大自然是個神奇的造物主。在地球漫長的40多億年時間裡，誕生過無數種形形色色的生命體。它們大部分雖早已湮沒在漫漫的歷史長河中，但仍有許多留存至今。▶ “生物”是什麼？目前我們所知的地球生命，可以按照多種方式進行分類，比較常用的分類大致可以分為五大類：真核生物（真菌等）、原核生物（大部分細菌）、動物界、植物界以及病毒。當然，這些分類也不是絕對的界限分明，比如地球上幾乎所有的複雜生物，如真菌、動植物等都是由真核生物進化而來。
地球生物千差萬別，但有一個共同的特點，就是都具有遺傳物質（DNA或RNA)
當然，很多人會提出質疑：根據課本裡對“生物”的定義，病毒應該不是“生物”吧？我們這裡聚焦個體本身，而不去糾結這個問題。其實任何的“定義”都是人定義的。隨著人類對自然和科學認識研究的深入，不僅很多“定義”在不斷的擴展或顛覆，也有很多事物由於有了新的認知，被重新歸類。而且，畢竟我們對病毒的未知遠多於認知。▶ 病毒的前世今生如果說病毒不是生命，但是它們具備生命體的遺傳物質，進入到生物細胞內遺傳物質就可以表達和繁殖，會顯現出生物體的特徵；但是說他們是生命，在很長時間裡，科學界普遍認為病毒在活細胞外無法繁殖，此時無法自行表現生命現象。如此看來，病毒應該介於生命體和非生命體之間。
通常認為病毒無法在活細胞外繁殖，但有實驗發現，病毒可以在去掉細胞器的細胞液中進行重組
但越來越多的研究發現，某些病毒其實可以在活細胞外進行繁殖，因此其實稱其為生命也不過分，或者姑且稱之為類生命體吧。其實，病毒的誕生要遠遠早於地球上的大部分生物。但是，病毒和它名字的含義一樣，常與疾病一起出現在人們的視野中，如今肆虐全球的新冠病毒，曾經引發大規模疫情的禽流感甚至肆虐非洲的埃博拉病毒，使得我們談“毒”色變。
多種致病菌和致命病毒，是人類的夢魘
同時，也有很多疾病是由細菌引起的，比如傷寒（傷寒桿菌）、肺結核（結核桿菌）等，也給人類造成了巨大的威脅。但是，對人類來說，所有病毒都是十惡不赦的惡魔嗎？今天，我們就給大家介紹病毒界的清流—— “噬菌體”。▶ 病毒界的“清流” —— “吃”細菌的病毒“噬菌體”不是一種病毒，而是一類病毒的總稱。和其他病毒一樣，噬菌體也是由核酸和蛋白質外殼構成。有的噬菌體內部的核酸物質是DNA，有的則是RNA。
噬菌體入侵細菌的模擬圖，噬菌體頭部的規則二十面體結構清晰可見
如它的名字一樣，“噬菌體”是一種專門感染細菌的病毒。它或通過進入細菌體內利用細菌細胞內的營養物質和能量不斷複製，裂解病毒；或通過寄生並潛伏於細菌細胞內通過溶菌作用使細菌裂解。噬菌體廣泛的存在於自然界中細菌存在之處，它們的數量可能比地球上其他非病毒類生命加起來的數量還要多，可能要超過10^31個（10000……000，總共31個0！ ），在泥土中、動物體內，甚至海水中，都大量存在，但很多是溫和噬菌體，會與細菌保持一定時間的共生狀態。
據科學家估計，海洋中70%以上的細菌細胞都感染了噬菌體
▶ 精妙的正多面體結構雖然噬菌體種類很多，但是大部分的噬菌體都有著有一個精妙的二十面體結構，大部分都帶有尾部，如常見的T2噬菌體，當然也存在少量不帶有尾部或者是呈整體線狀結構的噬菌體。
T2噬菌體效果圖，頭部蛋白質外殼為規則的正二十面體結構
看到T2噬菌體這樣的一種結構，讓人們不禁產生了聯想，長得像小機器人一樣，噬菌體究竟是大自然的的傑作還是非自然的產物？
自然界中很多非生命體，比如常見的雪花，擁有規則的幾何結構
其實，科學界對噬菌體的正二十面體結構有一個相對科學的解釋。因為噬菌體的蛋白質外殼是在分子層面上搭建的。在搭建的時候，如果想要最少的材料，獲得最大的容積，複製更多的個體，那麼正多面體將是理想的結構。同時，正多面體只有4、6、8、12、20五種，那麼接近球形的正二十面體最符合要求。同時，正二十面體，有12個頂點，30條邊和20個等邊三角形，每個夾角都是同樣的60度，這也符合蛋白質分子的原子結構特性。照此推論，也許真是自然選擇的結果。
在正多面體裡，正二十面體最接近球體
▶ 一場刺激的攻城戰拿我們熟知的T2噬菌體來說，它結構大致可以分為頭部（正20面體，儲存DNA）和尾部兩部分，尾部包含頸環、尾鞘、尾管、基板、刺突與尾絲。這是種烈性噬菌體，專門對大腸桿菌下手。
T2噬菌體結構圖
當T2噬菌體通過擁有6根“爪”狀結構的尾部吸附到大腸桿菌細胞壁上後。會通過溶菌酶的作用在細菌的細胞壁上打開一個缺口，此時尾鞘收縮，將尾管刺突伸入細胞內，把頭部的DNA注入細菌體內。
噬菌體將DNA注入細菌細胞內
噬菌體DNA進入細菌細胞後，細菌自身的DNA合成會終止，細胞工廠被噬菌體控制。在噬菌體DNA的指揮下，細菌細胞大量的複製子代噬菌體的DNA和蛋白質，生成新的噬菌體。
電子顯微鏡下正在入侵大腸桿菌的T2噬菌體
當細胞內產生足夠多的噬菌體，釋放的溶菌酶急劇增加，細胞裂解，大量新生噬菌體被釋放。
細菌細胞裂解，子代噬菌體湧出
怎麼樣，像不像一部刺激的諜戰大片！▶ 噬菌體發現的意義噬菌體的發現，其實要追溯到100多年前的1915年。當年由英國科學家弗德里克· 特溫特（Frederick W.Twort）首先發現。在差不多時間，加拿大醫學細菌學家費利克斯· 德赫雷爾（Felix d’Herelle）在巴黎進行了更加詳細的研究，並將其命名為噬菌體（Bateriophage) 。此後的近百年時間裡，噬菌體為生物學和製藥領域產生了巨大的貢獻，並幫助多位科學家獲得諾貝爾獎。
弗雷德里克·特溫特和費利克斯·德赫雷爾
因為是第一次通過“噬菌體感染細菌實驗”證明了DNA是生物體的遺傳物質，而不是蛋白質，阿爾弗雷德·赫爾希（Alfred Hershey）和瑪莎·蔡斯（Martha Chase）因此獲得1969年諾貝爾生理學或醫學獎。按照噬菌體可以殺死細菌的特性，我們可以用它來對付致病菌甚至超級病毒，減少抗生素的濫用，讓以毒攻毒“變得可能。在此方面科學家史密斯和溫特因為“多肽和抗體的噬菌體展示技術”，獲得2018年諾貝爾化學獎。利用這項技術特異性表達的重組多肽已經應用到諸多抗病毒藥物研究及開發中去，並已經開發出了治療類風濕性關節炎等自身免疫疾病的特效藥。
2018年諾貝爾化學獎得主弗朗西絲·阿諾德、喬治·史密斯和雷戈裡·溫特
同時，噬菌體還能夠用來檢測和控制食品中致病菌及腐敗菌的生長。用於食品生產加工及延長保鮮期等方面。▶ 是大自然的bug?還是史前納米機器人？當然，對於病毒是不是嚴格意義上的生命體仍有爭議。而且噬菌體作為病毒的一類，也經常被歸類在生命體與非生命體之間的模糊地帶。其實，定義和歸類並不重要，重要的是我們通過不斷地認識和瞭解它，獲得了越來越多寶貴的知識和對付致命細菌的武器。
納米機器人消滅致病菌/病毒想像圖
回到文章的標題：最不像地球生物的噬菌體，是大自然的bug?還是史前納米機器人？也許它能為未來人類納米機器人的研究，提供了一個真實的參照。關於噬菌體，你有什麼看法，一起討論吧！
