为什么病毒不被视为生物？

病毒是一种亚显微的传染性实体，只能在宿主生物体的活细胞内复制。包括细菌、古菌和植物、动物等微生物在内的所有生物都容易受到病毒感染。病毒是地球上最常见的生物形式，几乎存在于所有环境中。自1892年Dmitri Ivanovsky报告一种感染烟草植物的非细菌性疾病，以及1898年Martinus Beijerinck发现烟草花叶病毒以来，数百万病毒物种中已有超过11,000种被完全记录。在微生物学领域，病毒学是研究病毒的学科。

被感染的宿主细胞常常被迫快速复制原始病毒数百次。当病毒不在感染的细胞内或正在感染细胞的过程中时，它们以独立的病毒颗粒或病毒体的形式存在。这些颗粒由三个组成部分构成：(i) 遗传物质，即编码病毒作用的蛋白质结构的DNA或RNA长链；(ii) 称为衣壳的蛋白质外壳，它包裹并保护遗传物质；在某些情况下，(iii) 外层的脂质包膜。这些病毒颗粒有各种各样的形态，从简单的二十面体和螺旋形到更复杂的形状。大多数病毒物种的病毒体大小是大多数细菌的百分之一，太小了，用光学显微镜也看不见。

病毒最初出现在生命进化史的哪个时期仍然未知。一些病毒起源于质粒，即短暂的DNA片段。细菌可能产生了其他病毒。与有性生殖相似，病毒通过促进水平基因转移在进化中发挥重要作用，这增强了遗传多样性。由于病毒会繁殖，包含遗传信息，并经历自然选择，因此尽管它们缺乏通常被认为是定义生命所必需的关键特征（如细胞结构），但一些科学家仍将病毒视为生物。病毒常被称为“生命边缘的生物”和复制子，因为它们包含其中一些特征但不包含全部。

病毒可以通过多种方式传播。一种传播方式是依靠携带疾病的生物体，称为载体。例如，以植物汁液为食的昆虫，如蚜虫，可以从植物传播病毒到植物；吸血昆虫可以从动物传播病毒到动物。咳嗽和打喷嚏可以传播各种病毒，如流感病毒、SARS-CoV-2、水痘、天花和麻疹。引起病毒性肠胃炎的常见原因，如诺如病毒和轮状病毒，通过粪口途径传播，可能通过手口接触、食物或水传播。仅需少于100个诺如病毒颗粒即可在人体内引起感染。艾滋病病毒是许多通过性交和接触感染者血液传播的病毒之一。病毒的宿主范围指的是它可以感染的宿主细胞范围；对于专门感染少数物种的病毒，其宿主范围可能有限，而对于能够感染大量物种的病毒，其宿主范围则可能很广。

动物病毒通常会引发免疫反应，从而根除病毒，导致疾病。疫苗，提供对特定病毒感染的人工获得性免疫，也可能引发免疫反应。某些病毒可以通过逃避这些免疫反应而发展出持续性感染。这些病毒的例子包括引起HIV/AIDS、HPV感染和病毒性肝炎的病毒。已经开发出许多类别的抗病毒药物。

病毒的性质

病毒的结构

病毒由称为RNA或DNA的遗传信息组成，这些遗传信息被包裹在称为衣壳的蛋白质覆盖物中。某些病毒周围的脂质包膜也是由宿主细胞膜产生的。与生物体不同，病毒没有进行自主代谢活动所需的细胞结构。它们缺乏蛋白质合成和能量生产所需的细胞器，例如细胞中存在的核糖体和线粒体。

遗传成分

病毒可能拥有单链或双链遗传物质，其大小和复杂程度差异很大。由于其多样化的遗传构成，病毒可以感染广泛的宿主，包括人类、动物、植物和古菌。病毒与生物体的区别在于它们没有通用的遗传结构。生物体通常遵循分子生物学基本原理，即DNA转录为RNA，然后RNA翻译为蛋白质。

生命的标准

代谢

生命的基本定义之一是生物体内为维持生命而发生的一系列化学过程，称为新陈代谢。新陈代谢过程将环境能量转化为生物体可用于生长、繁殖和自给自足的形式。病毒仅通过利用其宿主细胞的新陈代谢机制来繁殖；它们没有自己的新陈代谢机制。病毒在没有宿主的情况下不活跃，也无法进行任何新陈代谢过程，这是病毒不被视为生物的主要原因之一。

繁殖

繁殖能力是生物体的另一项基本特征。尽管病毒能够增殖，但它们的增殖方式与活细胞截然不同。病毒无法自行繁殖；它们必须感染宿主细胞并接管其功能才能产生新的病毒颗粒。这与生物体中细胞自行分裂和增殖的自主复制形成鲜明对比。

内环境稳态

尽管外部环境发生变化，生物体仍能维持体内平衡，即稳定的内部环境。这包括控制pH值、温度以及各种离子和分子浓度的变量。病毒没有维持体内平衡的过程。由于它们无法控制内部环境，因此它们完全依赖宿主细胞来维持生存和繁殖所需的环境。

对刺激的反应

生存的另一个方面是应对刺激的能力。为了生存，生物体能够感知周围环境的变化并做出适当的反应。病毒不具备这种反应性。它们缺乏任何感官或信号能力来感知周围环境的变化，也不会朝向或远离刺激物移动。它们不进行任何主动反应；它们与宿主的相互作用完全是化学性的。

发育和生长

生物体经历生长和发育过程，包括随着时间的推移变得更大、更复杂。病毒不增殖或进化。它们由预制零件组成并在宿主细胞内组装；一旦生产出来，它们就不会改变大小或形状。区分病毒与生物体的另一个特征是它们缺乏生长和发育过程。

病毒生命周期

侵入与附着

病毒生命周期的附着阶段是指病毒附着到特定宿主细胞表面的受体上。病毒的宿主范围由其特异性决定。附着后，病毒通过膜融合或内吞作用等过程侵入宿主细胞。病毒不主动参与此侵入过程；它是被动的。

组装与复制

病毒将其遗传物质导入宿主细胞，并利用宿主的生物机制复制其基因组并制造病毒蛋白。病毒复制的方式因其性质而异。RNA病毒通常在宿主细胞质中复制，而DNA病毒通常在宿主细胞核中复制。宿主细胞的核糖体将病毒mRNA翻译成蛋白质，然后将这些蛋白质组装成新的病毒颗粒。

Release

新生成的病毒颗粒被从宿主细胞中释放出来，以感染新的细胞。病毒颗粒可以通过出芽的方式离开细胞，这可以避免细胞迅速死亡，或者通过裂解的方式离开细胞，导致宿主细胞破裂。病毒的释放通常导致宿主细胞死亡，这加剧了病毒感染的症状。

病毒与生命意义

病毒的生物实体

尽管它们不符合生命的定义，但病毒仍然是非常重要的生物。它们是生态系统的基本组成部分，因为它们影响宿主种群动态，并通过水平基因转移增加遗传多样性。研究病毒的病毒学领域在遗传学、分子生物学和疾病过程方面取得了重要发现。

生命连续体

病毒的分类挑战了传统上对生物和非生物的二元划分。一些科学家认为，生命存在一个连续体，病毒是一类特殊的生物，它们拥有一些与生命相似的特征，但不属于生命。从这个角度来看，生命的概念可能需要修改或扩大，以考虑到病毒的特殊性。

对进化的影响

病毒具有独特且古老的进化谱系，可以追溯到生物存在的最初阶段。例如，存在特定的病毒修复酶，它们可以去除和重建断裂的DNA，修复由氧自由基造成的损伤，并执行类似的功能。这些酶仅存在于特定病毒中，并且可能在数十亿年来几乎保持不变。

然而，大多数进化科学家认为，病毒是非生物实体，其重要性不足以被认真考虑在进化研究中。他们还将病毒视为来自逃离宿主并获得蛋白质外壳的宿主基因。从这个角度看，病毒是逃逸的宿主基因，它们已经退化为寄生虫。而病毒被排除在生命网络之外，它们可能对物种的起源和生命的维持所做的重要贡献可能会被忽视。

事实上，进化科学家不否认病毒对进化产生过一定影响。但是，通过将病毒视为无生命的，这种研究将它们置于与气候变化类似的影响范畴。这些外部影响在具有不同遗传调控特征的个体中进行选择；那些在面对这些挑战时最能生存和繁衍的个体将最有效地繁殖，并将它们的基因传递给后代。

但是，病毒会与生物体积极地交换遗传信息——也就是说，在生命网络本身之内。对大多数临床医生，甚至可能对大多数进化生物学家来说，一个潜在的意外是，大多数已知的病毒是持续存在的且无害的，而不是有害的。它们在细胞中定居，在那里它们可能长期处于休眠状态，或者利用细胞的复制系统以适度和恒定的速度进行增殖。这些病毒已经进化出许多创造性的方法来逃避宿主免疫系统的检测——几乎免疫过程的每个阶段都可以被一种或另一种病毒中的不同基因改变或调控。

此外，病毒基因组（DNA或RNA的全部组合）可能会永久地侵入宿主，将病毒基因贡献给宿主谱系，并最终构成宿主物种基因组的重要组成部分。因此，病毒的影响无疑比仅仅选择较慢形成的内部遗传变异的外部影响更快、更直接。病毒庞大的数量，加上它们高繁殖率和突变率，使它们成为世界上遗传创新的主要来源：它们不断地“发明”新基因。源自病毒的独特基因可能会迁移，进入其他生物，从而促进进化变革。

从单细胞生物到人类种群，病毒影响着地球上的所有生命，并经常决定什么将生存。但病毒本身也在进化。例如，艾滋病病毒HIV-1等新病毒可能是研究人员能够实际观察到的唯一生物体的出现，为进化过程提供了实时说明。

病毒对生命至关重要。它们是生物学和生物化学领域之间不断变化的边界。随着科学家们对越来越多的动物基因组进行解读，这个动态且古老的基因库的贡献将变得显而易见。诺贝尔奖得主Salvador Luria在1959年推测了病毒对进化的影响。“我们难道不能感觉到，”他说，“在病毒，在它们与细胞基因组的融合以及从它们中重新出现的过程中，我们观察到那些在进化过程中创造了构成所有生命细胞的成功遗传模式的单位和过程吗？”无论我们是否将病毒视为生物，现在是时候在它们的自然环境中——生命网络中——认识和研究它们了。

结论

病毒在生物学领域占有独特的地位，因为它们存在于介于生命与非生命之间的状态。它们缺乏进行自我维持的代谢活动、在外部协助下进行繁殖、维持内部稳定、对外部刺激做出反应以及生长或发育的能力，这些是排除它们被归类为生物的主要因素。然而，它们对生物系统的深远影响以及与宿主生物体的复杂相互作用，凸显了理解生命基本特征的必要性。随着我们科学理解的进步，我们的定义和分类可能会发生变化，以更好地反映自然界的多样化方面。