第1章　发现病毒

1892年，年轻的俄国植物学家德米特里·伊万诺夫斯基（Dmitri Ivanovsky）埋首研究烟草花叶病（tobacco mosaic disease）时，第一次发现了病毒。当时的人们认为细菌是引起传染病的病源。伊万诺夫斯基想找出烟草花叶病的病原菌，利用德国科学家阿道夫·迈尔（Adolf Mayer）发现“得病烟草萃取物可以感染健康无病烟草”的方法，寻找烟草萃取物里的病菌。得病烟草的萃取液通过了能过滤细菌的装置，这时，伊万诺夫斯基意外发现滤液竟然仍可感染正常的烟草。

这个意外的发现在当时并没有引起注意。六年后，不知情的荷兰科学家马丁努斯·贝杰林克（Martinus Beijerinck）重复伊万诺夫斯基的实验。贝杰林克观察到相同的现象，但也发现这种有感染性的滤液不能像细菌一样在试管中培养，因此滤液中的并不是较小的细菌，而且他在显微镜底下也看不到滤液中有细菌。更重要的是，他证明了这种会致病的液体并非只是有毒的化合物，而是可以在植物体内繁殖的生物体。为了与细菌有所区别，他称这种病原为“会传染的液体”，并大胆提出存在一种新病原体——病毒（virus，拉丁文本义是毒素）——的假说。他甚至认为，这种新病原是在植物细胞内繁殖的。当时人们只知道传染病是细菌引起的，连伊万诺夫斯基都认为他发现的病原只是种很小的细菌。因此，贝杰林克对病原的想法开创了人类了解传染病的新纪元。

在马丁努斯·贝杰林克的发现后不久，德国科学家弗里德里希·勒夫勒（Friedrich Loefer）及弗罗施（P.Frosch）也从口蹄疫牛活检样本的萃取液中发现可通过滤器的病原体。1900年，美国军医瓦尔特·里德（Walter Reed）少校和詹姆斯·卡罗尔（James Carroll）经由人体实验证明，黄热病是由一种以蚊子为媒介的滤过性病毒引起的传染病。这个发现让美国得以应对在中南美洲肆虐的黄热病，从法国手中接收巴拿马运河的开凿权。1908年，奥地利的卡尔·兰德施泰纳（Karl Landsteiner）及法国的康斯坦丁·莱瓦迪蒂（Constantin Levaditi）也证实，脊髓灰质炎是由滤过性病毒引起的，几年后他们甚至从细菌的萃取液中发现了可通过滤器感染并杀死细菌的物质。

病毒的成分

至此，我们已经知道有一种有别于细菌的微小的新感染病原，然而这个微小到显微镜也看不到的病原是什么？1932年，威廉·埃尔福德（William Elford）用滤孔大小不同的滤器分析这种病原的大小，发现其直径大约只有几十纳米，显然比细菌小很多。科学家温德尔·梅雷迪思·斯坦利（因研究病毒结晶获1946年诺贝尔化学奖）认为病毒是一种蛋白质，而蛋白质可经由结晶来纯化，因此，在1935年，他用感染烟草的滤过性病毒做蛋白结晶，成功地结晶出感染烟草的滤过性病毒。

这个惊人的结果证明，病毒是一种相当有对称性、可以结晶的化学物质。但是，能结晶也不能证明它是蛋白质。当时，恩斯特·鲁斯卡发明了电子显微镜（因此获得1986年诺贝尔物理学奖），他立刻应用这个可以看到极微小物质的新仪器，观察可以结晶的病毒构造。结果发现，会感染烟草的病毒，是一种长长的、有规则的物质。后来，其他的病毒陆续被发现，且各自具有独特、有规则的构造。当人们终于亲眼看见病毒的颗粒时，所有对于新病原体的疑虑完全消失了。但这些看起来漂亮、有规则的病毒分子，成分是什么？

为什么这么小的物质可以让感染它的生物生病甚至死亡？

20世纪40年代，有一些生化学家，包括因此得到1959年诺贝尔生理学或医学奖的阿瑟·科恩伯格，开始分析病毒的化学成分及生化合成的过程。

1936年，英国科学家弗雷德里克·鲍登（Frederick Bawden）及比尔·皮里（Bill Pirie）发现病毒的蛋白外壳还藏有核酸。可惜的是，这项重要发现却被另一位科学家斯坦利的名气掩盖，而与诺贝尔奖失之交臂。当时人们对于核酸的生物功能仍不太清楚。

1944年，洛克菲勒大学的奥斯瓦尔德·埃弗里（Oswald T.Avery）、麦克林恩·麦卡蒂（Maclyn McCarty）及科林·麦克劳德（Colin M.Macleod）首先证实DNA是细菌的遗传物质。受到这个划时代实验的启发，长岛冷泉港实验室的研究员玛莎·蔡斯（Martha Chase）及阿尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）在1952年设计了一个有名的实验，证明病毒的遗传物质是DNA而非蛋白质。这项实验奠定了我们对病毒的了解：一、病毒是由会遗传的核酸包在蛋白质外壳内的高分子聚合物；二、病毒只是简单的分子聚合物，无法单独在试管内生长；三、病毒能在细胞内复制及重复感染细胞，是因为它们有遗传物质；四、病毒会杀死感染的细胞，是因为它抢了细胞的资源及工具大量复制自己。这些经科学家半世纪努力得出的知识结晶，现在已渐渐变成众所周知的常识。

无所不在的病毒

最近，有一个从古代文学中找到病毒的有趣故事。英国科学家及日本九州大学的学者，根据公元752年的日本古典文学《万叶集》第十九卷中，孝谦天皇夏天访问大臣藤原的住家时描述花园里黄色叶子的一句短歌“夏野草色已转黄”，推断出夏天叶子变黄一定是感染了病毒，再从诗歌中的日本植物泽兰（一种菊科植物），找到了会使泽兰叶子变黄、由昆虫传播的双生病毒。

病毒大概是地球上数量最多的生物体。人类的粪便中有一千多种病毒，每克的粪便中有上万颗病毒，大部分是感染细菌的噬菌体。一克的土壤里有上亿个噬菌体，而一立方厘米的海水中也有几万到几千万个噬菌体。甚至在北极的冰湖、含盐量极高的死海以及高温的温泉，都有大量病毒存在，连4 000米深的海底沉积物中，每立方厘米都有约十亿颗病毒。有人推算，地球上单是噬菌体就有大约一亿种，而我们只知道其中很小一部分。也有人估计，世界上的病毒总数有1031个之多，若换算成重量，约有十几亿吨。大部分病毒是靠吃细菌生存的噬菌体，这些噬菌体每天大约分解地球十分之一的细菌，使细菌内的物质循环回自然界，它们对地球生态链的平衡与有机物质的循环，起着非常重要的作用。

大部分病毒，尤其是噬菌体，在自然环境中可存活一段时间，有的甚至长达几年，因此很多病毒是被早期的科学家从污水或粪便中找到的。例如，第一个发现噬菌体的费利克斯·德赫雷尔（Félix d'Hérelle），就是因为研究痢疾流行病，所以在病人粪便中找到了噬菌体。还有人利用噬菌体的稳定性，窃取噬菌体做研究。据说，从前某大学有位很有名的遗传学学者，他拥有很特殊的噬菌体，却不肯分给别人做研究。有个聪明的学者想出一个点子，他写信给遗传学教授，向他要这种噬菌体。不出所料，遗传学教授果然回信拒绝。此人得信大喜，赶快把信浸泡在含有细菌的培养液中，就这样得到了噬菌体。噬菌体很稳定，遗传学教授的实验室因为大量培养这种噬菌体，使得到处都是这种噬菌体，遗传学教授的手上、笔上及信纸上，当然也都沾满了噬菌体。回信上沾有噬菌体，让信和细菌接触，只要信上有几颗噬菌体，它们便可通过在细菌体内繁殖，长出大量噬菌体。多年后，那位遗传学教授的实验室重新整修，有人还在天花板上找到那种噬菌体！

各种生物，从细菌到人类，都有能感染他们的病毒，甚至还有能感染病毒的微生物。2003年3月，法国科学家在冷水塔的变形虫细胞中发现已知的最大病毒（被命名为Mimivirus，拟菌病毒，意思是像细菌的病毒，可能会引起人类肺炎），它的直径大约为400纳米，是最小病毒的20倍，几乎有小的细菌那么大，有900多个基因。另外一种巨大的病毒叫作巨大病毒（Megavirus），它有125.9万个碱基长的DNA，含有1 120个基因，它是在海水里被发现的，能感染变形虫。还有一种病毒叫作潘多拉病毒（Pandoravirus），居然有247万个碱基，2 541个基因。已知最小的病毒大概是感染植物的矮缩病毒（Nanovirus，是许多类似病毒的总称，直径只有十几纳米，见图1-1）。还有在北极的冰中找到的病毒，最佳生长温度竟然是零下14摄氏度。

有的病毒有很美丽的名字，例如会形成郁金香美丽花色的伦勃朗郁金香碎色病毒（Rembrandt virus）及虹彩病毒（Irido virus，被感染的昆虫会因病毒结晶排列的光学原理产生美丽的光彩，该病毒因此得名）。有的病毒甚至形成伙伴（covirus），一起工作。有病毒干脆同居，把各自的核酸放在同一个壳子里同进退，双生病毒就是因为有两种不同核酸而得名的。有的矮缩病毒有十种不同的核酸。流感病毒则有七或八个核酸分子住在同一个病毒里。有些病毒很懒惰，专找别人替它做外壳。有的病毒还会替宿主照顾及保护后代，例如寄生蜂的病毒，甚至变成宿主的一部分，替宿主卖命工作。还有只会感染“男性”或“女性”细菌的噬菌体。人类因为本身的利害关系，对与人及农牧业有关的病毒了解比较多，但世界上还有很多奇奇怪怪的未知病毒，等待大家去探索。

奇妙的纳米分子机器

病毒的形状五花八门（图1-2），包有脂膜的病毒外观看起来比较不规则，但有脂膜的病毒内部还有一层蛋白质做的壳，这层壳的构造排列得很整齐。有些病毒的外壳排列非常符合几何原理，尤其是柏拉图所说的宇宙五种基本多面体之一的二十面体（icosahedron），很多是二十面体的变体，即阿基米德多面体（图1-3）。病毒的蛋白质外壳是由一种或多种蛋白质分子组成，经过复杂的过程叠架起来的。蛋白分子之间相互勾连，像极了古代武士的铠甲。病毒的表面有用来黏附在细胞表面上的特殊蛋白，有些病毒还有可以感染细胞的蛋白工具。有时候病毒会带有进入细胞后马上要用的特殊蛋白质。漂亮的外壳里面，是病毒的遗传物质核酸，核酸上面也有一层蛋白质保护。

病毒是非常奇妙的分子机器。以普通人比较了解的噬菌体为例，噬菌体的构造很像登陆火星的宇宙飞船（图1-4），它有一个多面体的头、会拉动核酸的马达、能伸缩的颈子以及带有针头和化学武器的底盘，还有用来着陆的六条腿。噬菌体的遗传物质藏在多面体的头部，它如何把很长、带有负电、硬邦邦的核酸卷在微小的空间里，至今仍是个谜。例如，Phi29病毒需要把6.6微米长的DNA挤进0.042微米宽、0.054微米长的蛋白壳，要把这么大的核酸塞进这么小的壳子，需要很大的力气，相当于几十个大气压。这告诉我们，蛋白外壳必须能抵抗上述的压力，而蛋白壳的张力强度大概是一千大气压，相当于现代的铝合金的强度。而且把核酸塞进去后，噬菌体还需要以很强韧的蛋白质做成的塞子，将它盖起来。

要把核酸塞进病毒的头部，需要高效率的机器。我们知道的噬菌体构造很像喷射机涡轮（图1-5），它有12或13个叶片，涡轮的直径刚好可容纳DNA分子的宽度，架在病毒头部的五角形进口处，当马达用细胞内称为ATP（腺苷三磷酸）的高能量分子做燃料启动时，涡轮就会把DNA转入狭小的病毒头部。这个奇妙的分子机器如何运作，我们至今仍然不清楚。比如说，涡轮为什么只朝一个方向转？它如何拉动DNA？它如何启动、停止？它如何接在病毒头部的五角形入口，而不会转动病毒头部？……这些问题都是纳米科技时代待研究的课题。

病毒兵法

和噬菌体病毒头部连接的是个长筒形颈子，这个颈子是由一种蛋白质像铁链般勾连在一起而形成的，长度则由一个蛋白分子的长度决定，若用基因科技缩小这个蛋白分子的大小，病毒颈部的长度也会跟着变短。颈子里还藏着一个蛋白针头，噬菌体“降落”在细菌表面时，着陆的脚会改变形状。噬菌体的脚是个化学传感器，会把“着陆”的信号传至底盘，底盘就开始改变形状，从原来的正六边形转变成六角星形，促使颈子中勾连在一起的蛋白质产生连锁性变形，造成颈部缩短及变粗，颈部的收缩则造成内部的蛋白针头从颈子伸出来，插进细菌表面。这个蛋白针头带有会溶解细菌外壳的催化剂（酶），病毒利用它在细菌上打洞，而且还会在细菌表面上移动，寻找最好的打洞地点。洞打好后，病毒头部的核酸就可顺着颈部通道，进入细菌。

这些美丽的病毒颗粒，藏着不为人知的秘密。噬菌体的颈部有一个蛋白做的塞子，打开这个塞子后，噬菌体头部的DNA就会开始注入细菌。在我们的想象中，这个“压力锅”的盖子一打开，被几十个大气压压住的DNA一定会像开香槟一样冲出来。但事实并非如此，病毒会小心地控制这个步骤。有一种名为T7的狡猾的噬菌体，就在这个步骤中把狡猾发挥得淋漓尽致。它先射进十分之一的DNA，因为细菌有防御系统，会辨认新来的DNA和细菌的DNA是否有同样的记号，没有同样记号的外来DNA会被剪切掉。T7为了防止DNA被剪切掉，只先送入一小部分DNA，这部分的DNA没有做记号。最奇妙的是，这支先头部队不但不会被细菌的防御系统认出来，还会做出一个蛋白，解决细菌的防御系统。更有趣的是，先头部队做出的蛋白会模拟DNA的形状，跟细菌剪切DNA的酶结合，让细菌的酶无法剪切噬菌体的DNA。细菌的防御系统瓦解后，T7再利用先头部队的生化反应（DNA转录时产生的螺旋运动），把其他DNA（噬菌体大军）拉进细菌里。我想如果军事家孙子知道这种事，一定也会赞叹不已。

病毒的复制策略

病毒颗粒是由核酸与几种蛋白质组成的，因此不管是多复杂的病毒，它们的繁殖策略都是大量制造病毒颗粒的核酸及蛋白，并组装这些成分变成许多病毒颗粒，以便再感染其他细胞。从病毒开始入侵细胞，到做出更多病毒颗粒的过程中，不同病毒各显神通。越复杂、基因越多的病毒，繁殖过程越复杂，一般可分为四阶段。

病毒繁殖的第一个阶段是“侵入期”，它们必须找到目标，想办法跑进细胞里。在这个阶段，病毒表面有一种蛋白会像钥匙一样，正确找到细胞的门锁，打开进入细胞的门（图1-6）。病毒如何打开进入细胞的门，我们现在还不太清楚，但这是关键的步骤。每种细胞的门锁都不太一样，病毒的钥匙只能打开某些细胞的门，因此当变种病毒的钥匙改变形状时，病毒会改变感染对象，造成不同的病情。

例如，以前我们认为人类冠状病毒只会感染上呼吸道与消化道细胞，但2003年的SARS冠状病毒显然改变了钥匙形状，变成会感染下呼吸道细胞的病毒，造成了严重的肺炎。另外，造成脊髓灰质炎的病毒会感染神经细胞，伤害神经系统，而脊髓灰质炎口服疫苗所含的活病毒则会感染肠道细胞，不会感染神经细胞，也不会伤害人类。最近科学家发现，有些人因为基因突变而没有艾滋病病毒进入细胞的门锁，受到艾滋病病毒伤害的概率因此大幅降低。病毒钥匙开启相应的细胞门锁的观念，在生物科技领域大有用途。比如，设计可开启有基因缺陷细胞的钥匙，把基因送进这些细胞做基因治疗，或送有毒物质进去杀死不正常的癌细胞。

有时候，病毒需要一些特殊技巧找到目标。比如，艾滋病病毒要穿过人类身体表面的黏膜感染血液细胞，这并不是件容易的事，它巧妙运用搭便车的策略，先黏附在黏膜的树突状细胞上，这种树突状细胞会在血液及黏膜之间往返，艾滋病病毒就靠这种方式进入血液，进行传染。另外，有许多植物病毒是利用搭飞机（会飞的昆虫）的方式，寻找下一个目标的，有的病毒甚至让抓它的抗体帮忙寻找它要入侵的细胞（就像强盗要警察带路，还帮他开门），有些病毒会帮助别的病毒制作进入细胞的管道，五花八门，无奇不有。

病毒顺利进入细胞后，要把保护自己的遗传物质的外壳脱掉，才能露出内部的核酸，以便表现病毒的基因。但这并不表示病毒只剩下光秃秃的核酸。事实上，在感染初期的基因调控方面，病毒里的蛋白扮演了相当重要的角色，有的病毒甚至会把有酶功能的外壳蛋白带进细胞，以便它启动细胞内的机器。但我们对这些重要过程的了解实在有限，需要更多研究。另外，在细胞核内繁殖的病毒，需要细胞内的特殊运输系统把它送进细胞核，我们对这些步骤所知也非常有限。至于其他病毒进入细胞后是否跑到细胞的特定地方，也是值得探讨的谜。

病毒感染细胞的第二个阶段是“准备期”。病毒的基因有限，需要倚赖细胞里的机器及工厂帮它繁殖。因此在这个阶段，病毒的策略是把复制病毒颗粒的核酸及蛋白所需的工具、材料及环境准备好（图1-7）。

病毒先用自己带进细胞的蛋白，或进入细胞后立即制造的病毒蛋白，抑制抵抗自己的细胞功能，若细胞的制造机器及工厂还在休息，病毒就会想办法立刻将它启动，并改变细胞制造核酸及蛋白的程序：制造更多病毒需要的酶及原料，停止生产细胞需要但病毒不需要的酶及原料，以免细胞和它竞争资源。细胞生产工厂的制造和管理模式也会被调整。

病毒用这些调整过的细胞机器，做出第二阶段所需的病毒蛋白，如此一来，本来用来制造细胞的机器及工厂，却被入侵的病毒抢去做更多的病毒。越是复杂的病毒，在这个阶段的工作内容就越繁杂，甚至细分成几个次阶段完成，原来感染细胞的病毒也脱掉了壳，因此我们看不到病毒，微生物学家称这段时间为隐蔽期。

病毒很了解细胞里各种机器的运作及调节，人类也利用被驯服的病毒来了解细胞里的机器如何运作。千万别小看这些病毒专家的贡献，我们现在对细胞运作的了解，有很多是靠病毒得知的，还有不少科学家因为病毒的“教导”得到诺贝尔奖。辛苦认真替人类工作的病毒，不但没有从瑞典国王手中拿到奖牌及奖金的荣耀，还被人们视为罪大恶极的坏蛋，实在不太公平。我写这本书的一个目的就是替它们“伸张正义”。

逃避或解除细胞攻击

病毒在准备期的一个重要工作，就是想办法逃避或解除细胞的攻击。细胞发现病毒入侵时，会启动一群对抗病毒的基因，例如产生大家常常听说的干扰素，一方面抑制病毒复制，一方面发警报给身体的警察单位免疫系统，要免疫系统紧急处理入侵的病毒。有些狡猾的病毒进化出各种对抗细胞攻击的策略：有些病毒会把原本对它们不利的动作反转成帮助它们感染及复制的工具；有些病毒会模仿并传送细胞解除警报的信号，欺骗免疫系统；有些比较复杂的病毒（例如引起天花的病毒）甚至会“招降”细胞基因，放在自己的基因组中，再利用这些叛变的细胞基因对抗细胞；有些病毒怕被感染的细胞自杀（这是为了避免病毒繁殖，产生更多的病毒感染身体其他细胞，真可以放入“细胞忠烈祠”），还进化出防止细胞自杀的策略，可说是“道高一尺，魔高一丈”。

动物有固有免疫及适应性免疫两种系统，前者对付所有入侵的微生物，是所有细胞都有的自卫系统，后者则会针对特定的微生物，我们熟悉的抗体就属于适应性免疫。植物或比较低等的生物只有第一种防御系统，所以细胞内的抵抗系统就变得特别重要。植物因此演化出一套对付病毒的特殊方法，有些生物技术公司甚至想用这些抗病毒的方法赚钱，说不定发现这个特殊防御系统的科学家不久后就能获得诺贝尔奖。然而，狡猾的病毒还是可以进化出对付细胞的抵抗的策略，策动细胞基因的叛变就是其中之一。

准备期是病毒感染过程中决定性的一刻。病毒必须在此阶段做出重要的决定，如果顺利，就会开始进行下一阶段的工作。如果细胞内外的环境对病毒不利，例如细胞的抵抗力太强、病毒无法使用或启动一些细胞机器，或细胞工厂管理程序无法改变时，病毒就得放弃感染这个细胞，或想办法暂时与细胞共存。狡猾的病毒会选择几种方式和细胞共存：一、静悄悄地隐居，伺机再出来；二、慢慢来，等待好时机东山再起；三、干脆归化，将核酸与细胞染色体结合，成为细胞的一部分。这些感染方式对人的影响，本书将在后面详细说明。

在第二阶段的准备工作完成后，病毒感染进入第三阶段“复制期”。也就是用已经启动并调整好的细胞机器，大量复制病毒颗粒所需的核酸及蛋白质。这是高速度、高效率的过程，病毒必须在短时间内制造大量产物——这也是病毒需要准备期的原因。细胞的机器及工厂正常运作时是很节制并且有条理的，并不是这种疯狂制造大量物质的模式，所以病毒必须先在准备期调整细胞，才能在这个阶段发挥功能。在这个阶段，病毒通常会制造过量的核酸及蛋白质，进行基因交换。大量的病毒复制也可能造成细胞死亡。

病毒的组装工程

病毒的核酸及蛋白大量累积时，外壳蛋白会开始自行组装。组装的过程像盖房子一样，有一定的步骤和程序，相当复杂，有时组成的粗胚还需要修饰才能完成。这个漂亮的外壳还要想办法把病毒的核酸好好包起来，以免遗传物质受外界伤害。目前我们知道，病毒核酸上有记号，让外壳的粗胚能像收绳子那样将它拉近外壳上的小洞。外壳也有一个拉核酸的机器，但究竟是如何将核酸拉进去的，拉进去以后如何将很长的核酸卷起来，塞在体积非常小的壳子里，人们现在仍不清楚。许多病毒外壳都有12个对称的角，因此有人认为，病毒的核酸也是被包成十二等分的分量，塞在各个角落里的。

这个复杂的病毒颗粒组装过程，像极了建设工程。一项建设工程必须有很好的设计蓝图，让工程师及工人按部就班组装完成。但病毒组装工程的蓝图藏在哪里呢？有人猜测，病毒的所有信息应该都在基因里，因此蓝图一定是在病毒的基因密码中。但出人意料的是，病毒的整体基因序列中找不到组装病毒颗粒的指令及蓝图。

现代的研究认为，病毒可能是以自行组合的原理组装的，因为我们可以在试管内组装一些比较简单的病毒。自行组合是自然界中常见的现象：盐或糖的规则结晶，就是氯化钠或糖分子自行组合而成的构造；一群鸟或鱼的动作相当一致，好像有人在指挥，也是这种原理。病毒的组装原理，跟一些自然现象（太阳系星球的排列、DNA构造、菠萝表面的纹路、向日葵花蕊的排列以及人体的构造等）与知名的建筑（金字塔、伊势神宫、雅典神殿等）一样，都是基于黄金分割的。黄金分割比值是宇宙的神秘数字，可由斐波那契数列导出。有趣的是，这个数列第12个数89的倒数的小数点后6位，刚好是斐波那契数列前6位的排序，12这个数字又是二十面体的病毒外壳的顶点数目；12等于5加7，是钢琴黑键与白键的组合，5与黄金分割息息相关，也与病毒外壳蛋白的组合方式有关。

除了自然组合，病毒的组装还需要一些我们尚不清楚的生化反应帮助，这个复杂的病毒分子机器的组装过程，是纳米科技非常珍贵的研究题材，人类下一轮科技革命的梦想，就是做出会复制自己的精巧分子机器，这一点，可敬的病毒有许多值得人类学习之处。

病毒感染的第四个阶段，是从被感染的细胞跑出来，感染其他细胞。在这个阶段，不同的病毒有不同的技巧。一般而言，病毒会制造一些特别的产物帮助传播。有些植物病毒会用一个“转运”基因做出的蛋白，把病毒从细胞壁的特殊小洞送出来，让病毒或病毒的RNA（核糖核酸）散播到植物各处。有些病毒的策略是引发动物细胞与细胞的融合，以便直接进入相邻的细胞，不需要从被感染的细胞出去开另一个细胞的门，艾滋病病毒及疱疹病毒都是以这样的方式传染的。有的病毒则在细胞间打通道，进入隔壁的细胞，例如麻疹病毒。了解病毒的传播方式，有助于人们找出有效抑制病毒传播的方法，对于治疗病毒传染病非常有用。

病毒从哪里来？

到目前为止，“病毒从哪里来”的问题还找不到答案，但有几种猜想。第一种猜想认为病毒是生物演化的初期产物。病毒的构造非常简单，其他复杂的生物都是从它演化出来的。那它自己是怎么来的呢？我们现在知道，有一种比病毒还简单的生物体，是靠病毒吃饭、被称为拟病毒（virusoid）的植物病原体。这种非常简单的个体可能是病毒的前身，它像寄居蟹一样，因为没有保护自己的蛋白外壳，就占用病毒做好的外壳散播。

第二种猜想认为，病毒是一种极度萎缩的寄生细胞。这个猜想是根据细胞内线粒体的起源推演而出的。线粒体是真核细胞的能源厂，原本是一种细菌，但在演化过程中变成寄生在真核细胞中的生物体，经过长期的寄生，渐渐丢弃了在宿主里不需要的构造及功能，形成一个萎缩的个体。从这个例子我们可以想象，寄生的个体继续萎缩，最后便是非常简单但可倚赖宿主复制的个体——病毒。

第三种猜想则认为，病毒是从细胞基因组独立出来能复制的基因片段。这个想法有证据支持。比如有人发现，有些细胞在特殊的状况下，会产生许多从细胞基因组分离出来的圆形小段DNA。这些独立的小DNA分子有些甚至可以复制后再整合到细胞基因组中。这些分子很可能演化成病毒，像艾滋病病毒这类逆转录病毒的核酸，就和人类细胞的一些基因序列有演化上的关系。所以，这类病毒很可能是从人类细胞独立出来的基因个体。当然，人类体内与它相似的基因，也可能是从病毒来的，不过这些问题现在恐怕还无法回答。

类病毒

还有另一种类似的植物病原体“类病毒”（viroid），这种更原始的生物体只附在植物体内的特定蛋白上到处感染。这些已知最原始的生物体会自己进行催化的化学反应，复制自己的核酸，再搭便车散播后代。

在演化初期，这些简单的原始生物也许可以用一种低效率、高错误率的化学催化反应自行复制（最近有研究支持这个论点），但在比较复杂的生物演化成功后，这些非常简单的个体便依赖复杂生物体中效率较高的复制反应来复制自己，且渐渐演化成较复杂的病毒。这个论点最有力的证据，是丁型肝炎病毒的核酸序列及构造和一些类病毒很像，人们由此推想丁型肝炎病毒可能是由类病毒演化而来的。

最近的研究指出，丁型肝炎病毒的起源，可能是一种类病毒核酸“偷”了人类身体的基因后，使其可依赖乙型肝炎病毒做出的外壳保护自己，并传播后代。用这种模式思考，我们可以想象，病毒是由最原始的类病毒慢慢“偷取”细胞内的基因演化而成的，这些较原始的病毒再经互相结合与基因交换，形成更复杂的病毒。

类病毒最早是在1971年由科学家西奥多·迪纳（Teodor Diener）在马铃薯茎块疾病中发现的。刚开始，科学家以为这种马铃薯茎块疾病是一种病毒引起的，这种疾病要数年时间才会显现出来，很不容易研究。他们后来发现，这种让马铃薯生病的病毒也会使西红柿的生长变慢，而且致病时间只要两星期，于是他们改用西红柿做研究。首先，他们用一般分离植物病毒的方法去找病毒，却出乎意料地找不到。这时迪纳刚好加入研究团队，经过一番思考后，他们决定放弃病原是病毒的想法，大胆假设病原是一种核酸。他们先用会破坏RNA核酸的酶处理从番茄叶得到的病原体，结果发现，处理后，病原体的感染力消失了；用破坏DNA或蛋白质的酶处理则没有影响。这个实验清楚地证明，会让马铃薯及西红柿生病的病原体并不是一种病毒，而是光秃秃、没有蛋白外壳保护、非常微小的RNA分子（只有200到400多个碱基组成的环状RNA）。

和很多新观念一样，这个不寻常的发现并没有马上被科学界接受。但迪纳并不气馁，继续寻找更多证据支持他的理论，终于开创了微生物学的新领域。这个新观念对农作物传染病的研究影响很大。后来的研究发现，许多农作物的疾病是这种新发现的病原体引起的。科学家也发现，这种非常微小的核酸不但可以改变植物细胞的功能，还能在整株植物里到处游走，感染不同部位。这种微小的RNA分子有一个很特别的性质：它是一种像酶一样的催化剂。托马斯·罗伯特·切赫因为发现这个现象而获得了1989年诺贝尔化学奖。

研究生命奥秘的利器

在这个基因组时代，大家常有一个错误的观念，以为只要知道基因序列就可以了解生命的秘密。事实上，若把生命比成一本书，基因组序列只是其中的单词，我们不但还有很多单词不知道，而且对于把单词排成句子甚至章节的文法，更是所知无几。以噬菌体来说，它的全基因组序列很早就被确定了，但光从这个简单的序列，我们并不能了解噬菌体复杂的复制过程。要了解过程，必须了解时间顺序，也就是第一步要做什么、第二步要做什么等，但显然基因组序列并没有标明时间这个重要的因子。了解如何把基因单词写成生命的文章，是21世纪科学的重要课题。这方面的研究需要结合数学、物理、化学、信息、工程等各领域的知识，才能一探生命的奥秘。可以想见，简单但变化多端的病毒，将是各领域研究的最佳对象。