ВИРУСЫ: НЕВОСПЕТЫЕ ГЕРОИ ЭВОЛЮЦИИ.
Возникновение сложных организмов является одним из наиболее труднообъяснимых вопросов нашей эволюции. Как первая клетка возникла из прото-супа? Как естественный отбор привел к появлению такого сложного комплекса, как наш мозг? Древо Жизни изобилует подобными прорехами - многие эволюционные достижения не находят легкого объяснения.
Со времени открытия ДНК биологи утверждали, что у них есть ответ - сложность является следствием небольших ошибок, случающихся с генами во время копирования и передачи следующим поколениям. Хотя и незначительные, эти мутации приводят к разнообразным изменениям в течение длительного времени.
Этого взгляда на эволюцию ученые придерживались на протяжении 50 лет, но теперь биологи понимают, что они упустили один важный элемент - вирусы. К концу прошлого столетия, эти генные паразиты рассматривались с точки зрения биологических отбросов, главным образом из-за их способности вызывать смерть и болезни. Однако, эра исследования генов неожиданно открыла значительно более богатую картину вирусов, как эволюционной силы, не имеющей себе равных по силе и богатству. "Куда бы вы не посмотрели - вирусы играют решающую роль в эволюции" - Льюис Виллареал, директор Центра Вирусных Исследований Университета Калифорнии." Я предполагаю, что они - наиболее творческое генное создание, из всех нам известных".
Подобные открытия явились сюрпризом для многих. Исследователи начали изучать размер и разнообразие мира вирусов или "виросферы". Оказалось, что в миллилитре воды из Баренцевого моря содержится 60000 частиц вирусов, а в том же объеме, но из озера в Германии - 254 млн. Эти и другие исследования привели к пониманию того, что вирусов в 10 млн. раз больше, чем считалось до этого.
Последующие исследования подтвердили тот факт, что вирусы в изобилии повсеместно. Их обнаружили в гейзерах, пустынях, заполярных озерах и в камнях в 2000 метрах под землей - везде, где есть жизненные формы для инфицирования. "В биосфере существует больше бактериофагов (вирусов, инфицирущих бактерии), чем всех остальных форм жизни, собранных вместе",- Грахам Хатфул, Университет Питтсбурга."Если вы возьмете частицы всех этих фагов, и соедините их в одну линию, то она растянется на 200 млн. световых лет. Как это не глупо звучит, но наш мир - вирусный. Они - самые многочисленные и разнообразные генетические сущности."
Это разнообразие виросферы также оказалось сюрпризом. Сейчас насчитывается 100 млн. разных вирусов. Они могут похвастаться более разнообразной биохимией, чем клеточная жизнь, поскольку хранят свою генную информацию как в одиночной, так и двойной ДНК и РНК. А недавно, "охотники за вирусами" обнаружили уникальную гибридную геномную структуру, имеющую с одной стороны одиночную, а с другой - двойную спираль ДНК. Наиболее выдающимся является открытие гигантского мимивируса (изображение в начале поста), который больше, чем некоторые бактерии. И это все - только поверхностное наше с ними знакомство, мы и не подозреваем, с каким разнообразием можем столкнуться.
Возможно, самым удивительным из всего этого, является тот факт, что чем больше вирусных геномов мы исследуем, тем больше открывается генов, которых до этого не встречали нигде, ни в других вирусах, ни в других живых клетках. Это примерно - 80% вирусных генов, и их функции остаются тайной.
ЖИВЫЕ ИЛИ МЕРТВЫЕ?
Подобное разнообразие удивляет, поскольку на протяжении длительного времени, вирусы рассматривались вычеркнутыми из дерева жизни - скорлупками не живого генетического материала, каким-то образом вышедшего из клеточных форм жизни и ставших паразитами. Все, скорее наоброт, вирусы могли возникнуть как независимая жизненная форма, возможно еще до бактерий.
У этой истории интересное продолжение. Хатфул и его коллега Роджер Хендрикс, сравнили геномы десятков бактериофагов, для того, чтобы проследить их эволюционную историю. Они обнаружили, что вместо выстраивания семейного древа, основанного на общем "прародителе", получили некие лоскутки, собранные из фрагментов ДНК. Их вывод - вирусы - генетические захватчики, постоянно смешивающиеся с ДНК от других вирусов, инфицирующих одного и того же хозяина.
Это генетическое смешивание не носит локализованного характера. Идентичные гены вирусов обнаруживаются во всех уголках земного шара. Генные последовательности копируются и передаются от вируса к вирусу по всему миру.
Что же позволяет приписать вирусам ключевую роль в эволюции? Тот факт, что не все вирусы придерживаются однобокой стратегии - разрушить клетку и переходить к следующей, многие применяют долговременную стратегию - включая себя в геном хозяина и размножаясь только при делении клетки. Подобные вкрапления до недавнего времени считались случайными, однако теперь установлено, что от 10 до 20% ДНК большинства бактерий - частицы вирусов.
Вирусами наполнены не только бактерии. Все живые существа на планете. Вирусы конвертируют свой геном в ДНК и интегрируются с хозяином. Иногда они становятся постоянным дополнением. По сути именно они и могут способствовать изменениям, появлению новых способностей, эволюции.
Вирусы - сердцевина ранней эволюции. Учитывая их разнообразие, ученые предполагают, что основные инновации первоначально случались в мире вирусов, а потом передавались клеткам. В этом случае - эволюция, совсем не обязана носить постепенного характера. Биосфера - взаимосвязанная сеть постоянно циркулирующих генов - "пангеномия".
И, еще. Нам необходимо пересмотреть наше представление о прародителях. Конечно, мы имеем отношение к обезьянам. Но, в еще большей степени к вирусам.
По материалам из NewScientist.