Откуда появились вирусы? Три теории от ученых

Источник материала:

В последнее время благодаря SARS-CoV-2 слово «вирус» часто мелькает в СМИ. Но откуда появился самый первый вирус? На эту тему есть несколько научных теорий — от того, что они «деградировали» с уровня клеток и до идеи про самоподдерживающиеся механизмы.

Прежде всего, что следует знать о вирусах? Они являются облигатными паразитами, то есть не способны размножаться вне клетки. От живых паразитарных организмов вирусы отличаются отсутствием сложнейшего элемента живых систем — аппарата трансляции (синтеза белка). Вместо этого они захватывают клетки хозяина, чтобы размножаться, распространяться и вызывать болезни.

Один из хороших материалов на эту тему сделал The Conversation, который привлек трех экспертов из Канады. В статье отмечается, что в феврале 2018 года бразильско-французской группой микробиологов был описан род ДНК-содержащих вирусов с грозным названием Tupanvirus (Тупан — это бог грома у группы индейцев из Южной Америки). В отличие от привычных нам вирусов, этот обладает почти полным механизмом, позволяющим позаботиться о себе. Это открытие подстегнуло дебаты о том, всегда ли вирусы были такими «инертными».

Вирусы из океана-прародителя

Один из способов, при помощи которого ученые изучают происхождение вирусов, — это поиск молекул их ДНК или РНК в тканях животных и почве.

К сожалению, в отличие от фильмов, в реальной жизни исследователи никогда не находили вирусы в насекомых, заключенных на миллионы лет в янтаре. Однако некоторые древние вирусы были обнаружены в вечной мерзлоте в Сибири, и сейчас уже можно надеяться на большее, так как из-за глобального изменения климата земля, которая была замерзшей в течение тысячелетий, оттаивает.

Почему важно изучать древние вирусы? Вирусы — это микроскопические организмы, которым для размножения требуется живая клетка-хозяин. Они в основном состоят из генетического материала (ДНК или РНК), как бы завернутого в слой белка.

Эти последовательности ДНК и РНК могут меняться со временем, накапливая модификации генетического кода, что способствует выживанию вируса. Изучая эти генетические последовательности, исследователи могут оценить, как разные вирусы связаны и как они могли эволюционировать.

Эти исследования показали, что вирусы не имеют единого предка. Вероятно, они появились из ряда независимых источников и почти наверняка в разное время.

Предполагается, что каждый из них эволюционировал вместе со своим хозяином. Например, вирус герпеса, развиваясь с течением времени, приспосабливался так, чтобы продолжать заражать клетки человека.

Учитывая, что все формы жизни на Земле зародились в океане, можно полагать, что вирусы тоже развивались вместе со своими хозяевами в воде. А когда живые существа вышли на сушу, то с ними вышли и вирусы, которые научились заражать земные организмы.

В 2018 году ученые обнаружили доказательства того, что некоторым вирусам могут быть миллионы лет и они существуют с момента появления первых позвоночных. Но это не объясняет, как именно появились первые образцы.

Теории о происхождении вирусов

Сейчас существуют три основные гипотезы происхождения вирусов: регрессивная, гипотеза клеточного происхождения и гипотеза коэволюции.

Согласно первой гипотезе, вирусы когда-то были мелкими клетками или же бактериями, паразитирующими в более крупных клетках, но со временем утратили гены, которые были им не нужны при паразитическом образе жизни. Эта теория основана на наблюдении, что некоторые бактерии, такие как риккетсии и хламидии, являются клеточными организмами, но подобно вирусам могут размножаться только внутри другой клетки. А может, они даже были белками, ведь тот же белок под названием Arc, который важен для памяти у людей, может образовывать вирусоподобные частицы и переносить РНК между клетками.

Вторая гипотеза гласит, что вирусы возникли из кольцевой ДНК или плазмиды, которая может реплицироваться независимо и перемещаться между клетками, передавая генетическую информацию от одного организма к другому. Например, некоторые плазмиды несут гены, ответственные за устойчивость к антибиотикам. Сюда же относится идея, что некоторые вирусы могли появиться из фрагментов ДНК или РНК, которые «высвободились» из генома более крупного организма, допустим, транспозонов (молекул ДНК, реплицирующихся и перемещающихся с места на место внутри генома).

А гипотеза коэволюции предполагает, что вирусы возникли из сложных комплексов белков и нуклеиновых кислот в то же время, что и первые живые клетки, и зависят от клеточной жизни вот уже миллиарды лет. К примеру, вирус гепатита D, который схож по своему РНК-геному с геномом вироидов, не может самостоятельно синтезировать белок оболочки — он использует в своих целях белок вируса гепатита B и потому способен размножаться только в клетках, зараженных своим собратом.

Но есть еще одна теория, согласно которой вирусы возникли даже раньше, чем клетки. Подобно Tupanvirus, они могли существовать как самоподдерживающиеся сущности и воспроизводили сами себя. Со временем эти доисторические вирусы могли сформировать сложноорганизованные структуры, которые в конечном итоге и превратились в клеточные объекты.

Конечно, чтобы узнать истину, идеально было бы найти древнейшие вирусы на других планетах, например на Марсе. Но пока ученым приходится работать с земными образцами.