Wirusy takie jak Ebola, grypa i Zika trafiają na pierwsze strony gazet. Przykuwają naszą uwagę swoim potencjałem do wywoływania powszechnych chorób i śmierci.
Ale skąd wzięły się te wirusy?
Wirusy, w przeciwieństwie do bakterii, nie są żywymi organizmami – nie potrafią same się rozmnażać. Zamiast tego porywają komórki, aby się rozmnażać, rozprzestrzeniać i wywoływać choroby.
Ale co, jeśli nie zawsze tak było?
Naukowcy badający tak zwanego gigantycznego wirusa zwanego Tupanwirusem (nazwa pochodzi od południowoamerykańskiego boga gromu Guarani) odkryli, że w przeciwieństwie do wirusów, z którymi spotykamy się dzisiaj, posiadał on niemal kompletną maszynerię do dbania o siebie.
To ostatnie odkrycie podsyciło debatę na temat pochodzenia wirusów.
Mrożone wirusy
Nie istnieje fizyczny zapis kopalny wirusów, tak jak w przypadku dinozaurów.
Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy wykrywają wirusy i badają ich pochodzenie, jest poszukiwanie ich materiału genetycznego – cząsteczek DNA lub RNA – w tkankach zwierzęcych i glebie.
Nawet jeśli filmy mogą kazać ci wierzyć, że jest inaczej, wirusowy materiał genetyczny nigdy nie został wykryty w skamieniałych liściach roślin lub w owadach uwięzionych w bursztynie.
Jednakże niektóre starożytne wirusy zostały wykryte w wiecznej zmarzlinie na Syberii i są nadzieje na odkrycie kolejnych, ponieważ globalne ocieplenie powoduje rozmrażanie ziemi, która była zamrożona przez tysiące lat. Do tego czasu nasza zdolność do precyzyjnej rekonstrukcji pochodzenia wirusów pozostaje ograniczona.
Ewolucja wirusów
Wirusy to mikroskopijne organizmy, które do rozmnażania wymagają żywej komórki, często nazywanej gospodarzem. W większości składają się one z materiału genetycznego (DNA lub RNA) owiniętego w płaszcz białkowy.
Te sekwencje DNA i RNA mogą się z czasem zmieniać, kumulując modyfikacje kodu genetycznego, które sprzyjają przetrwaniu wirusa. Naukowcy mogą spojrzeć na te sekwencje genetyczne, aby oszacować, jak różne wirusy są spokrewnione i jak mogły ewoluować.
Badania te pokazały nam, że wirusy nie mają jednego pochodzenia; to znaczy, że nie wszystkie powstały z jednego wirusa, który zmienił się i wyewoluował we wszystkie wirusy, jakie znamy dzisiaj. Wirusy prawdopodobnie mają wiele niezależnych początków, prawie na pewno w różnym czasie.
Jednym z założeń naukowców podczas rozważania pochodzenia wirusów jest to, że każdy z nich współewoluował ze swoim gospodarzem. Na przykład wirus opryszczki, który infekuje ludzi, ewoluuje w czasie, dostosowując się tak, że nadal będzie zachowywał zdolność do infekowania ludzkich komórek.
Jeśli uznamy, że wszystkie formy życia na Ziemi zaczęły się w oceanie, to rozsądnie jest sądzić, że wirusy ewoluowały wraz ze swoimi gospodarzami w morzach. Gdy te stworzenia przeniosły się na ląd i ewoluowały, wirusy również ewoluowały i zyskały zdolność do infekowania organizmów lądowych.
Na początku tego roku naukowcy odkryli dowody na to, że niektóre wirusy mogą mieć miliony lat i istniały od czasów, gdy istniały pierwsze kręgowce. Ale to nie wyjaśnia pochodzenia wirusów jako takich.
Origin stories
Jedna z teorii zakłada, że wirusy powstały z kolistego DNA (zwanego również plazmidem), który może się niezależnie replikować i przemieszczać między komórkami, przenosząc informację genetyczną z jednego organizmu do drugiego. Na przykład, niektóre plazmidy przenoszą geny odpowiedzialne za odporność na antybiotyki. Zgodnie z tą teorią plazmid wydostał się z komórek i ewoluował w sposób, który umożliwił mu wejście do innej komórki w celu wytworzenia wirusów.
Inna teoria sugeruje, że wirusy mogły wyewoluować z bardziej złożonych organizmów wolno żyjących, takich jak bakterie lub komórki. Ostatnie badania wykazały, że białko o nazwie ARC, które jest ważne dla pamięci u ludzi, może tworzyć cząstki podobne do wirusów i przenosić RNA między komórkami. Być może podobne starożytne białka ewoluowały, by przenosić się z jednego organizmu do drugiego.
I wtedy było to ostatnie odkrycie gigantycznego wirusa Tupanvirus w brazylijskim jeziorze sodowym. Jeziora takie jak to są bardzo słone i mają wysokie pH. Mogą one naśladować warunki środowisk wodnych na Ziemi miliardy lat temu.
Tupanvirus ma bardziej kompletny zestaw mechanizmów tworzenia białek niż jakikolwiek inny znany wirus. W przeciwieństwie do innych wirusów, prawdopodobnie nie jest tak zależny od komórki, którą infekuje, aby się replikować. Odkrycie to ponownie wzbudziło zainteresowanie teorią, że wirusy powstały ze złożonych, wolno żyjących komórek.
Która z nich była pierwsza?
Obydwie powyższe teorie zakładają, że komórki istniały przed wirusami i że wirusy potencjalnie ewoluowały w obecności komórek.
Ale istnieje jeszcze jedna hipoteza, która proponuje, że wirusy istniały najpierw, nawet przed komórkami. W prehistorycznym świecie wirusy mogły istnieć jako samowystarczalne jednostki, rodzaj starożytnej maszyny, która prawdopodobnie mogła reprodukować swój materiał genetyczny. Z czasem te prehistoryczne wirusy mogły tworzyć złożone, zorganizowane struktury, które ostatecznie ewoluowały w jednostki podobne do komórek.
Jak na razie są to tylko teorie. Technologia i zasoby, którymi dziś dysponujemy, nie pozwalają na pewne przetestowanie tych teorii i określenie najbardziej prawdopodobnego wyjaśnienia pochodzenia wirusów.
Alternatywną – choć pozornie niemożliwą – strategią byłoby wyizolowanie lub zidentyfikowanie wirusów w ich prymitywnych formach na innych planetach, takich jak Mars. Pozostanie na Ziemi wydaje się bardziej wiarygodnym podejściem.
Ciągłe odkrywanie nowych wirusów, takich jak Tupanvirus czy liczący sobie 30 000 lat krewny gigantycznych wirusów DNA (Pithovirus), może pozwolić nam poskładać w całość zagadkę ich pochodzenia.