Загадка происхождения: что появилось раньше, вирусы или живые клетки? Три гипотезы

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.