Ученые вычислили общего предка всех живых организмов

МОСКВА, 26 июн 2019 РИА Новости, Альфия Еникеева. Вирусы везде - в воздухе, земле и воде, в каждом живом организме. В ДНК практически всех животных обнаружены генетические фрагменты вирусов. Никакие эпидемии не дали бы такого результата, уверены ученые. А значит, вирусы были частью живых существ задолго до того, как те возникли.

Иными словами, именно вирусы положили начало всему живому, и произошло это примерно 3,8 миллиарда лет назад.

Вирус, притворившийся бактерией

В 1992 году международная группа ученых искала возбудителей легионеллеза — инфекционного заболевания, поразившего в то время несколько человек на севере Англии. В пробах воды, которую пили пострадавшие, исследователи обнаружили Legionella pneumophila — наиболее вероятную виновницу вспышки опасной болезни — и неизвестный ранее вид грамположительной бактерии. Однако все попытки культивировать новый микроб, названный Bradfordcoccus, или уточнить его происхождение провалились. Поэтому непонятный образец спрятали в холодильник, где он пролежал почти десять лет.

Только в 2003 году знаменитые французские микробиологи Дидье Рауль и Бернар Ла Скола решили рассмотреть неопознанный объект в микроскоп. К своему удивлению, они увидели не маленькую бактерию, а огромный волосатый икосаэдр. Это был вирус, пусть и непростой. И дело не только в его гигантских размерах. Геном необычного вируса включал 1,2 миллиона пар оснований, что больше, чем ДНК некоторых бактерий, а среди генов были такие, которые участвовали в синтезе белка. А это уже признак живого организма. Получалось, что гигантский паразит на самом деле немного живой.

Несколько лет спустя эти же исследователи в пробах воды, взятых в Париже, обнаружили еще один гигантский вирус — мамавирус, а на нем вирофага, то есть вирус вируса. Уже потом микробиологи со всего мира откроют и другие виды огромных вирусных частиц — мегавирусы, пандоравирусы и питовирусы. И все их можно будет смело считать живыми, ведь в их ДНК были гены, отвечающие за синтез белка.

Вначале были вирусы

Гигантские вирусы никак не вписывались в устоявшиеся представления об этих частицах как неживых паразитирующих машинах, которые для саморепликации используют инструменты клетки-хозяина. В таком случае непонятно, зачем им гены, участвующие в производстве белка, если у них попросту нет самой системы трансляции. Так называют процесс синтеза белка, когда рибосома соединяет аминокислоты в длинную белковую цепь, используя матричную РНК в качестве инструкции по сборке.

Один из первооткрывателей гигантских вирусов Бернар Ла Скола предположил, что древние предки этих частиц могли обладать полной системой трансляции, а значит, их надо выделить в отдельный домен живых организмов, где-то между эукариотами и археями.

Дидье Рауль пошел еще дальше и высказал мнение, что именно гигантские ДНК-содержащие вирусы лучше всего подходят на роль общего предка всего живого — LUCA (last universal common ancestor). Считается, что он обитал на Земле примерно 3,8 миллиарда лет назад. Его окаменелых останков не сохранилось, но изучать его можно, сравнивая геномы всех ныне существующих и уже вымерших живых организмов.

Анализ ДНК предполагаемых потомков LUCA показывает, что он, скорее всего, был еще примитивнее, чем протоорганизмы, давшие начало трем доменам жизни — бактериям, археям и эукариотам.

Вероятно, он уже имел системы синтеза РНК и белка, а также ферменты, служащие для обмена веществ, но его геном мог состоять только из РНК. Более того, вполне возможно, что у общего предка не было клеточной мембраны, ведь ферменты синтеза молекул, из которых она состоит, различаются во всех трех доменах. А если у LUCA не было мембраны, значит, клеткой он не был, а по описанию очень похож на вирус.

Вирусная ДНК

По мнению немецкого вирусолога Карин Мёллинг, гигантские вирусы слишком большие, чтобы быть первыми. «Должно было быть что-то поменьше, гораздо меньше и более примитивное: возможно, комбинация нескольких молекул. Вполне вероятно, что РНК как первая биомолекула легла в основу древа жизни. Первая РНК — уже как бы “голый” вирус, а точнее вироид (инфекционный агент, состоящий только из кольцевой РНК. — Прим. ред.)», — пишет исследовательница в своей книге «Вирусы. Скорее друзья, чем враги».

Вирусы — это мобильные генетические элементы, отмечает Мёллинг. Для репликации им нужна энергия, но необязательно полученная от клетки-хозяина. Подойдет и химическая энергия, а она вырабатывается черными курильщиками — гидротермальными источниками, расположенными на океаническом дне. Именно около них и возникла жизнь.

Сначала появились первые РНК-молекулы, впоследствии эволюционировавшие в рибозимы — молекулы РНК, которые, как было показано в экспериментах, могут самостоятельно реплицироваться и изменяться. Рибозимы были своего рода РНК-вирусами, а их генетическое разнообразие стало решающим фактором для дальнейшей эволюции.

Накопление случайных мутаций привело к появлению РНК, участвующей в синтезе определенных белков, которые были более эффективными катализаторами. Поэтому мутации закреплялись в ходе естественного отбора, а для хранения генетической информации возникли специальные хранилища — ДНК. В пользу этой версии говорит то, что в ретровирусах, эмбриональных и раковых клетках ДНК синтезируется на основе РНК.

По мнению Вячеслава Мордвинова, заведующего лабораторией молекулярных механизмов патологических процессов Института цитологии и генетики СО РАН, Карин Мёллинг с точки зрения здравого смысла, скорее всего, права. Первое нечто, способное к самовоспроизводству, могло иметь характеристики вирусов.

Заведующий лабораторией биотехнологии и вирусологии Новосибирского государственного университета, член-корреспондент РАН, профессор Сергей Нетесов считает иначе:

Вирус по природе своей и по определению паразит. Ему нужен организм-хозяиндля того, чтобы размножиться. Он сам этого делать не умеет. Уже хотя бы поэтому первым организмом должен был быть не вирус, а какая-то очень простая бактерия или архея. На предположение Карин Мёллинг, что эволюция вирусов шла по пути упрощения и когда-то эти частицы вполне могли существовать вне клеток, российский молекулярный биолог ответил: «Но тогда эти древние “частицы” не стоит отождествлять с нынешними вирусами, хотя деградационная теория возникновения хотя бы некоторых вирусов имеет право на существование. Как уже было сказано, исходно первыми живыми организмами должны были быть очень просто устроенные бактерии или археи, то есть не паразиты, какими сейчас являются вирусы. А в целом насчет периода возникновения жизни та же ситуация, что и с сотворением Вселенной: сам начальный “момент” и особенно причины его развития нам во многом пока неясны. Можно только предполагать, как все было, и поэтому гипотез и теорий на эту тему много… Хотя сейчас мы, конечно, больше знаем об эволюции жизни, чем еще 50 лет назад»