Magdalena Bakoń
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Koło Naukowe Biologii Molekularnej UW
Polskie Towarzystwo Astrobiologiczne
Obecnie niemal każdy z nas słyszał co nieco o wirusach. Zazwyczaj skupiamy się na tych chorobotwórczych, ale trzeba pamiętać, że stanowią one niewielki procent wszystkich wirusów. Naukowcy szacują, że aktualnie w naszej wirosferze (czyli sferze, gdzie znajdują się wirusy) znajduje się 1031 cząstek wirusowych. Miliardy lat temu mogło ich być nawet więcej. Na całe szczęście nie wszystkie są zakaźne, co więcej – większość jest niegroźna. Te małe cząsteczki od milionów lat wywierają wielki wpływ na organizmy żywe. Ostatnio nawet jeden z nich wywrócił naszą rzeczywistość do góry nogami. Warto jednak cofnąć się w czasie, żeby poznać historię powstania wirusów.
Jak one powstały?
Hipotez powstania wirusów jest wiele i żadna z nich nie została w pełni potwierdzona. Jest to spowodowane między innymi tym, że nie tworzą one skamielin. Współcześnie hipotezy są badane przy pomocy różnych technik molekularnych, np. analiza sekwencji genomów. Poniżej przedstawię trzy najbardziej prawdopodobne oraz jedne z najbardziej intrygujących teorii o powstaniu wirusów:
- Hipoteza "virus early" – zakłada ona, że wirusy są potomkami pierwszych samoreplikujących się cząstek biologicznych, które istniały na przedkomórkowym etapie ewolucji.
- Hipoteza regresji wirusa – ten scenariusz sugeruje, że są one zdegenerowanymi pierwotnymi komórkami, które przeszły na wewnątrzkomórkowe pasożytnictwo, redukując większość organelli i hamując metabolizm.
- Hipoteza ucieczki genów – jedna z najciekawszych hipotez. Według niej wirusy są fragmentami genów, które "uciekały" z prakomórek. Geny te nabyły quasi-autonomiczność ("prawie-autonomiczność") w samoreplikacji i zakaźności. Hipoteza ta wyjaśnia pochodzenie i różnice rodzajów wirusów względem swoich gospodarzy.
Może się wydawać, że wszystkie te hipotezy wykluczają się nawzajem. Nie zapominajmy jednak, że różne grupy wirusów mogły ewoluować niezależnie i różnymi drogami. Aktualnie prowadzone są różne badania nad pochodzeniem wirusów, ale na razie nie posiadamy jednego rozwiązania, które by wszystko wyjaśniało.
Wpływ wirusów na ewolucję życia na Ziemi
W biologii spotykamy trzy główne paradygmaty, które w połączeniu tworzą dominujące stwierdzenie, że całe życie jest komórkowe i wywodzi się od wspólnego przodka poprzez neodarwinowski proces doboru naturalnego. Ten opis na pewno każdy z Was kojarzy, gdyż możemy go znaleźć w niemal każdym podręczniku do biologii. Ewolucja wirusów pokazuje jednak, że znana dotychczas teoria ma więcej luk, niż mogło się wydawać. Badania prowadzone w tym kierunku ukazują nam bardzo ciekawe wyniki.
Odwieczny wyścig zbrojeń
Termin “wyścig zbrojeń” najczęściej kojarzy się nam z pasożytami i gospodarzami. Musimy natomiast o nim wspomnieć również w kontekście wirusów i komórek żywicieli. Główną ideą tej rywalizacji jest tworzenie coraz lepszych metod ataku po jednej stronie, a co za tym idzie ulepszaniem mechanizmów obronnych po drugiej. Nie trzeba daleko szukać, aby zauważyć tę zależność. Powszechna w tamtych czasach prabakteria, aby chronić się przed atakami wirusów, najprawdopodobniej wytworzyła ścianę komórkową. Z takim zapleczem ochronnym już nie tak łatwo mogło dojść do zakażenia. Podążając za ideą "wyścigu zbrojeń", wirusy, a dokładniej bakteriofagi, wytworzyły ogonek i enzymy lityczne, co pomogło przebić się przez ścianę komórkową i zainfekować komórkę bakteryjną. Podobna sytuacja mogła wystąpić podczas rozwoju wielokomórkowości. Warstwowy układ komórek chroni organizm przed infekcjami wirusowymi. Jedyną częścią, która była na to narażona, była warstwa zewnętrzna, natomiast im głębiej, tym komórki były bardziej bezpieczne. System ten chroni organizm przed infekcją, a zdolność komórek do apoptozy hamuje ją.
Wirus a jądro komórkowe
Obecność jądra komórkowego jest jednym z kryteriów pozwalających odróżnić komórki eukariotyczne od prokariotycznych. Jego funkcją jest ochrona i przechowywanie materiału genetycznego eukariota, zaś budową przypomina sferę z otworami (porami jądrowymi). Proces powstawania jądra komórkowego nazywamy eukariogenezą, a bohaterem jednej z hipotez jest wirus. Eukariogeneza wirusowa polega na wniknięciu wirusa DNA do komórki żywiciela, jednak bez uaktywnienia swojej zjadliwości. Wewnątrz prakomórki zachodziły procesy replikacji materiału genetycznego i mieszania się genów pomiędzy genomem gospodarza a wirusowym. Kapsyd wirusa, który nie został zniszczony podczas infekcji okazał się idealną strukturą dobrze chroniącą DNA, a pory jądrowe – punktem komunikacji z cytoplazmą. Przesłanką potwierdzającą tą teorię jest fakt, że wirusowy przodek jądra komórkowego był złożonym, otoczkowym wirusem DNA podobnym do dzisiejszych wirusów Poxviridae, z wyjątkiem tego, że jego gospodarzem był archeon.
Biorąc to wszystko pod uwagę, ciężko postrzegać wirusy wyłącznie przez pryzmat patogenów. Nawet współcześnie mikroorganizmy te pomagają nam w życiu – wektory w inżynierii genetycznej czy kontrola ilości bakterii zamieszkujących nasze jelita. Ich wszechobecność w połączeniu z teoretycznym argumentem, że te genetyczne pasożyty nieuchronnie pojawią się w systemach komórkowych, oznacza, że cały przebieg ewolucji życia jest w rzeczywistości historią koewolucji wirusa i gospodarza. Niestety nic nie jest wiadome na pewno. Aby więc znaleźć odpowiedzi na pytanie jak powstało życie i czy faktycznie wirusy nam pomogły, naukowcy musieliby być w stanie cofnąć się w czasie.
Zainteresowanych wirusami i ich wpływem na ewolucję życia zapraszamy do obejrzenia wykładu wygłoszonego przez Autorkę:
