pán)。合胞素就是胎盤(pán)和母體直接接觸的那層細(xì)胞分泌的。
胚泡（那個(gè)圓球狀的東西）
這些胚胎外層的細(xì)胞叫做合胞體滋養(yǎng)層（syncytiotrophoblast），沒(méi)有它們分泌的合胞素，你就不能粘住你媽?zhuān)膊荒軓哪銒屔眢w里吸收營(yíng)養(yǎng)，生長(zhǎng)發(fā)育更是無(wú)從談起了。
可以說(shuō)，是合胞素分配給你訪問(wèn)和調(diào)取你媽資源庫(kù)的權(quán)限。
人類(lèi)胎盤(pán)的合胞體滋養(yǎng)層（右圖中藍(lán)色）
不僅是人類(lèi)，所有胎盤(pán)動(dòng)物都有制造合胞素的基因，只不過(guò)大家的版本不同。黑猩猩和大猩猩還有猴子具有和人類(lèi)相同的合胞素基因（syncytin-1 和 syncytin-2），攜帶這種基因的逆轉(zhuǎn)錄病毒在大約2500-4000萬(wàn)年前感染了靈長(zhǎng)動(dòng)物的祖先。McCoy 說(shuō)，“哺乳動(dòng)物演化中的分水嶺就是對(duì)合胞素病毒基因的成功捕捉?！?/p>
你看懂了嗎？
哺乳動(dòng)物的祖先遇見(jiàn)了某個(gè)逆轉(zhuǎn)錄病毒，逆轉(zhuǎn)錄病毒表示要進(jìn)來(lái)參觀參觀，你的祖先就順?biāo)浦?，“?dāng)初是你要進(jìn)來(lái)，進(jìn)來(lái)就進(jìn)來(lái)”，巧妙地利用了它產(chǎn)生的蛋白質(zhì)突破宿主防火墻的功能，演化出了被服務(wù)器授權(quán)訪問(wèn)的胎盤(pán)。
如果病毒基因出問(wèn)題了，會(huì)怎樣呢？
2009年，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心 (CNRS)的病毒學(xué)家 Thierry Heidmann 和小伙伴發(fā)現(xiàn)，如果把合胞素的基因從小鼠的染色體中敲除，那么小鼠的胚胎就會(huì)在受精11-13天后掛掉，因?yàn)樗荒軓哪赣H那里吸取營(yíng)養(yǎng)，相當(dāng)于是餓死的。
美國(guó)塔夫茲大學(xué)的病毒學(xué)家 John M. Coffin 說(shuō)，“沒(méi)有合胞素，哺乳動(dòng)物的進(jìn)化就會(huì)截然不同?！?/p>
不過(guò)，幫助你生而為人的病毒蛋白質(zhì)可不只有合胞素一種。實(shí)際上，在你的胚胎發(fā)育時(shí)期，你身體里的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒非常活躍，天天開(kāi) party，制造了大量病毒蛋白質(zhì)。
一些研究發(fā)現(xiàn)，這些來(lái)自病毒的蛋白質(zhì)幫你造出了身體組織。而隨著低階版本的你發(fā)育成熟為高階版本，這些病毒基因就被過(guò)河拆橋，逐漸關(guān)閉了。
所以說(shuō)，胚胎時(shí)期的你，比現(xiàn)在的你更像病毒。
昆士蘭大學(xué)的病毒學(xué)家 Paul Young 說(shuō)，“從現(xiàn)在的眼光看，物種之間的界限并不分明。我們研究得越多，就會(huì)發(fā)現(xiàn)生物之間有許多重合?！?/p>
牛津大學(xué)的病毒學(xué)家 Aris Katzourakis 也同意這個(gè)觀點(diǎn)，“這些發(fā)現(xiàn)改變了我們看待人類(lèi)這個(gè)物種的方式。我們和病毒一直在交換著 DNA，你也可以說(shuō)我們被病毒滲透了?！?/p>
Katzourakis 的研究還發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)基因組曾經(jīng)經(jīng)受了逆轉(zhuǎn)錄病毒的31次入侵，并把它們俘獲同化，封存在我們的身體里。
不敢想象那31次逆轉(zhuǎn)錄病毒和人類(lèi)祖先的大戰(zhàn)是什么樣的情景，可能像大面積 HIV 爆發(fā)吧。
不過(guò)說(shuō)真的，到底是我們的祖先贏了，還是這31支病毒的殘部贏了，真不好說(shuō)。我們自以為聰明地馴化了病毒，利用它們傳宗接代。但從病毒的角度講，人類(lèi)或許就像中了挖礦病毒的機(jī)器，消耗自己的 CPU 為別人跑程序而已。
不過(guò)癮，請(qǐng)戳
這個(gè)著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)悖論，第一次聽(tīng)說(shuō)的人很可能懷疑人生
5秒判斷電池電量的極簡(jiǎn)技巧，你再也不用找遙控器來(lái)試了
給孩子最好的科學(xué)教育
轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系 kids@huanqiukexue.com
聯(lián)系客服
