Вирусы – четвёртый домен жизни на Земле?
Термин «домен» в биологической систематике означает самый верхний уровень группировки организмов в системе, включающий в себя одно или несколько царств. Считается, что существует всего три домена жизни: это бактерии, архебактерии и эукариоты. Первые два домена включают микроорганизмы, не имеющие ядра, а последний — ядерные формы жизни (такие как простейшие, грибы, растения и животные). Однако сегодня ни один из этих доменов не включает бесклеточные формы жизни — вирусы. Неудивительно, ведь не все ученые согласны даже, что их стоит вообще причислять к живым.
Древо жизни, на котором вирусам пока ещё нет места
Обычно, когда рассуждают о происхождении и развитии жизни на Земле, вирусы предпочитают держать в стороне: уж слишком их неклеточная организация расходится с представлением, что всякая жизнь — это прежде всего клетка. Но в последнее время некоторые исследователи не только наделяют вирусы правом считаться живыми, но и предлагают одну из вирусных групп выделить в отдельный, четвертый, домен жизни. Они считают, что вирусы берут своё начало от последнего общего предка всех живых организмов, а первые из вирусов обладали гораздо более сложным строением, чем их современные потомки.
Загадочные вирусы Пандоры
К мыслям о существовании четвёртого домена жизни учёных подтолкнуло открытие гигантских вирусов. Первое открытие было сделано в 1992 году, когда биологи обнаружили мимивирус. Он обладал очень крупными размерами — около 500 нанометров в диаметре и имел 1,2 миллиона пар нуклеотидов. А в 2011-2013 году биологи из Французского университета Экс-Марсель обнаружили в Чили и Австралии два ещё более гигантских вида вирусов. Однако самым необычным их свойством оказался вовсе не размер, а геном — только 7% его последовательности были знакомы биологам. Поэтому авторы дали находке броское название «Пандора» (Pandoravirus).
«Мы вообще не понимали, что это за гены. Обнаружение гигантских вирусов сравнимо с открытием ящика Пандоры. Мы даже не можем себе представить, что будет с биологией после того, как мы изучим их подробнее!»
Оба новых вируса такие крупные, что их можно увидеть даже через обычный оптический микроскоп. Размеры их геномов также выходят за рамки обычного: длина генома P. salinus составляет 1,91 миллионов оснований ДНК, тогда как P. dulcis может похвастаться 2,47 миллионами оснований ДНК.
Интересно то, что места, где можно обнаружить гигантские вирусы, расположены в самых разных точках планеты. Во-первых, это говорит о том, что “мегавирусы” могут быть чрезвычайно распространены в природе, а во-вторых — что они довольно неприхотливы.
Очередной сюрприз ожидал учёных в конце 2014 года. Тогда из образца многолетней мерзлоты из Сибири, возраст которого оценивается в 30 тыс. лет, был выделен ещё более крупный вид Pithovirus sibericum. Вирионы Pithovirus достигают около 1,5 мкм в длину и 0,5 мкм в диаметре, что в полтора раза больше открытого ранее Pandoravirus. Правда, в отличие от других гигантских вирусов, геном Pithovirus не так уж велик.
Сюрпризы гигантских вирусов
Проведя тщательный анализ гигантских вирусов, учёные заключили, что у некоторых из них в геноме есть белки, необходимые для синтеза белка. Это довольно странная черта для вируса, так как все они обычно используют белок-синтезирующие машины заражённой клетки.
Кроме того, исследователи столкнулись с дополнительными сюрпризами, когда проанализировали геномы вирусов Пандоры. Так, у P. dulcis оказалось 1500 генов, тогда как у P. salinus имелось более 2500 генов. Обычный вирус гриппа может похвастаться лишь 10 генами.
Боле того, ученые не знают предназначения большинства генов вирусов Пандоры. По их словам, несколько распознаваемых генов участвуют в репликации ДНК, еще ряд связан с транскрипцией; функции остальных понять не удалось.
Еще одной отличительной чертой вирусов Пандоры является то, что у них нет генов для капсидных белков, которые обычно формируют оболочку, или капсиду, гигантских вирусов.
4-й домен?
Все перечисленные несоответствия поднимают интересные вопросы о происхождении гигантских вирусов, говорят специалисты. В соответствии с одной теорией, древние предки этих вирусов были свободно живущими клетками, которые, постепенно утратив большую часть генов, стали паразитами.
Некоторые ученые считают, что эта гипотетическая предковая клетка могла составлять так называемый четвертый домен жизни, то есть ранее неизвестную ветвь живых организмов, отличающуюся от трех общепринятых доменов.
«Мы считаем, что жизнь намного богаче, чем думают люди, и не укладывается в известные науке три домена. Некоторые клетки эволюционировали и стали живыми организмами, а другие избрали путь паразитизма и эволюционировали в вирусы.»
Установление родства. Контраргументы
Для определения родственных отношений на основе сходства генетических или белковых последовательностей используются филогенетические деревья. В теории, чем больше сходство последовательностей, тем ближе родство организмов, однако используемые для вычисления «родства» алгоритмы могут иной раз давать разительно отличающиеся результаты. Слева: согласно новым результатам, гены РНК-полимеразы II, которые имеются у гигантских ДНК-вирусов (ГНЦДВ), группируются в отдельную «ветвь», намекая на существование четвертого домена жизни. Справа – «исправленное» дерево, учитывающее возможность конвергенции. Оно разрушает новую теорию. (Конвергенция в этом случае — обретения сходства генетических последовательностей независимо, а не в результате родства).
А пока в научных кругах идёт дискуссия, стоит ещё раз подчеркнуть важную тонкость: сегодня учёные не занимаются вопросом, являются ли вирусы живыми, то есть соответствуют ли они некоему предначертанному идеалу «живого». Они лишь выясняют, можно ли называть их так, то есть в каких связях с уже имеющейся «жизнью» они находятся, развивались ли в её русле или представляют какой-то странный вид существования материи. Так что, возможно, наши представления о возникновении и развитии жизни на планете придётся снова пересмотреть — уже с учётом «живых» вирусов.