科学家估计,最早的生物实体在40多亿年前开始出现在地球上。
威斯康星大学麦迪逊分校的计算生物学家卡蒂克·阿南塔拉曼说:“有一种原始汤,某些有机分子由此形成。这些是RNA和DNA的前体,”含碳分子相互结合并组织成一系列生物反应。
但它们是病毒还是细菌?
科学家没有一个确凿的答案,部分原因是很难重现40多亿年的进化过程。细菌是可以独立繁殖和生存的单细胞生物。细菌最古老的化石大约可追溯到35亿年前。基因数据表明,第一批细胞的历史甚至更久远,至少可追溯到42亿年前。然而,这并不能帮助解决病毒或细菌谁先出现的问题,因为同样的数据表明,第一批细胞已经生活在一个充满病毒的生态系统中。
同时,病毒比细菌更易降解,所以不存在病毒的实体化石。
而且通过病毒基因序列的变化来判定其年代也毫无用处,因为病毒的变异速度比细菌快得多。
“从进化的角度来看,序列变化很快,”卡勒伊利诺伊医学院的生物信息学家古斯塔沃·卡塔诺-阿诺勒斯说。“在超过40亿年的进化历程中,序列不停地变化,直到变得难以辨认,这被称作饱和。”
但是病毒不是活的。它们既没有新陈代谢,也不能自我复制,除非感染细胞并利用宿主的资源来进行复制。因为病毒需要宿主,这是不是就意味着细菌是先进化出来的呢?没那么快下结论。
事实上,直到最近,大多数科学家都认为病毒在细菌之前就从原始汤中出现了。
关于生命出现的一种假说,即“RNA世界”,最早是由亚历山大·里奇于1962年提出的:他假设,最初,在第一批生物实体形成之前,单个RNA分子能催化简单的化学反应,并且在其序列中存储基本的遗传信息。在某个时候,这些分子被封装起来,造就了早期生命,而更复杂的分子DNA则是后来才开始出现的。
“所有细菌都有双链DNA,但病毒有不同种类的结构——有DNA基因组、RNA基因组、双链、单链……”阿南塔拉曼告诉LiveScience。阿南塔拉曼说,某些病毒类型只含有RNA,这有力地表明病毒先于细胞出现。
在进化生物学家中,病毒优先假说仍然是被广泛接受程度最高的。然而,最近的更多发现对其提出了挑战。
细菌优先理论,亦称还原假说,2003年,该理论获得支持,当时法国研究人员在英格兰布拉德福德的一个水塔的污泥中发现了一种巨型病毒。此前被误认作细菌,米米病毒的这一发现,对微生物学家有关病毒进化的长期理论构成了挑战。“这些病毒几乎和细菌一样大,并且拥有制造蛋白质所需的部件,”卡埃塔诺-阿诺勒斯说。“它们就像是细胞和病毒之间的中间形式。”
研究人员提出,或许这些病毒是由古老的细胞进化而来,但在进化过程中,细胞并非变得越来越复杂,而是“发生了还原”,逐渐剥离其不同的生物功能,变得专门化,且完全依赖宿主细胞。
在卡埃塔诺-阿诺勒斯看来,从一个共同的祖先共同进化似乎是病毒和细菌起源的最大可能。“从一开始,我们就一直把病毒物质融入自身的构成之中,”他说。“也许病毒实际上是整个细胞过程的一部分,应该被视为一个综合元素。”
该领域的研究人员不断发现能支持每种起源理论的证据。然而,阿南塔拉曼说,我们不太可能得出一个确凿的答案。
“我们试图推断40亿年前所发生的事件,”阿南塔拉曼说。“我们可以做实验来支持一个或另一个假设,但实际上,这是一个先有鸡还是先有蛋的情况。”