Virussen als Ebola, influenza en Zika halen de krantenkoppen. Ze trekken onze aandacht omdat ze wijdverbreide ziekten en sterfgevallen kunnen veroorzaken.
Maar waar kwamen deze virussen voor het eerst vandaan?
In tegenstelling tot bacteriën zijn virussen geen levende organismen – ze kunnen zich niet zelf vermenigvuldigen. In plaats daarvan kapen ze cellen om zich te vermenigvuldigen, te verspreiden en ziekten te veroorzaken.
Maar wat als het niet altijd zo is geweest?
Wetenschappers die een zogeheten reuzenvirus bestudeerden, het Tupanvirus (genoemd naar de Zuid-Amerikaanse Guarani-god van de donder), ontdekten dat het, in tegenstelling tot de virussen die we tegenwoordig aantreffen, een bijna complete machinerie had om voor zichzelf te zorgen.
Deze recente ontdekking heeft het debat over de oorsprong van virussen weer aangewakkerd.
Vriesvirussen
Er is geen fysiek fossiel archief van virussen zoals dat er is voor de dinosauriërs.
Een van de manieren waarop wetenschappers virussen opsporen en hun oorsprong bestuderen, is door te zoeken naar hun genetisch materiaal – moleculen van DNA of RNA – in dierlijk weefsel en aarde.
Ondanks dat de films je anders doen geloven, is er nooit genetisch materiaal van virussen aangetroffen in gefossiliseerde plantenbladeren of in insecten die in barnsteen zijn gevangen.
Er zijn echter wel enkele oude virussen ontdekt in de permafrost in Siberië, en men hoopt er nog meer te ontdekken als de opwarming van de aarde doorgaat met het ontdooien van grond die duizenden jaren bevroren is geweest. Tot het zover is, blijven we beperkt in ons vermogen om de oorsprong van virussen nauwkeurig te reconstrueren.
Evolutie van virussen
Virussen zijn microscopisch kleine organismen die een levende cel nodig hebben, vaak een gastheer genoemd, om zich te vermenigvuldigen. Ze bestaan grotendeels uit genetisch materiaal (DNA of RNA) dat in een eiwitmantel is gewikkeld.
Deze DNA- en RNA-sequenties kunnen in de loop der tijd veranderen, waarbij wijzigingen in de genetische code worden aangebracht die de overleving van het virus bevorderen. Wetenschappers kunnen aan de hand van deze genetische sequenties inschatten hoe verschillende virussen verwant zijn en hoe ze geëvolueerd kunnen zijn.
Deze studies hebben ons laten zien dat virussen niet één enkele oorsprong hebben; dat wil zeggen dat ze niet allemaal zijn ontstaan uit één enkel virus dat is veranderd en geëvolueerd tot alle virussen die we nu kennen. Virussen hebben waarschijnlijk een aantal onafhankelijke oorsprongen, vrijwel zeker op verschillende tijdstippen.
Een van de veronderstellingen die wetenschappers maken wanneer zij de oorsprong van virussen onderzoeken, is dat elk virus is mee geëvolueerd met zijn gastheer. Het herpesvirus bijvoorbeeld, dat mensen infecteert, evolueert in de loop van de tijd en past zich zo aan dat het menselijke cellen kan blijven infecteren
Als we bedenken dat alle levensvormen op aarde in de oceaan zijn begonnen, dan is het aannemelijk dat virussen zich samen met hun gastheren in de zeeën hebben ontwikkeld. Toen deze wezens aan land kwamen en zich ontwikkelden, ontwikkelden ook de virussen zich en kregen zij het vermogen om aardse organismen te infecteren.
Eerder dit jaar ontdekten wetenschappers bewijs dat sommige virussen mogelijk miljoenen jaren oud zijn en al bestaan sinds de eerste gewervelde dieren bestonden. Maar dit verklaart nog niet de oorsprong van virussen als zodanig.
Oorsprongverhalen
Eén theorie gaat ervan uit dat virussen zijn ontstaan uit circulair DNA (ook wel plasmide genoemd) dat zich onafhankelijk kan vermenigvuldigen en tussen cellen kan bewegen, waarbij genetische informatie van het ene organisme naar het andere wordt overgebracht. Sommige plasmiden dragen bijvoorbeeld de genen die verantwoordelijk zijn voor antibioticaresistentie. Volgens deze theorie ontsnapte het plasmide uit de cellen en evolueerde het op een zodanige wijze dat het een andere cel kon binnendringen om virussen te produceren.
Een andere theorie suggereert dat virussen zouden kunnen zijn geëvolueerd uit complexere vrij levende organismen, zoals bacteriën, of cellen. Een recente studie heeft aangetoond dat een eiwit genaamd ARC, dat belangrijk is voor het geheugen bij de mens, virusachtige deeltjes kan vormen en RNA tussen cellen kan overbrengen. Misschien zijn soortgelijke oude eiwitten geëvolueerd om van het ene organisme naar het andere te gaan.
En dan was er nog die recente ontdekking van het reusachtige Tupanvirus in een Braziliaans sodameer. Dergelijke meren zijn zeer zout en hebben een hoge pH. Mogelijk bootsen ze de omstandigheden na van watermilieus op aarde miljarden jaren geleden.
Tupanvirus heeft een completere set van eiwitmakende machines dan enig ander bekend virus. In tegenstelling tot andere virussen is het waarschijnlijk niet zo afhankelijk van de cel die het infecteert om zich te vermenigvuldigen. Deze ontdekking heeft opnieuw belangstelling gewekt voor de theorie dat virussen zijn ontstaan uit complexe, vrij levende cellen.
Wat was er eerst?
Beide bovenstaande theorieën gaan ervan uit dat er cellen bestonden vóór de virussen, en dat virussen mogelijk zijn geëvolueerd in de aanwezigheid van cellen.
Maar er is nog een andere hypothese die stelt dat virussen als eerste bestonden, nog vóór cellen. In een prehistorische wereld zouden virussen hebben kunnen bestaan als zichzelf in stand houdende entiteiten, een soort oeroude machines die waarschijnlijk hun genetisch materiaal konden reproduceren. In de loop der tijd kunnen deze prehistorische virussen complexe, georganiseerde structuren hebben gevormd die uiteindelijk zijn geëvolueerd tot celachtige entiteiten.
Vooralsnog zijn dit slechts theorieën. Met de technologie en de middelen waarover we nu beschikken, kunnen we deze theorieën niet met zekerheid testen en de meest plausibele verklaring voor de oorsprong van virussen niet identificeren.
Een alternatieve – maar schijnbaar onmogelijke – strategie zou zijn om virussen in hun primitieve vormen op andere planeten, zoals Mars, te isoleren of te identificeren. Op aarde blijven lijkt een aannemelijker aanpak.
De voortdurende ontdekking van nieuwe virussen, zoals het Tupanvirus of een 30.000 jaar oude verwant van reusachtige DNA-virussen (Pithovirus), kan ons in staat stellen de puzzel van hun oorsprong op te lossen.