Что было раньше, курица или яйцо? Этот извечный вопрос меркнет перед ещё более древней и запутанной головоломкой: кто же был первым – живая клетка или вирус? Эти две фундаментальные формы существования на протяжении миллиардов лет, как инь и янь, неразрывно связаны друг с другом.
Разнообразие вирусов поражает воображение – от мельчайших частиц до гигантов, превосходящих по размеру некоторые бактерии. По мнению вирусологов, существуют миллионы различных типов вирусов, но только примерно 5000 из них были детально описаны.
До сих пор неизвестно, откуда взялись вирусы и какую роль они играют в эволюции. Тем не менее, ученые по крупицам собирают информацию, пытаясь понять это. Представьте процесс собирания пазла без картинки на коробке. Вот примерно так и происходит изучение происхождения вирусов.
О разнообразии вирусов
Вирусы могут принимать самые разные и странные формы: от сфер и палочек до сложных объектов, напоминающих по космические корабли, и даже нити, похожие на молекулы ДНК. Более того, некоторые вирусы могут даже содержать внутри себя днк, как, например, герпесвирусы.
Некоторые, например, коронавирусы, используют РНК – молекулу, похожую на ДНК, но более "гибкую" и изменчивую. Геномы вирусов могут быть линейными, как нить, или кольцевыми. Они могут состоять из одной или нескольких частей. Одним словом, разнообразие вирусного мира поражает воображение.
Несмотря на внешние различия, у всех вирусов есть общая черта – они паразиты. Ни один вирус не способен существовать самостоятельно, без клетки-хозяина. Они паразитируют, ресурсы клетки для своего размножения. У вирусов нет собственных инструментов для производства белков (рибосом) и энергии (АТФ), поэтому они полностью зависят от клеточных механизмов.
Откуда взялись вирусы? Три гипотезы происхождения
Есть три основные гипотезы, каждая из которых по-своему объясняет, как появились вирусы.
Гипотеза 1: Деградация
Возможно, когда-то вирусы были полноценными клетками, но со временем "обленились" и утратили ненужные гены, став паразитами. Эта гипотеза, называемая "регрессивной", предполагает, что вирусы – это своего рода деградировавшие живые организмы.
Пример такого упрощения можно наблюдать у некоторых бактерий, например, риккетсий. Эти внутриклеточные паразиты когда-то были похожи на обычные бактерии, но в процессе эволюции потеряли многие гены и стали частью клеток, превратившись в митохондрии – своеобразные "электростанции" клеток.
Возможно, и вирусы прошли похожий путь, превратившись из самостоятельных организмов в паразитов, зависящих от клеток-хозяев.
Эта гипотеза становится ещё убедительней, если взглянуть на вирусы-гиганты, такие как мимивирусы и пандоравирусы. Эти гиганты среди вирусов не только превосходят по размеру некоторые бактерии, но и обладают огромными геномами.
Например, мимивирус – настоящий "монстр". Его диаметр достигает 750 нанометров (для сравнения, размер вируса гриппа – всего 80 нанометров), а геном мимивирусоа содержит 1,2 миллиона нуклеотидов (против нескольких сотен у обычных вирусов). В его арсенале есть гены, необходимые для копирования и "ремонта" ДНК, для производства РНК. Мимивирус – мастер на все руки среди вирусов, который умеет почти всё.
Гипотеза 2: Эволюция
А что, если вирусы не деградировали, а наоборот, эволюционировали из более простых форм? Эта гипотеза предполагает, что вирусы возникли из мобильных генетических элементов – "прыгающих генов", которые способны перемещаться по геному и размножаться.
Одним из примеров являются ретротранспозоны – фрагменты ДНК, которые используют фермент обратную транскриптазу, чтобы превращаться в РНК, а затем снова в ДНК, встраиваясь в новые участки генома. По сути, это почти готовые вирусы, которым не хватает только белковой оболочки.
Возможно, в процессе эволюции некоторые такие элементы "научились" упаковывать себя в белковые капсиды, превращаясь в полноценные вирусы.
Например, ретровирусы, к которым относится ВИЧ, используют такой механизм: они встраиваются в геном хозяина и заставляют клетку производить новые вирусные частицы.
Гипотеза 3: Параллельная эволюция
Эта гипотеза, пожалуй, самая молодая и дерзкая. Она предполагает, что вирусы возникли одновременно с клетками, как их антиподы.
В "первичном бульоне" – первобытном океане, в котором зародилась жизнь, происходила прото-эволюция. Молекулы самоорганизовывались, создавая всё более сложные структуры. И вот, в один прекрасный момент, одни молекулярные комплексы "научились" делать мембраны, превращаясь в прото-клетки. Другие же, предки вирусов, избрали иной путь – они стали паразитами, и стали использовать ресурсы прото-клеток для своего размножения.
Эта гипотеза объясняет, почему вирусы поражают представителей всех трёх доменов жизни – бактерий, архей и эукариот. Возможно, они существовали ещё до того, как эти три ветви разошлись в процессе эволюции.
Об эволюции вирусов пока можно строить только догадки. Каждая из трёх гипотез имеет право на существование. А возможно, разные группы вирусов возникли по-разному, ведь размножаются они преимущественно только в тех организмах, на которых специализируются:
Бактериофаги: эти вирусы, поражающие бактерии, являются одними из самых распространенных на Земле. Они играют важную роль в регуляции численности бактерий и участвуют в глобальном круговороте веществ.
Вирусы растений: они вызывают множество заболеваний растений, от мозаики листьев до карликовости. Некоторые вирусы растений передаются насекомыми, другие – через почву или семена.
Вирусы животных: они вызывают заболевания у животных, от бешенства и чумы до гриппа и СПИДа. Однако некоторые вирусы животных способны передаваться человеку, вызывая эпидемии и пандемии.
Вирусы человека: они вызывают множество заболеваний, от простуды и гриппа до кори, краснухи, ветряной оспы, гепатита, герпеса и многих других. Некоторые вирусы человека, такие как ВИЧ, могут приводить к развитию хронических заболеваний.
Вирофаги: эти уж совсем "отмороженные ребята" заражают другие вирусы, снижая их способность к размножению.
Дузья или враги?
Вирусы часто воспринимаются как нечто опасное, вызывающее болезни. Но далеко не все вирусы являются патогенными. Некоторые из них играют огромную роль в экосистемах, участвуя в круговороте веществ и энергии.
Например, вирусы, поражающие водоросли, помогают регулировать численность этих организмов, а это влияет на содержание кислорода в атмосфере. Более того, вирусы могут быть использованы в медицине и биотехнологии. Например, они применяются для создания вакцин, генной терапии и борьбы с раком.
Что вы думаете о вирусах и о том, как они появились? Поделитесь своими мыслями и теориями в комментариях.