Эволюционное происхождение и место вирусов в биосфере

Что такое вирусы: потомки самостоятельно эволюционировавших форм жизни, итог регресса бактерий, взбесившиеся гены или пришельцы из космоса? Что представляет собой царство вирусов? Какова их роль в биосфере?

Вирус (лат. virus — яд) — субклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток организма. По природе вирусы являются автономными генетическими элементами, имеющими внеклеточную стадию в цикле развития. Вне клетки вирусы не проявляют признакa живого и ведут себя как частицы органических полимеров. От живых организмов отличаются отсутствием основного и энергетического обмена, и отсутствием аппарата синтеза белка, степень сложности которого превышает таковую самих вирусов.

Несмотря на общие закономерности строения и стратегии развития (связанные с функциональной общностью), вирусы не имеют общего происхождения.

Вирусы имеют генетические связи с представителями флоры и фауны Земли. Геном человека на 32 % состоит из информации, кодируемой вирус-подобными элементами и транспозонами. С помощью вирусов может происходить передача генетической информации не от непосредственных родителей к своему потомству, а между двумя неродственными (или даже относящимися к разным видам) особями. Иногда вирусы образуют с животными симбиоз. Так яд некоторых паразитических ос содержит структуры Polydnavirus, PDV.

В таксономии живой природы вирусы выделяются в отдельный таксон Vira, образующий в классификации Systema Naturae 2000 вместе с доменами Prokaryota и Eukaryota корневой таксон Biota.

Cуществует несколько гипотез, объясняющих происхождение вирусов.

1. Bирусы рождены клетками
2. Bирусы - нижестоящий уровень организации и могут зарождаться из молекул неживой материи

ДНК-содержащие бактериофаги и некоторые ДНК-содержащие вирусы эукариот, возможно, происходят от мобильных элементов и плазмид — более простых автономных генетических элементов, участков ДНК, способных к самостоятельной репликации в клетке. Происхождение некоторых РНК-содержащих вирусов связывают с вироидами. Вироиды представляют собой высокоструктурированные кольцевые фрагменты РНК, реплицируемые клеточной РНК-полимеразой. Считается, что вироиды представляют собой «сбежавшие интроны» — вырезанные в ходе сплайсинга незначащие участки мРНК, которые случайно приобрели способность к репликации.

Белков вироиды не кодируют. Считается, что приобретение вироидами кодирующих участков (открытой рамки считывания) и привело к появлению первых РНК-содержащих вирусов.

Cуществует гипотеза, что крупные ДНК-содержащие вирусы происходят от более сложных внутриклеточных паразитов, утративших значительную часть своего генома. Однако эта гипотеза не подтверждается данными молекулярной биологии: против этой гипотезы свидетельствует генетическая близость данных вирусов инфицируемому организму и отсутствие хоть какого-либо структурного сходства с внутриклеточными организмами — бактериями или простейшими. Hекоторые вирусные белки не обнаруживают гомологии с белками бактерий, архей и эукариот, что свидетельствует о сравнительно давнем обособлении этой группы.

Роль вирусов в биосфере
Вирусы являются одной из самых распространённых форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 250 миллионов частиц на миллилитр воды), их общая численность в океане — около 4x10step30, а численность вирусов (бактериофагов) в донных отложениях океана практически не зависит от глубины и всюду очень высока. В океане обитают сотни тысяч видов (штаммов) вирусов, подавляющее большинство которых не описаны и не изучены. Вирусы играют главную роль в регуляции численности популяций и соблюдении пределов роста.

Bирусы являются составляющей другого ключевого процесса в биосфере - поддержания жизненного тонуса эволюции. Эта их функция проявляется в том, что особи популяции, виды которых в силу любых причин стали утрачивать резервы жизнеспособности, начинают болеть и гибнуть. В результате благодаря вирусам при стабильных длительных условиях, достаточно часто существовавших на Земле в прошлом, живое (в целом) не вырождается и при резких изменениях внешних условий может выдержать их крайние значения за счет мутационного «съедания» резервов функций. Таковой была роль вирусов на протяжении всего времени существования жизни на Земле как основной составляющей информационных потоков в биосфере, определяющей ее стабильность, единство и эволюцию, — одного из контрольных механизмов численности популяций и сохранения избыточности функций.

Изучение генома человека и сравнение его с геномом шимпанзе (и только) показало, что они почти идентичны. Геномы человека и шимпанзе отличаются всего на 1 %, и связано это с различиями в регулировании 100 генов, которые отвечают за метаболизм углеводов, особенно глюкозы. Как предположил биолог Аллан Уилсон (1975 г.) (теперь это доказано), энергию для развития мозга человек получил благодаря изменениям в рационе питания (по сравнению с шимпанзе), а именно переходу от фруктов к клубням и кореньям, что привело к колонизации организма вирусами почвы. Так, в геноме человека в большом количестве обнаружены молекулярные останки вирусов (провирусы, ретровирусы), которые очень давно встроились в геном человека и переходят в его составе из поколения в поколение. Ретровирусы принадлежат к широкой группе генетических элементов, реплицирующихся с помощью обратной транскрипции. При встраивании генома вируса в зародышевую линию клеток вирусная ДНК наследуется как превалирующий признак.

Вся биосфера наполнена трансмиссивной (передаваемой) информацией.Она информационно-трансмиссивная составляющая клетки и второй фактор эволюции. Первый — это абсолютно бескомпромиссная конкурентная борьба за любое место (и любой ценой) в любой экологической нише. Благодаря информационной трансмиссии любые новшества живого становятся потенциальным достоянием всей биосферы.

Подобно двуликому богу Янусу, вирусы сочетают в себе двойственность свойств живой и неживой природы, и это удивительное качество дает им возможность существовать в биосфере везде — как вне живых тканей, так и в клетках организмов суши и воды, и быть могучим инструментом переноса генетической информации в биосфере, обеспечивающим единство всего живого на планете Земля.

Вирусы биосферы и биотехнологии в жизни и смерти человечества
Эволюционное происхождение
Bирусы