问题

病毒必须依赖有细胞结构的生物才能生存?死细胞有没有细胞结构?

回答
病毒的生存方式,用通俗易懂的话来说,就是它们就像寄生虫一样,必须钻进活着的、有细胞结构的生物体内才能继续繁衍。离开宿主细胞,病毒就像一粒种子离开了土壤,失去了生命力,无法自行复制,也无法进行新陈代谢。

那么,什么叫做“细胞结构”呢?简单来说,细胞是构成所有已知生命体的基本单位。它们有着清晰的边界(细胞膜),里面包含着遗传物质(DNA或RNA),以及维持生命活动所必需的各种“零件”,比如用来产生能量的线粒体,用来制造蛋白质的核糖体等等。这些细胞内的结构共同协作,维持着细胞的生存和功能。

病毒呢?它们和细胞相比,就显得极其“简陋”了。病毒不像细胞那样拥有完整的细胞膜、细胞质,也没有细胞器。它们的核心就是一小段遗传物质,包裹在一层蛋白质外壳(称为衣壳)里,有些病毒外面还会有脂质包膜。但就是这么简单的一个结构,也足以让病毒在进入细胞后,像个“盗贼”一样,利用细胞内的各种机制来复制自己,制造更多的病毒颗粒。

那么,死掉的细胞还有细胞结构吗?

这是一个很有趣的问题,答案是:是的,死掉的细胞在一定时期内仍然保留着其细胞的结构,但这些结构已经不再是“活”的了,它们失去了维持生命活动的功能。

想象一下,一个细胞就像一个运转精密的工厂。当工厂的老板(细胞核,包含DNA)和工人们(各种细胞器)都停止工作,工厂的大门(细胞膜)也可能变得不那么坚固时,这个工厂就“死亡”了。但是,工厂的建筑(细胞的整体结构)、机器的零件(细胞器),甚至是一些还未被清理的原材料(一些分子成分),它们依然是存在的。

具体来说,死掉的细胞可能经历以下几种情况:

凋亡(Apoptosis): 这是一种程序性死亡,细胞会主动进行“自我分解”,通常会形成一些小囊泡,方便其他细胞或免疫细胞来“回收”。这时,细胞的整体结构虽然还在,但已经被分解和打包,不再是完整的、功能性的细胞了。
坏死(Necrosis): 这是非程序的、受到损伤后的死亡。细胞膜可能会破裂,里面的内容物会泄露出来,导致周围组织的炎症反应。即使细胞膜破裂了,但细胞内的其他结构,比如线粒体、内质网等,在短时间内可能仍然是完整的、可以看到的。

关键在于,“细胞结构”这个词可以从两个层面理解:

1. 宏观的、可见的形态结构: 指的是细胞的整体外观,比如细胞膜界定的边界,内部的组成部分等。从这个角度看,死细胞在一定时间内,特别是坏死时,仍然保留着其曾经的细胞形态和一些基本结构成分。
2. 微观的、功能性的结构和活动: 指的是细胞内各部分有组织的、有生命活力的活动。比如DNA的复制、蛋白质的合成、能量的产生等等。这些是“活”细胞才具备的,死细胞的这些功能是完全丧失的。

病毒为什么不能寄生在死细胞里?

正是因为死细胞失去了那些“活”的功能。病毒需要的是一个能提供“零件”和“能量”的工厂,能够帮助它复制自己的遗传物质,并且制造出新的蛋白质外壳。死细胞的工厂已经停工了,那些至关重要的生产线和能量供应都中断了,病毒即使钻进去了,也找不到能帮助它“制造”更多自己的工具。

可以打个比方:病毒就像一个只会写程序代码(遗传物质)但没有电脑(宿主细胞)的程序员。代码写得再好,没有电脑运行,它就无法生成运行的程序。死细胞虽然可能还保留着“机箱”和“键盘”(细胞结构),但没有通电的“主板”和“CPU”(生命活动和代谢),程序员也无法用它来完成工作。

总而言之,病毒必须依赖活着的、功能齐全的细胞才能完成复制和繁衍。死细胞虽然在一段时间内可能保留着一些形态上的“痕迹”,但已经失去了病毒赖以生存的生命活动和生化机制。

网友意见

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病毒的状态一般不称作生存,其复制也不是必须依赖“有细胞结构的生物”。

病毒可以在特定的无细胞体系里复制。实际上,为了研究病毒的翻译和复制机制,这是必要的操作。

读者完全可以自行搜索相关信息:

安梦楠, 吴元华. BYL无细胞系统对植物RNA病毒翻译复制机制的研究进展. 生物技术通报, 2017, 33(12): 45-50

有兴趣的话,可以去看上述段落里引用的二十世纪末·二十一世纪初文献:

doi.org/10.1126/science

doi.org/10.1016/S1097-2

声称“这些无细胞体系是用细胞抽取物制作的”并没有任何帮助,细胞抽取物不是细胞。病毒能在细胞抽取物里复制,说明它需要的只是细胞内的一部分零件或其细胞外类似物,不需要完整的细胞或生物体。人造核糖体也早已实现。

病毒颗粒可以在细胞外长期维持感染力,在低于 -10 摄氏度的冰里往往可以半永久保存。

死细胞有没有细胞结构取决于具体是怎么死的、死后在什么样的条件下经过了多久。对于结构没有全部损坏的死细胞,在其残存的细胞结构随着时间流逝损坏到不能使用之前,一些细胞器和大分子可以继续支持病毒工厂活动一段时间。

生物的死活在一定尺度上是暧昧的。


过去数十年间,人们不但用无细胞体系培养了病毒,还将一些病毒的可能起源追溯到了 LUCA 之前[1]。在遥远的过去,自然产生的病毒可能在原始汤里用自然产生的材料与原始核糖体进行复制。

过去数十年间,有些学者认为病毒不是生物,其理由通常是“病毒无法自行表现出生命现象,必须依靠寄生在其它活细胞上来复制,行为介于生命体及非生命体之间”。但是许多专性寄生细菌也必须寄生在其它活细胞上来进行生命活动[2],这并不是个好理由。为此,在很长时间里,有许多学者为地球生物设置了“区分生命与非生命的关键是拥有核糖体以及进行翻译的能力”这样平时你不会遇到的标准,将病毒排斥在生物之外。

21 世纪初发现的拟菌病毒科射出了嚆矢:其基因组规模与不少细菌相当甚至更大,有指导核苷酸和氨基酸合成的基因(这是一些小型专性寄生细菌不具有的),可以独立完成一些 mRNA 的转录子。拟菌病毒没有核糖体蛋白质,仍然依靠宿主细胞的蛋白转运和能量代谢。

2020 年 2 月以来,研究人员又发现很多大型噬菌体拥有翻译机制[3]——是真的很多。“生命与非生命的界限”模糊了。

我国中学生物课本目前支持“病毒是生物,属于非细胞生物”的观点,但往往还没更新“病毒可以脱离完整的细胞结构进行复制”相关的信息。应试教育的玩家可以按照自己的版本对应的考纲来打那个游戏。

参考

  1. ^ 病毒是露卡的后代吗? - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/429768143/answer/1810483546
  2. ^ (当然,你可以预料到,人们早就用无细胞体系培养了这些细菌。没有“需要完整的细胞结构才能生存”那回事)
  3. ^ https://www.nature.com/articles/s41586-020-2007-4

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