В течение примерно 100 лет научное сообщество неоднократно меняло свое коллективное мнение о том, что такое вирусы. Сначала рассматриваемые как яды, затем как формы жизни, затем как биологические химические вещества, вирусы сегодня считаются находящимися в серой зоне между живым и неживым. Они не могут воспроизводиться сами по себе, но могут делать это действительно в живых клетках, а также могут глубоко влиять на поведение хозяев. Отнесение вирусов к категории неживых на протяжении большей части современной эры биологической науки имело непредвиденные последствия. Это привело к тому, что большинство исследователей игнорировали вирусы при изучении эволюции. Однако, наконец, ученые начинают ценить вирусы как фундаментальных игроков в истории жизни.
Первоначальный интерес к вирусам возник из-за их связи с болезнями. Слово «вирус» происходит от латинского термина «яд». В конце 19 века исследователи поняли, что некоторые заболевания, в том числе бешенство и ящур, были вызваны частицами, которые, казалось, вели себя как бактерии, но были намного меньше по размеру. Поскольку они сами были явно биологическими и могли передаваться от одной жертвы к другой с очевидными биологическими эффектами, вирусы тогда считались простейшими из всех живых, генетически несущих форм жизни.
Их понижение до инертных химикатов произошло после 1935 года, когда Венделл М. Стэнли и его коллеги, впервые кристаллизовали вирус - вирус табачной мозаики. Они увидели, что он состоит из комплекса сложных биохимических веществ. Но им не хватало основных систем, необходимых для метаболических функций, биохимической жизнедеятельности.
Дальнейшие исследования Стэнли и других, установили, что вирус состоит из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенных в белковую оболочку, которая также может защищать вирусные белки, участвующие в инфекции. По такому описанию вирус больше похож на химический набор, чем на организм. Но когда вирус попадает в клетку, которая после заражения называется хозяином, он далеко не бездействует. Он сбрасывает свою оболочку, обнажает свои гены и побуждает собственный репликационный аппарат клетки воспроизводить ДНК или РНК злоумышленника и производить больше вирусного белка на основе инструкций, содержащихся в вирусной нуклеиновой кислоте. Вновь созданные вирусные биты собираются, и, готово, возникает новый вирус, который также может заразить другие клетки.
Интересно, что хотя биологи долгое время придерживались мнения, что вирусы - это просто коробки с химическими веществами, они воспользовались вирусной активностью в клетках-хозяев, чтобы определить, как нуклеиновые кислоты кодируют белки. Действительно, современная молекулярная биология опирается на информацию, полученную с помощью вирусов.
Молекулярные биологи продолжили кристаллизовать большинство основных компонентов клетки и сегодня привыкли думать о клеточных составляющих - например, рибосомах, митохондриях, мембранах, ДНК и белках - как о химическом оборудовании или о том, что оборудование использует или производит. Это воздействие множества сложных химических структур, которые осуществляют жизненные процессы, вероятно, является причиной того, что большинство молекулярных биологов не тратят много времени на размышления о том, живы ли вирусы. Для них это упражнение может показаться равносильным размышлению о том, живы ли эти отдельные субклеточные компоненты сами по себе. Этот близорукий взгляд позволяет им видеть только то, как вирусы кооптируют клетки или вызывают заболевание.
Более обширный вопрос о вирусном вкладе в историю жизни на Земле, на первый взгляд простой вопрос, живы ли вирусы, часто задаваемый людьми, вероятно, не давал однозначного ответа все эти годы, потому что он поднимает фундаментальный вопрос: что именно определяет «жизнь»? Точное научное определение жизни - вещь неуловимая, но большинство наблюдателей согласятся, что жизнь включает определенные качества в дополнение к способности воспроизводить. Например, живое существо находится в состоянии, ограниченном рождением и смертью. Считается, что живые организмы также нуждаются в определенной степени биохимической автономии, выполняя метаболические процессы, которые производят молекулы и энергию, необходимые для поддержания организма. Этот уровень автономии важен для большинства определений.
Однако вирусы паразитируют практически на всех биомолекулярных аспектах жизни. То есть они зависят от клетки-хозяина в качестве сырья и энергии, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот, синтеза, обработки и транспорта белка и всех других биохимических действий, которые позволяют вирусу размножаться и распространяться. Тогда можно сделать вывод, что, хотя эти процессы находятся под вирусным контролем, вирусы - это просто неживые паразиты живых метаболических систем. Но может существовать спектр между тем, что действительно живой, и тем, что нет.
Другой способ думать о жизни - это возникающее в совокупности свойство определенных неживых вещей. И жизнь, и сознание являются примерами возникающих сложных систем. Каждый из них требует критического уровня сложности или взаимодействия для достижения своих состояний. Сам по себе нейрон или даже сеть нервов не обладает сознанием - необходима сложность всего мозга. И все же даже неповрежденный человеческий мозг может быть биологически живым, но неспособным к сознанию, «мертвым мозгом». Точно так же ни клеточные, ни вирусные отдельные гены или белки сами по себе не являются живыми. Энуклеированная клетка сродни состоянию безумной смерти в том смысле, что у нее отсутствует полная критическая сложность. Вирусу тоже не удается достичь критической сложности. Итак, сама жизнь - это возникающее, сложное состояние, но оно состоит из того же фундаментального, физические строительные блоки, составляющие вирус. С этой точки зрения вирусы, хотя и не полностью живые, можно рассматривать как нечто большее, чем просто инертную материю: они граничат с жизнью.
У вирусов есть своя древняя история эволюции, восходящая к самому происхождению клеточной жизни. Например, некоторые вирусные ферменты репарации, являются уникальными для определенных вирусов и существуют почти без изменений, вероятно, в течение миллиардов лет.
Тем не менее, большинство биологов-эволюционистов считают, что, поскольку вирусы не являются живыми, они не заслуживают серьезного рассмотрения при попытке понять эволюцию. Они также считают, что вирусы происходят от генов хозяина, которые каким-то образом ускользнули от хозяина и приобрели белковую оболочку. С этой точки зрения вирусы - это беглые гены-хозяева, которые переродились в паразитов. А поскольку вирусы, таким образом, исключены из паутины жизни, важный вклад, который они, возможно, внесли в происхождение видов и поддержание жизни, может остаться нераспознанным.
Но вирусы напрямую обмениваются генетической информацией с живыми организмами, то есть внутри самой сети жизни. Возможный сюрприз для большинства врачей и, возможно, для большинства эволюционных биологов в том, что большинство известных вирусов устойчивы и безвредны, а не патогенны. Они поселяются в клетках, где они могут оставаться в спящем состоянии в течение длительного времени или использовать аппарат репликации клеток для медленного и стабильного воспроизводства. Эти вирусы разработали множество хитроумных способов избежать обнаружения иммунной системой хозяина - практически каждый шаг в иммунном процессе может изменяться или контролироваться различными генами, обнаруженными в том или ином вирусе.
Более того, вирусный геном, полный набор ДНК или РНК, может постоянно колонизировать своего хозяина, добавляя вирусные гены к линиям хозяина и в конечном итоге становясь важной частью генома вида хозяина. Таким образом, вирусы, несомненно, обладают более быстрым и прямым воздействием, чем воздействие внешних сил, которые просто выбирают среди более медленно генерируемых внутренних генетических вариаций. Огромная популяция вирусов в сочетании с их быстрыми темпами репликации и мутации делает их ведущим мировым источником генетических инноваций: они постоянно «изобретают» новые гены.
Вирусы важны для жизни. Они представляют собой постоянно меняющуюся границу между мирами биологии и биохимии. По мере того как мы продолжаем разгадывать геномы все большего и большего числа организмов, вклад этого динамичного и древнего генофонда должен стать очевидным. Независимо от того, считаем ли мы вирусы живыми или нет, пора признать и изучить их в их естественном контексте - в сети жизни.
Будьте здоровы!
