提到病毒这种东西，你肯定不陌生。许多著名的人类疾病，比如乙肝、艾滋病、流感、SARS和新冠肺炎，都是由病毒入侵人体导致的。可以说，病毒和我们每个人的生活息息相关。
但与之相对的，是人类至今对病毒的了解都特别少。对于人类来说，病毒目前还是一个笼罩在重重迷雾中的黑暗世界。
但问题是，搞不清楚病毒的特性，我们就没办法有的放矢的设计方案、开发疫苗和药物来对抗它们，就只能被动地忍受它们的袭击，放任它们在人类世界肆虐。这当然是不行的。
所以课程的第一讲，我们先不说病毒如何导致疾病，也不说如何对抗病毒，而一定要先说一个根本的问题——病毒到底是一类什么生命？它和其他地球生物的区别在哪里呢？
病毒的基本特性
其实，如果只是简单描述一下病毒的特性，中学生物课的知识就足够用了。
它们是一类结构很简单的非细胞形态的微生物，由蛋白质外壳包裹着DNA或者RNA分子形成，有时候最外面还会包裹一层薄薄的膜。大部分病毒只有几十到几百纳米大，比细菌要小得多，只能通过电子显微镜才能看到它们的真容。而且病毒无法独立生长和繁殖，需要寄生于别的生物体内。
光这么描述的话，事实倒是很清晰，但是很难让我们体会病毒这类生命真正的奇异和特别之处。
在这里，我用三句话来总结病毒的特性——完美寄生者、极简主义者以及规则破坏者。
完美寄生者
首先，病毒是一类特别完美的寄生者，它把自己的全部生命都寄托在别的生命，也就是所谓的“宿主”的身上。
“寄生虫”这个词你肯定不陌生。我们人体里就藏着不少种寄生虫，比如肠道里的蛔虫、钩虫，血液里的血吸虫和疟原虫，皮肤上的螨虫等等。之所以被叫作寄生虫，就是因为它们长期定居在另外一种生物体内，在那里混食物吃，蹭地方住，不劳而获。
在长期的进化历史上，寄生虫适应了宿主体内舒服的生活环境，自己的某些生物学功能就逐步退化掉了。比如说寄居在人体肠道内的蛔虫，因为已经消化好的食物近在眼前，所以消化器官基本都退化掉了。
但是无论如何，不管是什么寄生虫，总还有很多事情得它们自己亲力亲为。比如说，它总需要自己从一个受精卵长大成虫；总需要张开嘴吃东西；如果不小心受伤了，修复损伤之类的工作也只有自己能做。最起码的，生存和繁殖——这两件生命最核心的任务，都只能自己独立完成。
换句话说，寄生虫只是把一小部分生物学功能转移给宿主，让宿主来帮忙完成罢了，它们自己还是完整的生命。
但是，病毒就完全不一样了。
在进入宿主之前，病毒根本就不是严格意义上的生命。它不需要能量，也不消耗能量，不呼吸，不动，更不会繁殖后代，完全处在静止和沉寂状态，和大自然里的一颗沙子、一堆尘土没有什么两样。也因为这个特点，只要条件合适，病毒就可以在大自然里稳定的存在超长时间。比如在年，法国科学家就曾经在西伯利亚地表之下30米深的永冻土中，找到了三万年前的活病毒。
而一旦进入宿主体内，或者更精确地说，是进入宿主细胞的内部以后，病毒会立刻展现出它全部的生命迹象。它们不需要吃东西，也不需要吸收能量，因为可以直接利用宿主细胞里唾手可得的能量；它们不需要自己繁殖后代，而会借助宿主细胞里现成的工具来帮助自己批量制造后代。至于怎么做，我们接下来再说。
也就是说，病毒的生命可以简化成两个黑白分明的阶段——
在宿主细胞之外，它和非生命物质没有区别，安静地等待寄生的机会；而一旦进入宿主细胞，就可以借助宿主细胞现成的能量和工具，立刻启动繁殖后代的程序。这样产生的病毒后代，会批量离开宿主细胞，回归沉寂状态，等待下一次入侵和繁殖的机会。
这是真正意义上的完美寄生者。病毒把所有的生物学功能，包括其他生命必须自己完成的新陈代谢和繁殖，都全部转交给了宿主。
极简主义者
完美的寄生能力，让病毒有条件发展出了第二个特性，那就是极简主义的生活方式。
在找到宿主之前，病毒既然是完全静默的状态，那所有维持正常生物生存的基本要素，就都不需要了。而一旦进入宿主细胞，病毒又可以利用宿主来帮助自己繁殖，所以连繁殖这一套机能也可以尽可能地简化。
从逻辑上说，一个病毒只需要拥有一套最小化的指令系统，能够告诉宿主细胞如何帮助自己繁殖后代就足够了，其他的都不需要。
这么说可能有点抽象。我们举个例子来说明一下这种简化可以到什么程度。
就拿大家都听说过的乙肝病毒来说吧。从外到内，乙肝病毒只有三个非常简单的结构：最外面一层膜，中间一层蛋白质外壳，里面藏着它的遗传物质——一个环形DNA分子。
而就连这个遗传物质也非常简单，长度还不到大肠杆菌基因组的千分之一，不到人类基因组的百万分之一。在这个DNA分子上，也只有区区四个基因。相比之下，大肠杆菌的基因数量超过了个，而人类则超过个。
这么小一个DNA分子，只有区区四个基因，它能干什么呢？简单来说，它就是一套告诉人体细胞如何帮它生产新一代乙肝病毒的说明书。
当乙肝病毒识别出人体肝脏细胞之后，会脱掉外面的膜，拆解掉自己的蛋白质壳，把DNA分子释放进人体细胞，和人体细胞的DNA分子混在一起。我们知道，人体细胞时时刻刻都在根据自身DNA分子的序列，生产各种各样人体必需的蛋白质分子。因此，这套系统就能根据乙肝病毒DNA分子上四个基因的序列，顺手生产出四个乙肝病毒专属的蛋白质，分别叫P、C、S和X。
这四个蛋白质可是大有讲究。P和X蛋白的作用是复制乙肝病毒的DNA，而C和S蛋白则构成了乙肝病毒的外壳。乙肝病毒本来就特别简单，无非是蛋白质外壳加上DNA，现在DNA和外壳都有了，装配在一起，就成了一个个新的乙肝病毒。
所以你看，乙肝病毒的寄生能力和极简的生活方式其实是相辅相成的。
规则破坏者
病毒的第三个特性，是它们能够发展出和所有其他地球生命都完全不同的许多特性，所以我叫它规则破坏者。
其实首先得承认，和建立在严密的理论体系上的物理学不一样，地球生命本来就是五花八门、什么样的都有，很难找到所谓的“底层逻辑”。生物学家们常说一句话，叫“neversayneverandneversayforever”（绝不说绝不，也绝不说永远）。因为不管我们总结出什么样的规律，生物界里都能找出例外。
但是无论如何，还是有一些比较基本的法则被几乎所有地球生命所遵循的。当然，除了病毒。
比如说生存——
所有地球生命都需要持续不断的从环境吸收能量，然后利用这些能量维持生存、繁殖后代。从根源上说，这是因为著名的热力学第二定律——一个孤立系统的混乱程度，也就是所谓的“熵”，只会持续增大。而生命体显然是一个拥有精良秩序的东西，所以想要在混乱无序的大自然里构造出秩序来，就需要持续不断的能量输入。
而病毒，却完全破坏了这条法则。因为在宿主细胞之外，病毒根本就不需要、也没有能力表现出任何生命特征，它本质上和环境中的沙子、石头没有什么区别，所以也就不需要能量输入来维持生存。
再比如说繁殖——
所有的地球生物都用DNA分子储存自己的遗传信息。生物繁殖的时候，会复制一份DNA分子传递给后代。而每一代生物也会利用体内的DNA分子，生产相对应的RNA分子，然后制造自己需要的蛋白质。这种遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递，就是所谓的生物学“中心法则”。
但是在病毒这里，这条法则也彻底失灵了。病毒记录和使用遗传信息的方式多种多样。几乎只要是逻辑上能成立，就一定有病毒在这么用。
比如像天花病毒，它就和其他正常生物一样，仍然使用DNA分子作为遗传物质。也有很多病毒居然连DNA都放弃不用，而是使用RNA分子作为遗传物质，像著名的流感病毒、艾滋病毒和这次大流行的新冠病毒都是如此。而乙肝病毒更奇怪，它虽然使用DNA作为遗传物质，但是在繁殖后代的时候却干脆变了个顺序，不是直接从DNA复制DNA，而是先制造RNA，再根据RNA反过来制造DNA。还有各种各样奇怪的例子，这里就不多展开了。
所以你看，在生存和繁衍这两个生命现象的最核心要素上，病毒都成了不折不扣的规则破坏者，给生物学家们添了无数的麻烦，也给我们普通人理解病毒增加了不少认知障碍。
而这还没完，病毒身上的例外还多的是。
比如说咱们说过，就生命体的大小、基因组的长度、基因的数量而言，病毒都非常简单，甚至要比其他最简单的生命，比如细菌，还要再简单几个数量级。这本身其实也是在破坏规则，至少是大大突破了我们研究大量地球生命总结出来的经验规则。
甚至连病毒生命的形状，都比较不按常理出牌。绝大多数地球生命都没有特别规则的外形，但是很多病毒却是数学上很完美的几何形状。
比如乙肝病毒，外层就是一个完美的球形，而中层的蛋白质壳则是完美的正20面体，表面是20个完全相同的三角形平面。还有一些病毒，干脆长得像人类设计的机器人。比如著名的T4噬菌体，就有一个20面体的头和几根中心对称的尾巴。这次大流行的新冠病毒，外形是一个直径纳米的圆球，但是圆球上长满了长长的尖刺，像一个海胆或者王冠上的装饰物，所以才得了“冠状病毒”这么一个名字。
总结
这一讲，我们讨论了病毒到底是一种什么样的生物——
它能够完美的寄生在宿主细胞体内，借助宿主细胞完成所有的生命活动；它也因此能够甩掉包袱，用最简单的元件构造生命；在能量利用的层面，在遗传物质的层面，甚至在尺寸和形状的层面，它还突破了其他所有地球生命遵循的共同法则。
总之，记住三个词——完美寄生者、极简主义者和规则破坏者。这些特点让病毒鹤立鸡群，呈现出和我们熟悉的地球生物的巨大差别。
