您肯定听说过令人讨厌的病毒，它们使您无法高效学习并危害您的健康。然而，病毒在地球上发挥的作用比您想象的要大得多。如果没有数百万年前感染古代脊椎动物的病毒，你甚至可能不存在。或者你可能是从鸡蛋中孵化出来的！事实证明，病毒在胎盘的进化中发挥了关键作用。
胎盘是一个器官，充当母亲和胎儿之间的屏障。它调节营养物质和废物的交换，以及气体交换，以便胎儿可以呼吸。它还释放激素并防止母亲免疫系统的攻击。在此之前，产蛋动物在胚胎周围沉积蛋壳，以介导与环境的气体交换，并提供丰富的蛋黄营养物质来维持发育中的动物。胎盘的进化使动物能够在母体内生长胚胎，保护其免受外界危险并更好地控制环境。
“胎盘的构造和功能极其多样化”
尽管人们经常将胎盘与哺乳动物联系起来，但胎盘并不只出现在这一类动物中。例如，一些鲨鱼和蜥蜴发育出某种形式的胎盘。它是一个高度多样化的器官，在脊椎动物中已经多次独立进化。它是由胎儿和母体之间的组织融合形成的。这通常涉及雌性生殖组织，但就海马而言，雄性育儿袋内的皮肤会发育出类似胎盘的结构。
即使源自同一祖先，胎盘的构造和功能也截然不同。目前的理论认为，快速进化是由母亲和胎儿之间持续的战斗驱动的。这表现为资源分配以及各方如何传递更多基因的竞争——虽然母亲从对多个后代的优化投资中获益最多，但单个胎儿却希望获得更多。
这可能会促使两者进化出越来越多的适应能力。然而，另一种现象促进了胎盘的快速进化：对古代逆转录病毒感染遗留在动物基因组中的基因进行重新利用。
“这些古老的元素约占人类基因组的 8%”
逆转录病毒是一组病毒，它们复制其遗传物质的 DNA 并将其整合到宿主的基因组中。这可能是极其危险的，因为它会使免疫系统消除感染的过程变得复杂，并可能促进癌症的发展。逆转录病毒最著名的例子是 HIV-1，它在过去 45 年里受到了广泛的关注。
然而，病毒 DNA 的整合也可能是有益的。如果病毒序列随着时间的推移而发生变化而失去感染性并遗传给后代，它们就可能成为内源性逆转录病毒（ERV）。事实上，这些古老的元件约占人类基因组的 8%，它们的基因甚至可以被宿主适应以实现细胞功能。
这是一个活跃的研究领域，包括在剑桥。例如，今年，医学部分子免疫部门的研究人员阐明了人类基因组中存在的一种内源性逆转录病毒的包膜蛋白的分子结构。逆转录病毒利用包膜蛋白附着到靶细胞上，并促进细胞膜和病毒周围的膜（称为病毒包膜）之间的融合。
“进化可以采用现有机制达到新目的”
值得注意的是，脊椎动物已针对胎盘功能调整了包膜基因。改变的基因通常称为合胞素。它们允许细胞融合，在胚胎和母体之间形成连续的墙。这确保了来自母体的免疫细胞无法通过任何间隙攻击胚胎，并且物质在没有调节运输的情况下不会泄漏。
此外，一些合胞素似乎具有免疫抑制功能。这不仅对古老的病毒有用，而且对胎盘也有用，可以防止胚胎的免疫破坏。
这是进化如何利用现有机制实现新目的的一个真正美丽的例子。我希望您现在看到病毒对地球上的生物有多么深远的影响。最值得注意的是，几种不同的病毒向胎盘提供合胞素，在哺乳动物甚至蜥蜴中介导相同的功能。当然，这种从病毒到生物体的基因驯化事件不限于此示例。看看内源性逆转录病毒的细胞功能还有什么其他的进展将会很有趣。
