微生物与人类的进化

8、微生物与人类的进化说起细菌和病毒，人们对它们既讨厌又恐惧。人类绝大多数的传染病是由细菌和病毒引起来的，消灭细菌和病毒是传染病医学的重要使命。1928年，弗来明发现抗生素以后，抗生素成为人类对付细菌的最有效的方法。其实并不是所有细菌对人有害，健康人的皮肤、呼吸道、消化道等部位都广泛存在着细菌。如人的皮肤上经常存在着微球菌、链球菌、肠道杆菌、芽孢杆菌和螺旋体等微生物；鼻腔中常见的有类白喉杆菌、葡萄球菌，甚至有肺炎球菌和流感嗜血菌等；在肠道内，特别是大肠中含有大肠杆菌、产气杆菌、变形菌、产气荚膜菌、乳酸杆菌和螺旋体等。人体为它们提供了良好的栖息场所，而这些细菌生活在肠道中能合成硫胺素、核黄素、烟酸、维生素B12、维生素K等多种维生素以及氨基酸供应人体。实践证明，在肠道中如果没有这些微生物的存在，人体就不能维持正常的生活。例如：长期服用抗生素或磺胺类药物，就会引起肠道正常菌群的改变，从而使人体患菌群失调症。正常菌群也是人体免疫系统正常发育的条件，科学家用各种手段培养出无菌动物，用无菌饲料喂养，呼吸无菌空气。发现无菌动物长得特别娇弱，必须供给多种维生素及氨基酸才能存活下去，而且免疫系统发育不全，正常动物的正常菌群都会造成感染。在长期的进化过程中，人与细菌形成和协的共生，细菌离不开人，人也离不开细菌。的确，有的细菌可以导致疾病，但仅仅依靠消毒，我们并不能避免感染，仅仅依靠杀菌，我们并不能康复。健全的免疫系统在预防感染和康复中往往比消毒、杀菌更为重要。更为重要的是细菌是生态系统的重要组成成份，是生物圈最主要的分解者，人和动物的遗体、粪便，植物的残枝落叶，都是由细菌分解的。如果没有细菌，不仅地球成为到处是尸体的坟场，到处是粪便的粪坑，而且植物也最终会因缺乏矿质营养而死亡。生物圈的碳循环，氮循环都会失去平衡而中断。我们不得不说在保持生态平衡上，细菌是不可替代的“功臣”。一提起病毒，我们就想起传染病。人类有80%的传染病是由病毒引起的。对付病毒我们至今仍没有有效的方法，艾滋病在世界范围内肆虐，乙型肝炎病毒仅在我国有1亿7千万的病毒携带者，在世界范围内则有5亿携带者。非典病毒、禽流感病毒常常给人类找点小麻烦，而流感病毒则更是频繁光顾我们的身体。在传染病的战场，病毒是我们的敌人，消灭病毒拒绝感染，一直是现代医学的一个目标。病毒是一种寄生生物，它如此高度地适应了寄生生活，以至于只留下蛋白质的衣壳和核酸。它的身体很小，多只有几十个纳米，这使它很容易地进入宿主细胞中，它结构简单，其核酸常常整合到宿主的核酸上，使得宿主的免疫系统对它无懈可击。病毒广泛地寄生在动物、植物和真菌体内，甚至象细菌这样的微生物都无法避免被病毒寄生的命运。病毒的遗传物质——核酸很少，一般只有103-106个核苷酸，而哺乳动物细胞的核酸有5500X106对之多，是病毒核酸的五千倍到数百万倍。病毒的核酸少，遗传基因也少，常常只有几个基因，而人体的基因有数万之多。在生物进化史上，越复杂越高等的生物也就会有更多核酸。问题是进化过程中，生物细胞的核酸是如何被添加的呢？那只可能有两种方式：一种是以核苷酸为单位添加；另一种方式是以基因为单位添加。人体细胞有23对染色体，46个DNA分子，30亿个碱基对，在30亿年的进化过程中，平均每年添加1个碱基对，而这些碱基对再组合成有遗传效应的基因，可能性微乎其微。所以只有可能是第二种方式，以基因为单位添加上去的。越来越多的科学事实证明，现在的真核细胞中的线粒体是很早以前寄生在真核细胞中的细菌，逐渐演化而来的。而现在的绿色植物中的叶绿体则是在进化过程中蓝藻寄生在细胞体内，逐渐演化而来的。现在高等动植物细胞核中的庞大的基因库，则完全有可能是由病毒的核酸不断整合而逐渐增加。而高等动植物的许多蛋白质，就是以病毒的蛋白质为基础，逐渐变异进化而来的。换句话说，象人这样高度复杂的高等动物则是许多病毒在漫长的进化过程中，先后在不同时间，由寄生而共生的共生体。寄生和共生之间并没有严格的界线，寄生是寄生者与寄主之间矛盾可调和的产物，而共生则是寄生者与寄主的和平共处。寄生状态对病毒和寄主都是有害，病毒终会因寄主的死亡而死亡。自然选择必然淘汰寄生状态，而使寄生向共生进化。病毒作为一种寄生生物，使寄主患病或死亡，对病毒本身也是不利的，病毒终因寄主的死亡而死亡。这样的病毒只有两条路，要不绝灭，要不进化为共生。精明的病毒总选择与寄主和平共处。乙型肝炎病毒就是这样的。我国乙肝病毒携带者有1亿7千万，而乙肝患者只有1千万，1亿多人是乙肝病毒的健康携带者。这种人与病毒长期共处，可达20年以上。当然长期携带病毒是有害，但这种伤害并不来源于病毒本身，而是人体的免疫系统。由于人体的淋巴细胞不断破坏含毒的肝细胞，最终使肝脏出现炎症。对于“母婴”或“父婴”传染的乙肝病毒，病毒很早就整合在精子或卵子的DNA上，随受精卵的分裂而复制，由于婴儿的免疫系统是与病毒一起成熟的，免疫系统常会把病毒看作自己的成份，而出现免疫耐受。可以想见，在自然状态下，病毒与人类长期共存，人的免疫系统终会认为病毒是自己的组成成份，而放弃那种自我伤害的攻击。当然，乙肝病毒现在仍然对人是有害，但在长期的进化过程中，这种有害可能进化成无害，而无害则可进化成有益。因为人与病毒已成为一体，对人有益，即是对病毒有益。在人类的进化史上，我们曾无数次经受了象乙肝病毒这样的病毒的寄生，又无数次的与这些病毒斗争，与这些病毒和平共存，以至和这些病毒共生，成为一个整体，我们的DNA不断与病毒的DNA整合，我们的遗传物质越来越多，我们的结构越来越复杂，直到象今天这样的人。科学家在反转录病毒致癌研究中发现，不仅反转录病毒有癌基因，许多脊椎动物的正常基因中，也含有同反转录病毒的癌基因相同顺序的内源性的癌基因。这些动物的细胞在一些诱导剂的作用下可产生反转录病毒粒子。科学家们发现17种反转录病毒的癌基因中有16种在脊椎动物正常的基因中找到，这种病毒与真核生物基因完全相同的事实证明，真核生物的DNA在进化中不断增加是由于真核生物与病毒共生导致的。真核生物的癌基因和病毒的癌基因一样，如果过量表达就会导致正常细胞癌变。而在通常情况下，细胞癌基因的表达产物都是控制细胞生长和分化所必需的蛋白质和酶。也就是说，没有病毒的感染，真核生物就不会进化的象现在这样复杂，也不会出现高度智慧生命的人类消灭了病毒，我们将如何进化？病毒——我们今天的敌人，曾无数次地融入了我们自身。它如此高度地适应寄生，消灭它，我们行吗？人类是一个小生命，地球是一个大生命，在这个生命大家庭中，每个物种都是她的一个成员。它们共同演义着生命进化