Без вирусов жизнь в привычном нам виде была бы невозможна

National GeographicНаука

Как вирусы формируют наш мир

COVID–19 – напоминание о разрушительной силе вирусов, но без них жизнь в привычном нам виде была бы невозможна.

Текст: Дэвид Куаммен. Фото: Крейг Катлер

Вирусы вызывают болезни, и потому их боятся, но в то же время они творят чудеса, воздействуя на ход эволюции с самого ее начала. Около 8 процентов нашей ДНК заимствовано у вирусов, которые инфицировали наших далеких предков и встроили свои гены в их геномы. Некоторые из этих генов теперь играют ключевую роль на ранних стадиях развития эмбриона и плаценты, которая окружает этот плод, достигший13 недель. Леннарт Нилссон, TT/science photo library (составлено из двух снимков)

Представим себе нашу планету без вирусов

Один взмах волшебной палочкой – и нет больше бешенства. Пропал вирус полиомиелита. Нет смертоносного вируса Эбола. Корь, свинка и всевозможные штаммы гриппа испарились. Исчез ВИЧ, и никогда не было эпидемии СПИДа. Исчезли вирусы Нипах, Хендра, Мачупо, Син Номбре – а заодно и ужасающая статистика вызываемых ими заболеваний. Нет больше лихорадки денге. Нет ротавирусов – великое благо для развивающих стран, где ежегодно от них гибнут сотни тысяч детей. Нет вируса Зика. Исчез вирус желтой лихорадки. Исчез зачастую фатальный для человека герпес B, который переносят некоторые виды обезьян. Никто больше не болеет ветрянкой, гепатитом, опоясывающим лишаем, даже обычной простудой. Нет вируса атипичной пневмонии SARS, чье появление в 2003 году, как мы теперь понимаем, было предвестием нынешней пандемии. И конечно, гнусный вирус SARS-CoV-2, возбудитель болезни COVID-19, обескураживающе разнообразной в своих проявлениях, такой коварной, опасной и заразной, полностью исчез.

Ну как, стало легче жить?

А вот и нет.

Не обращая внимания на проплывающую мимо акулу-зебру, водолаз в Тихоокеанском аквариуме (Лонг-Бич, Калифорния) показывает изображение бактериофага – вируса, который поражает бактерии. Бактериофаги, безвредные для растений и животных, имеют огромное значение для здоровья морских экосистем. В отделе Тихоокеанского аквариума, посвященном обитателям тропических рифов, 1389875 литров воды, в которых содержится около 5,32 квадриллиона вирусов. Если их выстроить в ряд по одному, они смогут почти восемь раз опоясать Землю. Доминик Гребик и Павел Плевка, лаборатория структуральной вирусологии, Центральноевропейский институт технологии, университет Масарика, Чешская Республика (Бактериофаг)

Последствия такого сценария менее очевидны, чем кажется. Ведь фактически мы живем в мире вирусов – непостижимо разнообразных, невероятно многочисленных. Только в океанах, возможно, содержится больше вирусных частиц, чем звезд в видимой части Вселенной. Млекопитающие являются носителями по меньшей мере 320 тысяч различных видов вирусов. За большими цифрами кроются большие последствия. Многие из этих вирусов приносят обитателям Земли, в том числе и человеку, не вред, а адаптивные преимущества в эволюционной гонке.

Мы бы без них никуда не продвинулись. Например, в геноме человека и других приматов есть два отрезка вирусной ДНК, без которых была бы невозможна беременность. Другая вирусная ДНК, угнездившаяся среди генов наземных животных, помогает упаковывать и хранить память в виде крохотных белковых пузырьков. До сих пор гены, скопированные у вирусов, отвечают за рост эмбрионов, регулируют работу иммунной системы, противостоят развитию рака. Мы только начинаем понимать эти функции. Вирусы играли важнейшую роль в инициировании основных эволюционных переходов. Если, как в нашем мысленном эксперименте, стереть из истории все вирусы, то колоссальное биологическое разнообразие, украшающее нашу планету, рухнет.

Череп неандертальца рядом с человеческими скелетами в парижском Музее человека. Когда люди современного типа вышли из Африки, они стали скрещиваться с неандертальцами и сразу же унаследовали гены, которые развивались сотни тысяч лет. Ученые обнаружили, что 152 гена, полученные от неандертальцев, помогают формировать иммунный ответ, и пришли к выводу, что эти гены позволяли нашим предкам бороться с новыми для них вирусами, которые они встретили в Европе. Реми Бенали

Да, вирус – паразит, но иногда этот паразитизм больше похож на симбиоз, выгодный и пришельцу, и хозяину. Как огонь, вирусы – это феномен ни однозначно положительный, ни однозначно отрицательный. Вирусы – темные ангелы эволюции, великолепные и пугающие. Это и делает их столь интересными.

НАЧНЕМ С ОСНОВ и разберемся, чем вирусы являются, а чем – нет. Второй вопрос проще. Вирусы не являются живыми клетками. Клетки того типа, что в совокупности составляют наши с вами тела, или, скажем, органы растений, содержат сложный механизм для создания белков, накапливания энергии и выполнения других специализированных функций. Бактерия – тоже клетка, хотя и куда проще устроенная. Вирус ничем подобным не является.

Чем же он тогда является? За последние 120 лет определения не раз менялись. Мартин Бейеринк, голландский ботаник, изучавший вирус табачной мозаики, предположил в 1898 году, что эту болезнь растений вызывает некая заразная жидкость. Какое-то время вирус определяли преимущественно по размеру: объект намного меньше бактерии, однако способный, подобно ей, вызывать заболевание. Позже вирус стали считать ультрамикроскопическим возбудителем, содержащим лишь очень маленький геном, размножающийся только внутри живых клеток. Но это был лишь первый шаг к лучшему пониманию.

Джейсон Шеперд, нейробиолог из Университета Юты, держит в руках изображение трехмерной вирусоподобной белковой капсулы, которая играет ключевую роль в познании и памяти. Ген ARC, содержащий код, необходимый для создания этого сферического чуда, был позаимствован наземными позвоночными у вирусоподобного предка ретровирусов около 400 миллионов лет назад. Эта капсула, напоминающая капсиды, окружающие геномы вирусов, переносит генетическую информацию между нейронами в мозге человека (вверху) и многих других животных. Саймон Эрлендсон, лаборатория молекулярной биологии MRC (капсула), Роберт Кларк (мозг)

«Я выскажу парадоксальную точку зрения, а именно, что вирусы – это вирусы», – писал французский микробиолог Андре Львов в статье «Концепция вируса» (1957). Не слишком полезное определение, зато справедливое: вирусы уникальны.

Львов знал, что вирусы легче описать, нежели дать им определение. Каждая вирусная частица состоит из отрезка генетических инструкций (записанных в ДНК или другой хранящей информацию молекуле, РНК), которая упакована в белковую оболочку (капсид). Капсид может быть окружен мембраной, словно яблоко в карамели, которая защищает его и помогает прилепиться к клетке. Вирус может копировать себя только тогда, когда проникнет в клетку и захватит контроль над ее «3D принтером», который превращает генетическую информацию в белки.

Если клетке не повезет, в ней начинает производиться множество новых вирусных частиц. Они устремляются наружу, оставляя клетку в руинах. Такое разрушение, например, наносит SARS-CoV-2 эпителиальным клеткам дыхательных путей человека.

Однако если клетке повезет, вирус может просто обосноваться в своем новом уютном жилище, бездействуя или встраивая свой маленький геном в геном хозяина – и выжидает удобного случая. Этот вариант открывает множество возможностей для смешивания геномов, для эволюции и даже для нашего ощущения идентичности как людей. В популярной книге 1983 года британский биолог Питер Медавар и его жена Джин, редактор, заявили: «Ни один вирус добра не приносит: недаром говорят, что вирус – это комок неприятностей, завернутый в белок». Они ошибались (как и многие другие ученые того времени). Сегодня нам известны вирусы, которые приносят пользу. В белок завернута генетическая посылка, а неприятности там или хорошие новости, зависит от обстоятельств.

ОТКУДА ВЗЯЛИСЬ ПЕРВЫЕ ВИРУСЫ? Этот вопрос отсылает нас почти на четыре миллиарда лет назад, во времена, когда жизнь на Земле еще только зарождалась в бульоне, состоящем из длинных молекул, более простых органических соединений и энергии.

Допустим, некоторые из длинных молекул (скорее всего, РНК) научились самовоспроизводиться. Дарвиновский естественный отбор начался именно тогда, когда эти молекулы – первые геномы – стали размножаться, мутировать и развиваться. В поисках конкурентного преимущества некоторые из них могли отыскать или самостоятельно построить защиту в виде мембран и стенок, что привело к появлению первых клеток. Эти клетки давали потомство, разделяясь надвое. Разделились они и в более широком смысле, на бактерии и археи, два из трех доменов клеточной жизни. Третий, эукариоты (он включает и нас с вами, и все другие живые организмы – животных, растения, грибы и некоторые микроорганизмы, – чьи клетки обладают сложным внутренним строением), появился несколько позже. Таковы три огромных ветви древа жизни.

Но куда же деть вирусы? Можно ли считать их четвертой ветвью? Или они представляют собой этакую омелу, паразита, явившегося откуда-то со стороны? В большинстве версий древа жизни вирусами попросту пренебрегают.

Ряд специалистов предполагает, что вирусы не следует размещать на древе жизни, поскольку они не живые. Довольно спорный аргумент, зависящий исключительно от того, как мы определяем «живое». Куда интереснее признать, что вирусы – одни из обитателей большого шатра под названием «Жизнь», и задаться вопросом, как они туда попали.

Существует три основных объяснения эволюционного происхождения вирусов, известные как гипотеза первичности вирусов, гипотеза бродяжничества и гипотеза вырождения. Гипотеза первичности вирусов – это предположение, что вирусы появились до клеток, каким-то образом собрав себя прямиком из первичного бульона. Гипотеза бродяжничества (ее еще называют гипотезой беглой ДНК) утверждает, что гены или участки геномов вытекали из клеток, оказывались упакованными в белковые капсиды и становились бродягами, которые в конце концов нашли себе новую экологическую нишу паразитов. Согласно гипотезе редукции, вирусы произошли от неких клеток, которые под давлением естественного отбора уменьшались в размерах (самовоспроизводиться легче, если ты маленький и несложно устроен), избавлялись от генов и в конце концов дошли до такой простоты, что могли выживать, только паразитируя на других клетках.

Есть и четвертое, относительно новое объяснение, известное как гипотеза химерного происхождения вирусов. Ее создателей вдохновила одна категория генетических элементов – транспозонов, которые иногда называют «прыгающими генами». Эти предприимчивые элементы добиваются эволюционного успеха, перескакивая из одной части генома в другую, реже – из одной клетки в другую. Они используют ресурсы клетки, чтобы снова и снова создавать копии самих себя. Так транспозоны защищаются от неожиданного вымирания. Они накапливаются в очень больших количествах. Например, около половины генома человека составляют транспозоны. Согласно гипотезе химерного происхождения, первые вирусы могли появиться, когда эти элементы позаимствовали у клеток белки, чтобы прикрыть свою наготу защитными капсидами.

У каждой их этих гипотез есть свои достоинства. Но в 2003 году еще более весомой стала гипотеза редукции: был открыт гигантский вирус.

ОН БЫЛ НАЙДЕН БЫЛ ВНУТРИ АМЕБ – одноклеточных эукариотов. Этих амеб собрали из воды, взятой из градирни в Брэдфорде, Англия. Внутри некоторых находились загадочные комочки – достаточно большие, чтобы их можно было увидеть в оптический микроскоп (а вирусы, как считалось, для этого слишком малы), и похожие на бактерии. Ученые пытались найти в них гены бактерий – безрезультатно.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Двери сознания Двери сознания

Где прячется человеческое «я»

Вокруг света
Калифорния по-лондонски: каким получился «Гнев человеческий» Гая Ричи Калифорния по-лондонски: каким получился «Гнев человеческий» Гая Ричи

«Гнев человеческий» Гая Ричи — ремейк французского триллера «Инкассатор»

РБК
Радио против видео Радио против видео

Автоматическая посадка крылатого летательного аппарата давно уже не фантастика

Популярная механика
Бить или не бить Бить или не бить

Татуировки – как выбирать рисунок, у кого его сделать и как от него избавиться

GQ
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Взбитые сливки Взбитые сливки

Хозяйка этого дома обожает интерьеры французских дворцов

AD
Подписание акта о капитуляции Японии Подписание акта о капитуляции Японии

Токийский залив, борт линкора «Миссури», 2 сентября 1945 года

Дилетант
«Никогда ничего не поздно»: как в 59 выучить французский и найти свою судьбу «Никогда ничего не поздно»: как в 59 выучить французский и найти свою судьбу

История женщины, жизнь которой изменило увлечение иностранным языком

Psychologies
Британский фунт Британский фунт

Британский фунт — древнейшее в мире действующее платежное средство

Вокруг света
Любимые женщины Владимира Ленина: Арманд, Крупская и еще три россиянки Любимые женщины Владимира Ленина: Арманд, Крупская и еще три россиянки

Владимир Ильич Ленин пользовался успехом у женщин

Cosmopolitan
Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Первая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
Дом вашей мечты Дом вашей мечты

Дизайнеры интерьеров отвечают на самые актуальные вопросы о доме и ремонте

Домашний Очаг
Евпатий Коловрат: сотворение героя Евпатий Коловрат: сотворение героя

Существовал ли Евпатий Коловрат

Дилетант
Зоологи объяснили маленькость зайцев и пищух Зоологи объяснили маленькость зайцев и пищух

Зоологи: зайцы имеют маленький размер из-за конкуренции с копытными

N+1
Смертельные укусы Смертельные укусы

Ежегодно змеи убивают более 100 тысяч человек

National Geographic
Flawless Victory: большое интервью Playboy со звездой «Мортал Комбата» Льюисом Таном Flawless Victory: большое интервью Playboy со звездой «Мортал Комбата» Льюисом Таном

Встречайте актера Льюиса Тана, который рушит голливудские стереотипы

Playboy
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Глубокая заморозка Глубокая заморозка

Процедура сохранения фертильности все больше заботит умы 30-летних

Grazia
Король, отказавшийся от короны Король, отказавшийся от короны

Наиболее известным лидером крестоносцев считается Готфрид Бульонский

Дилетант
Он долго решался / не решался признаться ей в любви Он долго решался / не решался признаться ей в любви

Буквы одинаковые — значения противоположные

Наука
Художники-отравители Художники-отравители

Не судите об иглобрюхах по внешности

Вокруг света
Марсоход Perseverance извлек кислород из атмосферы Красной планеты Марсоход Perseverance извлек кислород из атмосферы Красной планеты

Шестиколесный робот-марсоход Perseverance извлек из атмосферы Марса кислород

Forbes
Открытка против голода Открытка против голода

«Спасите умирающих детей Поволжья»

Дилетант
Обзор TWS-гарнитуры Huawei FreeBuds 4i: четверка с плюсом Обзор TWS-гарнитуры Huawei FreeBuds 4i: четверка с плюсом

Наушники от Huawei показали образцовую автономность и отличное качество звучания

CHIP
Токсичное пятно Токсичное пятно

В результате аварии на ТЭЦ «Норникеля» нефтепродукты растеклись по рекам

Forbes
Куратор Ольга Шишко — о выставке Билла Виолы и современном видео-арте Куратор Ольга Шишко — о выставке Билла Виолы и современном видео-арте

Билл Виола — один из самых известных ныне живущих художников видео-арта

СНОБ
Sapiens Sapiens

Краткая история человечества

kiozk originals
Предохранительная грамота Предохранительная грамота

Мифы и правда об оральных контрацептивах — разбираемся вместе с врачами

Glamour
Исследование выявило секрет успеха в карьере — особенно для женщин Исследование выявило секрет успеха в карьере — особенно для женщин

Что может повредить карьере женщин

Inc.
Случайно продать часть товара со скидкой в 99% Случайно продать часть товара со скидкой в 99%

Как работает фулфилмент-центр Ozon и анализ продаж через личный кабинет

VC.RU
Открыть в приложении