宇宙最可怕的细菌生物（最不像地球生物的噬菌体）

大自然是个神奇的造物主。在地球漫长的40多亿年时间里，诞生过无数种形形色色的生命体。它们大部分虽早已湮没在漫漫的历史长河中，但仍有许多留存至今。

▶“生物”是什么？

目前我们所知的地球生命，可以按照多种方式进行分类，比较常用的分类大致可以分为五大类：真核生物（真菌等）、原核生物（大部分细菌）、动物界、植物界以及病毒。当然，这些分类也不是绝对的界限分明，比如地球上几乎所有的复杂生物，如真菌、动植物等都是由真核生物进化而来。

地球生物千差万别，但有一个共同的特点，就是都具有遗传物质（DNA或RNA)

当然，很多人会提出质疑：根据课本里对“生物”的定义，病毒应该不是“生物”吧？我们这里聚焦个体本身，而不去纠结这个问题。

其实任何的“定义”都是人定义的。随着人类对自然和科学认识研究的深入，不仅很多“定义”在不断的扩展或颠覆，也有很多事物由于有了新的认知，被重新归类。而且，毕竟我们对病毒的未知远多于认知。

▶病毒的前世今生

如果说病毒不是生命，但是它们具备生命体的遗传物质，进入到生物细胞内遗传物质就可以表达和繁殖，会显现出生物体的特征；

但是说他们是生命，在很长时间里，科学界普遍认为病毒在活细胞外无法繁殖，此时无法自行表现生命现象。如此看来，病毒应该介于生命体和非生命体之间。

通常认为病毒无法在活细胞外繁殖，但有实验发现，病毒可以在去掉细胞器的细胞液中进行重组

但越来越多的研究发现，某些病毒其实可以在活细胞外进行繁殖，因此其实称其为生命也不过分，或者姑且称之为类生命体吧。

其实，病毒的诞生要远远早于地球上的大部分生物。

但是，病毒和它名字的含义一样，常与疾病一起出现在人们的视野中，如今肆虐全球的新冠病毒，曾经引发大规模疫情的禽流感甚至肆虐非洲的埃博拉病毒，使得我们谈“毒”色变。

多种致病菌和致命病毒，是人类的梦魇

同时，也有很多疾病是由细菌引起的，比如伤寒（伤寒杆菌）、肺结核（结核杆菌）等，也给人类造成了巨大的威胁。

但是，对人类来说，所有病毒都是十恶不赦的恶魔吗？今天，我们就给大家介绍病毒界的清流——“噬菌体”。

▶病毒界的“清流”——“吃”细菌的病毒

“噬菌体”不是一种病毒，而是一类病毒的总称。和其他病毒一样，噬菌体也是由核酸和蛋白质外壳构成。有的噬菌体内部的核酸物质是 DNA，有的则是RNA。

噬菌体入侵细菌的模拟图，噬菌体头部的规则二十面体结构清晰可见

如它的名字一样，“噬菌体”是一种专门感染细菌的病毒。它或通过进入细菌体内利用细菌细胞内的营养物质和能量不断复制，裂解病毒；或通过寄生并潜伏于细菌细胞内通过溶菌作用使细菌裂解。

噬菌体广泛的存在于自然界中细菌存在之处，它们的数量可能比地球上其他非病毒类生命加起来的数量还要多，可能要超过10^31个（10000……000，总共31个0！），在泥土中、动物体内，甚至海水中，都大量存在，但很多是温和噬菌体，会与细菌保持一定时间的共生状态。

据科学家估计，海洋中70%以上的细菌细胞都感染了噬菌体

▶精妙的正多面体结构

虽然噬菌体种类很多，但是大部分的噬菌体都有着有一个精妙的二十面体结构，大部分都带有尾部，如常见的T2噬菌体，当然也存在少量不带有尾部或者是呈整体线状结构的噬菌体。

T2噬菌体效果图，头部蛋白质外壳为规则的正二十面体结构

看到T2噬菌体这样的一种结构，让人们不禁产生了联想，长得像小机器人一样，噬菌体究竟是大自然的的杰作还是非自然的产物？

自然界中很多非生命体，比如常见的雪花，拥有规则的几何结构

其实，科学界对噬菌体的正二十面体结构有一个相对科学的解释。因为噬菌体的蛋白质外壳是在分子层面上搭建的。在搭建的时候，如果想要最少的材料，获得最大的容积，复制更多的个体，那么正多面体将是理想的结构。

同时，正多面体只有4、6、8、12、20五种，那么接近球形的正二十面体最符合要求。同时，正二十面体，有12个顶点，30条边和20个等边三角形，每个夹角都是同样的60度，这也符合蛋白质分子的原子结构特性。照此推论，也许真是自然选择的结果。

在正多面体里，正二十面体最接近球体

▶一场刺激的攻城战

拿我们熟知的T2噬菌体来说，它结构大致可以分为头部（正20面体，储存DNA）和尾部两部分，尾部包含颈环、尾鞘、尾管、基板、刺突与尾丝。这是种烈性噬菌体，专门对大肠杆菌下手。

T2噬菌体结构图

当T2噬菌体通过拥有6根“爪”状结构的尾部吸附到大肠杆菌细胞壁上后。会通过溶菌酶的作用在细菌的细胞壁上打开一个缺口，此时尾鞘收缩，将尾管刺突伸入细胞内，把头部的DNA注入细菌体内。

噬菌体将DNA注入细菌细胞内

噬菌体DNA进入细菌细胞后，细菌自身的DNA合成会终止，细胞工厂被噬菌体控制。在噬菌体DNA的指挥下，细菌细胞大量的复制子代噬菌体的DNA和蛋白质，生成新的噬菌体。

电子显微镜下正在入侵大肠杆菌的T2噬菌体

当细胞内产生足够多的噬菌体，释放的溶菌酶急剧增加，细胞裂解，大量新生噬菌体被释放。

在光学显微镜下可以观察到，T2噬菌体在37 ℃下大约只需40 min 就可以产生100-300个子代噬菌体。子代噬菌体释放出来后，再去侵染邻近的细菌细胞，产生子二代噬菌体。

细菌细胞裂解，子代噬菌体涌出

怎么样，像不像一部刺激的谍战大片！

▶噬菌体发现的意义

噬菌体的发现，其实要追溯到100多年前的1915年。

当年由英国科学家弗德里克· 特温特（Frederick W.Twort）首先发现。在差不多时间，加拿大医学细菌学家费利克斯· 德赫雷尔（Felix d’Herelle）在巴黎进行了更加详细的研究，并将其命名为噬菌体（Bateriophage) 。此后的近百年时间里，噬菌体为生物学和制药领域产生了巨大的贡献，并帮助多位科学家获得诺贝尔奖。

弗雷德里克·特温特和费利克斯·德赫雷尔

因为是第一次通过 “噬菌体感染细菌实验”证明了DNA是生物体的遗传物质，而不是蛋白质，阿尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）和玛莎·蔡斯（Martha Chase）因此获得1969年诺贝尔生理学或医学奖。

按照噬菌体可以杀死细菌的特性，我们可以用它来对付致病菌甚至超级病毒，减少抗生素的滥用，让以毒攻毒“变得可能。

在此方面科学家史密斯和温特因为“多肽和抗体的噬菌体展示技术”，获得2018年诺贝尔化学奖。利用这项技术特异性表达的重组多肽已经应用到诸多抗病毒药物研究及开发中去，并已经开发出了治疗类风湿性关节炎等自身免疫疾病的特效药。

2018年诺贝尔化学奖得主弗朗西丝·阿诺德、乔治·史密斯和雷戈里·温特

同时，噬菌体还能够用来检测和控制食品中致病菌及腐败菌的生长。用于食品生产加工及延长保鲜期等方面。

▶是大自然的bug?还是史前纳米机器人？

当然，对于病毒是不是严格意义上的生命体仍有争议。而且噬菌体作为病毒的一类，也经常被归类在生命体与非生命体之间的模糊地带。

其实，定义和归类并不重要，重要的是我们通过不断地认识和了解它，获得了越来越多宝贵的知识和对付致命细菌的武器。

纳米机器人消灭致病菌/病毒想象图

回到文章的标题：最不像地球生物的噬菌体，是大自然的bug?还是史前纳米机器人？也许它能为未来人类纳米机器人的研究，提供了一个真实的参照。

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