7月16日，由21位中國科學家和1位在中國工作的英國學者聯名撰寫的關於新型冠狀病毒起源的觀點文章"On the origin of SARS-CoV-2—The blind watchmaker argument"在線發表于SCIENCE CHINA Life Sciences（《中國科學：生命科學》英文版）。文章運用“盲眼鐘錶匠”理論有力論證了為何新冠病毒只可能來源於自然，而不可能人為製造。

 

 

達爾文發現了一個盲目的、無意識的、自動的過程：所有生物的存在與看似有目的的構造，都可以用一個過程解釋，這就是自然選擇（natural selection）。自然選擇沒有目的，也沒有“心眼（mind’s eye）”。它不為未來打算，也沒有先見之明。如果自然選擇就是自然界的鐘錶匠，那它一定是個盲眼的鐘錶匠。

 

—— [英] 理查德·道金斯《盲眼鐘錶匠》

 

文章作者

 

吳仲義  [中山大學生命科學學院生物防治國家重點實驗室]

 

文海軍  [中山大學生命科學學院生物防治國家重點實驗室]

 

陸劍  [北京大學生命科學系生物信息學中心蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室]

 

蘇曉東  [北京大學生命科學系生物信息學中心蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室]

 

愛麗絲·休斯  [中國科學院西雙版納熱帶植物園綜合保護中心景觀生態小組]

 

翟巍巍  [中國科學院動物研究所進化與系統生物學重點實驗室]

 

陳晨  [首都醫科大學北京世紀壇醫院生物醫學創新中心]

 

陳華  [中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）]

 

李明錕  [中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）]

 

宋述慧  [中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）]

 

錢朝暉  [中國醫學科學院/北京協和醫學院病原生物學研究所]

 

王奇慧  [中國科學院微生物所病原微生物與免疫學重點實驗室]

 

陳冰潔  [中山大學生命科學學院生物防治國家重點實驗室]

 

郭子驍  [中山大學生命科學學院生物防治國家重點實驗室]

 

阮永森  [中山大學生命科學學院生物防治國家重點實驗室]

 

呂雪梅  [中國科學院昆明動物研究所遺傳資源與進化國家重點實驗室]

 

魏輔文  [中國科學院動物研究所動物生態與保護生物學重點實驗室]

 

金力  [復旦大學生命科學學院人類遺傳學與人類學現代人類學教育部重點實驗室]

 

康樂  [中國科學院動物研究所農業蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室]

 

薛勇彪  [中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）]

 

趙國屏  [中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所合成生物學重點實驗室]

 

張亞平  [中國科學院昆明動物研究所遺傳資源與進化國家重點實驗室]

 

全文翻譯如下

 

與2003年的SARS-CoV相比，SARS-CoV-2（新冠病毒）不僅在人群中具有極高的適應性，也勢必已經具有了更廣泛的從動物宿主向人類宿主的適應性轉變。根據“盲眼鐘錶匠”的論點，該適應性轉變僅可能在當前疫情開始之前，並在一步步自然選擇的驅動下才會發生。基於這一理論，SARS-CoV-2不可能在大城市的動物市場裏進化出來，更不可能産生於實驗室。關於SARS-CoV-2起源的討論需要考慮長期的適應性轉變過程，相關的科學模型已經推演並論述了這一過程。

 

近期，無論是學術界還是非學術界，均有很多關於繼續調查SARS-CoV-2的起源的呼聲，例如，近期《科學》雜誌就曾對此發出過一篇簡報(Bloom et al., 2021)。本文旨在嚴格基於科學原則，對SARS-CoV-2的生物學起源做出評述，不針對任何特定的非科學視角的觀點。

 

基於所謂非預期的基因組特徵，有一些學者提出SARS-CoV-2不可能在自然界中進化出來(Sallard et al., 2021; Segreto and Deigin, 2020)。然而SARS-CoV-2基因組進化到其目前的狀態，實際上並不違背已知的自然規律，關於SARS-CoV-2非自然起源的説法毫無實際意義。除非能找到帶有明顯人工設計特徵的毒株（如目前追蹤細胞譜係時常用的條碼），否則當務之急和更有成效的做法，應該是專注于探究與SARS-CoV-2起源有關的自然過程。

 

首先，在開始調研之前，我們必須明確“起源”的含義。任何生物的起源，無論是人、狗或被子植物，往往都是一個漫長的進化過程，生物特徵會在這個漫長的過程中一步步形成。因此，一個物種早期的進化通常需要很長的時間，甚至需要走過漫長的地質歷史。如果我們把生物起源僅僅看作是特定時間和地點的一起事件，關於它的討論自然就不會得到共識。那麼，SARS-CoV-2的起源究竟有什麼含義？這個問題的回答應該是， 這種病毒是花費了多少時間、散播過多遠的地域、又如何進化到能夠如此完美地在人群中傳播的地步。SARS-CoV-2的起源應該是從它還只在某些野生動物中有良好的適應性開始，之後，它應該發生過從動物宿主生態位到到人類宿主生態位的適應性轉變。

 

適應性轉變是一種複雜的適應性進化，理查德·道金斯（Richard Dawkins）的暢銷書《盲眼鐘錶匠》對此進行了有力的論述。1794年，威廉·佩利提出，完美的適應，就像一塊精緻的手錶，它的出現意味著一定有一個鐘錶匠（造物主）設計並製造了它，是非自然的過程(Paley, 1829)。這種與進化論不符的錯誤認識，正是道金斯“盲眼鐘錶匠”論述所抨擊的。“盲眼鐘錶匠”理論認為，進化是一步步逐漸進行的，每一步都會從一堆隨機的“修修補補”突變中保留下一些對生物體來説微小、但可以提高適應度的改變，聚沙成塔。這些不起眼的改進最終積累起來，把生物體變成了一個完美的整體(Dawkins, 1996)。

 

適應性轉變的過程應該是SARS-CoV-2起源的核心問題，但遺憾的是，它被有意忽視了。關於SARS-CoV-2的起源，目前有兩類流行的觀點。第一類是SARS-CoV-2經歷了自然起源過程。這類觀點認為，一些野生動物在與人類接觸時已經攜帶了可以完全適應人類宿主的SARS-CoV-2。這種通過隨機動力來實現完美“預適應”的觀點，是威廉·佩利等這些相信存在“造物主”的人所反對的。這類觀點的證據是，鋻於2019年12月以來病毒極快的傳播速度，SARS-CoV-2似乎在疫情開始時就非常適應人類宿主。第二類觀點認為，SARS-CoV-2從某些病毒學實驗室（這類觀點的擁護者會從他們的立場提出實驗室的特徵）洩露出來的。洩露出的病毒是經過誘變、遺傳重組、基因組重排等種種傳統病毒學實驗的産物。病毒洩露後意外引發了新冠疫情。這種觀點也認為病毒在傳播初始就已經是完美的預適應産品。

 

但目前已有的證據都不支持這種認為病毒進化並沒有經過自然選擇的預適應觀點：

 

首先，有許多研究採取了“合理設計”的方法，改變了病毒的進化方向，例如逃避免疫反應或改變它們的宿主範圍(Bajic et al., 2019; Becker et al., 2008; Menachery et al., 2015)。然而正如一項著名的研究所述(Menachery et al., 2015)，這種方法可以把病毒往預期的樣子進行改變，但遠遠不足以引發如此嚴重的疫情。

 

其次，以上研究的結果表明，病毒的適應性進化需要通過自然選擇來實現。與普通感冒相關的人類冠狀病毒（OC43、229E和NL63）的進化史證實了這一觀點。這些冠狀病毒在全球傳播之前已經在人類和野生動物之間相互感染與傳播了數百年(Huynh et al., 2012; Normile, 2013)。

 

第三，小鼠本來不會感染SARS-CoV-2，但在實驗室中，已經有研究人員用人工選擇的方法成功選擇出了能夠感染小鼠的SARS-CoV-2毒株(Dinnon et al., 2020; Gu et al., 2020; Leist et al., 2020)。研究結果顯示，使SARS-CoV-2變得能夠感染小鼠的突變只佔所有産生的突變的很小一部分，説明這些突變一定經歷過自然選擇嚴苛的篩選。事實上，在2003-2004年非典疫情和之後的COVID-19疫情中，能夠廣泛傳播的新型毒株日益增多(Davies et al., 2021; Korber et al., 2020; Tegally et al., 2020; Voloch et al., 2020)，這充分證明了自然選擇的力量。

 

從非進化的視角，有些人會提出這樣的異議：不能排除病毒完全預適應人類宿主的可能。這與戈爾德施米特“有希望的怪物”假説類似 (Goldschmidt, 1982)。我們想要指出，即使按照這種已經不被學界所接受的觀點，極低概率事件（即“有希望的怪物”）也只可能在漫長的進化時間跨度上以及很大的地理區域內發生。然而，一些人卻無科學根據地提出，SARS-CoV-2預適應地進化出近乎完美的狀態這種小概率事件，可以在極短時間內發生。

 

根據我們的推論，在新冠疫情爆發前，病毒在人群中已經經歷了某些形式的逐步進化，不然SARS-CoV-2不會有如此強大的適應性。問題在於，如果病毒要在所有這些步驟完後才能産生最終的適應性，那麼這個過程是如何完成？“盲眼鐘錶匠”理論指出，每一步的改良都會帶來新的優勢，即便這一優勢有多麼微不足道。為此，有研究提出了SARS-CoV-2的漸進式演化模型 (Ruan et al., 2021)。在此模型中，病毒的PL0（原發地）應當人跡稀少，是動物宿主的棲息地，病毒得以在此處與其動物宿主展開“軍備競賽”。隨後，病毒偶然擴散到了沒有群體免疫的人群中間。第一個疫情暴發地（即PL1），準確來講與PL0有所不同，原因是PL1里的人群對此種病毒沒有免疫力，説明人群事先並沒有接觸過這種病毒。1918年的“西班牙流感”，以及艾滋病（AIDS）的流行説明瞭這種情況的可能性 (Crosby, 2003; Sharp and Hahn, 2011)。

 

除上述概念性論證外，大量看似無關聯的報道也同樣指出，可能存在區別於PL1的PL0。近期的一篇報道特別指出，在美國2019年12月採集的樣品中檢測到了新冠病毒對應的IgG抗體(Althoff et al., 2021)。其他報道也顯示出，在2019年早些時候，不同行政地區內出現過零散的COVID-19疑似病例(La Rosa et al., 2021; Randazzo et al., 2020)。雖然很難去證實這些歷史記錄，考慮到病毒早期侵入的高度隨機性，病毒在從PL0成功入侵到PL1之前，應該已經歷了多次失敗(Ruan et al., 2020; Ruan et al., 2021)。我們已經知道蝙蝠中自然攜帶著多種冠狀病毒，幾乎涵蓋了整個冠狀病毒家族，給病毒溢出事件提供了相當多的機會(Zhou et al., 2021)。

 

起源問題的研究需要理論先於實驗，這一點與很多其他生物學研究不同。研究人員進行實證調查時，需要先知道所搜尋的目標是什麼，就像警察需要知道搶劫銀行的嫌疑犯的長相。即便理論模型是正確的，都有可能找不到目標；錯誤的理論（就COVID-19而言，則是空白模型）就更會將追蹤引入歧途。從Ruan等發表的理論推演中可以看出(Ruan et al., 2020; Ruan et al., 2021)，人和動物頻繁出入流動的大型城市中的海鮮市場，不可能提供PL0需要的、逐步實現病毒演化的穩定環境。雖然這只是一種可能的情況，但每個要求對病毒起源進行調查的人，應該像Ruan等的研究一樣，明確“起源”的確切所指。

 

由於過去的20年裏，已經發生了3次冠狀病毒大流行，所以研究SARS-CoV-2的起源很重要。假如下個10年裏再出現一次這樣的疫情，那麼對冠狀病毒起源以及其起源後傳播情況 (Ruan et al., 2020; Ruan et al., 2021)進行科學解析，是人類做好準備、並防患于未然的最佳之路。

 

【References】

 

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原文信息

 

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Wu, C.I., Wen, H., Lu, J., Su, X., Hughes, A.C., Zhai, W., Chen, C., Chen, H., Li, M., Song, S., et al. (2021). On the origin of SARS-CoV-2—The blind watchmaker argument. Sci China Life Sci 64, https://doi.org/10.1007/s11427-021-1972-1

 

海峽飛虹轉載中國科學雜誌社消息