博文
病毒形态结构的演化与维度运用
||
观点：病毒形态结构的演化及其在宏观进化中维度运用的特殊性
病毒形态结构的演化与宿主伴随进化
1类病毒与朊病毒
类病毒-游离态的闭合环状单链RNA分子，棒状结构。
朊病毒-侵染性蛋白质，至今已发现与哺乳动物脑部相关的10余种疾病都是由朊病毒所引起的。考虑到病毒与神经系统起源的潜在关联，结合病毒自身遗传系统进化所表现出的分化特征（外壳蛋白进化迅速，而内核蛋白十分保守），朊病毒的这种特性应该与早期病毒起源中外壳蛋白的突触识别功能进化有关。
具有蛋白外壳和遗传物质完整构造的病毒起源，可以假设的一个路径，就是类病毒与朊病毒的融合。考虑到早期核酸和蛋白质之间存在的分子共进化，这种融合不无可能。甚至可以推测的是，类病毒与朊病毒就是最早的一个二元生态系统，互为侵染捕食对象。较为温和的朊病毒与细胞的起源，也可能存在莫大的关联。
2古菌病毒
古菌病毒多呈棒状，水滴形，纺锤形。最新发现的古菌病毒也出现了二十面体特征（最经济的稳定多面体构造）。假设存在一个类病毒和朊病毒的融合进化，棒状古菌病毒作为较为原始的进化形态，倒是很好解释。从棒状到纺锤形的演化，应该与核酸物质的演化有关。最常见的病毒形态以球形等为主，可视作纺锤形的进一步完善。
病毒对宿主的伴随进化，主要体现在外壳蛋白的突触识别功能上。上述形态演化还是一种非宿主依赖的自我演化。在基本的形态进化完成后，球状病毒结构的演化主要就集中在突触上（本文不再做具体分析）。
3细菌病毒（噬菌体）
噬菌体是侵袭细菌的病毒。噬菌体是病毒中最为普遍和分布最广的群体。其形态有蝌蚪形、微球形和细杆形，以蝌蚪形多见。噬菌体是由核酸和蛋白质构成。蛋白质起着保护核酸的作用，并决定噬菌体的外形和表面特征。迄今已知的噬菌体大多数是有尾部结构的正二十面体，正20面体是最接近球形的，也就是在体积相同的情况下，最为经济的构筑方式。
由于细菌出现和存在的时间更为久远，细胞进化上也较为保守，相较于植物、动物和真菌，病毒整体形态演化的极致更容易出现在其与细菌的伴生进化中，例如蝌蚪型噬菌体。这种超越了常规生命形态认知的近机械体构造，是生命结构与功能高度统一的进化产物。在宏观进化的黄金分割假说中，作者已经尝试分析了这种形态背后的“维度运用与代谢实现”的生物几何原理（博文9）。
4植物病毒
绝大多数植物病毒是由核酸构成的核心与蛋白质构成的外壳组成的，极少数还含有脂肪和非核酸的碳水化合物。植物病毒外壳蛋白亚基或呈二十面体，或呈螺旋式对称排列，形成球状或棒状颗粒。
5动物病毒
动物病毒以球状较为常见，多有突触形态的变化，如冠状病毒等。杆状病毒是一类具有囊膜包裹的双链环状DNA病毒，在自然界中以节肢动物作为专一性宿主进行感染和传播。动物病毒的复制和噬菌体复制的过程相似：吸附、注入、复制、装配、释放。
6真菌病毒
真菌病毒（Mycovirus）是以真菌为宿主的病毒。在真菌的各大类群中都发现过病毒，约有100种真菌可被病毒感染，包括一种病毒侵染几种真菌或一种真菌同时感染几种病毒。真菌病毒的毒粒呈球形或六边形，直径28～40纳米，在早期，所有发现的真菌病毒均为RNA病毒。最新研究也发现了DAN真菌病毒的存在。
生命形态演化与维度运用：蝌蚪状噬菌体所带来的启示
病毒形态演化的总体趋势是从棒状向球状的演变，并表现出两大进化方向：一是与宿主细胞识别高度相关的突触进化，二是以蝌蚪状噬菌体为指示的整体结构进化。前者从属于伴随进化，后者的自主进化特征更为明显。
从个体形态结构进化的角度，把病毒与细胞生命进化形式（原核生物、原生生物、植物、动物、真菌）放在一起比较，蝌蚪状噬菌体的独特性是显而易见的。在宏观进化的黄金分割假说中，作者通过个体形态结构与维度运用的关联，在“维度运用与代谢实现”的宏观进化一般逻辑下，构建了从原核生物的一维化到神经系统的七维化空间生长模式，包括病毒（噬菌体为指示）的六维化在内。
图 噬菌体形态结构与复制过程（网络图片）
从病毒（非细胞生命结构体）开始，相较于细胞生命进化形式，生命个体形态演化背后的维度运用模式发生了很大的改变：多维几何构造的出现，及其维度运用与复杂代谢活动在结构与功能上的高度统一（对病毒而言代谢就是侵染复制，对神经系统而言就是信息处理）。例如蝌蚪状噬菌体的多面体衣壳、尾管、尾丝的分化与组合，就是分别对核酸物质储存、释放和对宿主细胞的吸附等病毒侵入复制活动（代谢）的专化结构实现，对病毒个体而言实现了整体结构与功能的高度统一。这种近机械化的构造（存在明显的组装特征）突破了细胞生命形式形态演化的一般模式，神经系统（作为细胞生命的子系统存在）也是如此。相对而言，细胞生命，就个体而言，还是对传统三维空间维度的运用和生物学的简单组合创造，这可能与细胞这种结构形式有关，无论是单细胞还是多细胞生命体。
杨新国
2023年8月31日于银川
https://wap.sciencenet.cn/blog-3571426-1400952.html
上一篇：细胞和病毒的古老起源：进化二分法
下一篇：生命演化的“技术路线”
