节选丨病毒影响了人类物种的形成

本文选自《给忙碌者的病毒科学》作者王立铭 

今天地球上生活的所有人，都属于同一个物种—智人，拉丁文称Homosapiens。主流学术观点认为，作为一个生物学意义上的物种，人类诞生于距今30万~20万年前的非洲大陆。一直到今天，非洲大陆拥有的人类遗传基因的多样性，远远超过地球其他区域，是公认的人类的摇篮。

全体人类的祖先，最初都生活在非洲大陆上。在距今8万~5万年前，一部分人类祖先离开非洲，踏上了欧洲、亚洲、北美洲和南美洲的大陆以及大洋上的岛屿，最终形成了今天丰富多彩的人类世界。

在人类形成和发展的过程中，我们一般会认为，人类的很多“优良性状”，比如更大的脑容量、语言能力、组织社群的能力，甚至是自我意识，是让其在残酷的自然选择中脱颖而出，成为地球上唯一的智慧生命的关键。

确实，人类当然可以也应该为自己的这些独特属性感到骄傲。但是我们也同样需要知道，人类的这些独特属性，很有可能是不起眼的病毒带给我们的。

人类的基因组由大约30亿个DNA碱基对首尾相连构成。在人体细胞中，基因组负责指导生产2万多种具有不同功能的蛋白质，维持细胞的生存和活动，构造出复杂精致的人体。当我们赞叹人类生命的精妙和伟大时，其实是在赞叹某些特殊的蛋白质造就了这些精妙和伟大。

但一个惊人的事实是，人类基因组DNA里用来直接指导蛋白质生产的部分只占到全部序列长度的2%。那剩下的98%是什么呢？

这里头的情况就复杂了，我在这里想要特别强调的是，其中有大约8%的部分来自病毒，更具体地说是来自一类逆转录病毒。

什么叫逆转录病毒呢？举个例子来说明，艾滋病病毒就是一种逆转录病毒，它携带的遗传物质是RNA。在进入宿主细胞之后，艾滋病病毒会启动一个复杂的生物学程序，将RNA变成DNA，这个过程就叫作逆转录。然后，它们会再把自己的DNA插入宿主细胞的基因组当中。

这个过程帮助艾滋病病毒彻底定居在了人体细胞当中。宿主细胞会把这段外来的DNA视为己出，忠实地执行这段DNA的指令，生产艾滋病病毒所需的各种蛋白质，最终组装出更多的艾滋病病毒。

21世纪初，在完成人类基因组的完整测序之后，科学家立刻意识到，人类基因组上有大量的DNA片段和典型的逆转录病毒的插入片段非常类似（图8-1）。其中很多是人类所特有的，总数接近10万个。

可以让我们稍微松口气的是，这些逆转录病毒的片段全部都被破坏了，没有能力再生产更多的病毒。科学家估计，这些病毒片段形成于漫长的人类进化历史。人类祖先曾经无数次被逆转录病毒感染。在大多数时候，这些感染发生在人体细胞中，伴随着这些祖先的死亡，病毒也就烟消云散了（想想艾滋病病毒的感染）。但在某些时候，逆转录病毒可能恰好同时感染了人类祖先的生殖细胞，因此得以将自己的遗传物质插入精子或者卵子的基因组当中，伴随人类的生殖过程繁衍至今。

 图8-1人类基因组DNA的序列构成

图片延申：

人类基因组由大约30亿个碱基对构成，其中直接负责生产蛋白质的序列，也就是所谓的编码序列只占全部序列长度的2%左右。其他98%的DNA序列不直接参与蛋白质生产，因此被人们称为人类基因组中的“暗物质”，其功能和重要性长期以来都面目模糊。但是近年来，特别是在“人类基因组计划”完成之后，基因组“暗物质”的价值逐渐显现了出来。人们发现，许多不直接参与蛋白质生产的序列，与蛋白质的生产、人体细胞的命运、人类的健康和疾病都密切相关。

与关注的焦点直接相关的是，人类基因组序列中高达8%的部分是所谓的“内源性逆转录病毒序列”，也就是逆转录病毒入侵人类祖先留下的痕迹。

这些病毒的遗留印记本身就已经说明，人类基因组的形成和进化，受到了病毒的长期影响。你很容易想到，有些逆转录病毒的插入会直接破坏人类基因组里原本完整的基因，有些插入则可能会改变原有基因的功能，还有些插入甚至可能会创造出全新的基因，等等。

而这些基因层面的改变，影响了人之所以为人的根本组成，其中包括人体胚胎的发育、免疫系统的正常工作，甚至还包括人类大脑的发育。

2017年的一项研究发现，在大脑发育过程中，人类基因组中数以千计的逆转录病毒序列起到了基因开关的作用。它们恰好位于和大脑发育密切相关的基因附近，而这些病毒序列又能够吸引一种名叫TRIM28的蛋白质前来与之结合。TRIM28蛋白的结合能够一次性地打开或者关闭所有这些和大脑发育相关的基因，从而影响大脑的正常发育。

整个哺乳动物大类的形成，都和病毒有关。

对于哺乳动物来说，胎盘是一个至关重要的身体器官，能够在胎儿和母亲之间形成一个高效交换氧气和营养物质的物理屏障。而胎盘的形成，离不开一类蛋白质—合胞素（syncytin）的刺激。

2000年，科学家发现，合胞素基因正是某个逆转录病毒基因序列进化的产物。

换句话说，没有数千万年前的某次逆转录病毒入侵，可能就不会有合胞素基因，也就可能不会有整个哺乳动物家族，更不会有今天的人类。

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