![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
donmigel_62Астровирусология: рождение новой дисциплины?
Мы ищем жизнь на других планетах, но какая жизнь без вирусов?
В «Войне миров» Герберта Уэллса марсианские захватчики были повержены бойцом, которого ни одна сторона не брала в расчёт, — обыкновенной простудой. Может ли произойти нечто подобное с космонавтами, которые высадятся на Марсе? Что если первой формой инопланетной жизни, с которой столкнётся человек, окажутся вирусы? Этими вопросами в журнале Astrobiology задаётся Дейл Гриффин.
Биологи не считают вирусы живыми существами. Они меньше бактерий (сравните: 20–300 нм и 500–1 500 нм) и не могут самовоспроизводиться: для этого им надо вторгнуться в клетку и воспользоваться её генетическим инструментарием. Тем не менее именно вирусы правят миром. Ипохондрики, наверное, содрогнутся от того, что на Земле прямо сейчас находится 10 миллионов триллионов триллионов вирусов, и каждый десятый обитает в Мировом океане. Поскольку их репликация полностью зависит от клеточной жизни, нет ничего удивительного в том, что всюду, где есть клетки, вы найдёте и вирусы.
Вирусы могут выживать и в очень горячей воде. (Большой призматический источник в Йеллоустонском национальном парке. Фото David Monniaux.)
Биологи не считают вирусы живыми существами. Они меньше бактерий (сравните: 20–300 нм и 500–1 500 нм) и не могут самовоспроизводиться: для этого им надо вторгнуться в клетку и воспользоваться её генетическим инструментарием. Тем не менее именно вирусы правят миром. Ипохондрики, наверное, содрогнутся от того, что на Земле прямо сейчас находится 10 миллионов триллионов триллионов вирусов, и каждый десятый обитает в Мировом океане. Поскольку их репликация полностью зависит от клеточной жизни, нет ничего удивительного в том, что всюду, где есть клетки, вы найдёте и вирусы.
Г-н Гриффин, микробиолог из Геологической службы США, полагает, что аналогичная ситуация встретит нас и на других обитаемых планетах: «Мне кажется, эволюция клеточной жизни на другой планете будет протекать так же, как на Земле. А рядом с клетками будут и вирусы — в умопомрачительном количестве».
Он замечает, что астробиологи пока не очень дружат с этой мыслью. Отчасти это связано с тем, что в последнее время специалисты занимаются только теми вирусами, которые вызывают болезни людей и животных. Оно и понятно, ведь изучать вирусы — дело нелёгкое.
«Только совсем недавно у микробиологов появился молекулярный инструментарий, который позволил определить численность и степень разнообразия вирусов на Земле», — говорит г-н Гриффин. Проблема ещё и в том, что земные вирусы в большинстве случаев превратились в симбионтов своих хозяев — вот почему, например, человек не может заразиться простудой от собаки и наоборот. Поэтому для детального изучения вирусов надо вырастить в лаборатории клетку-хозяина (обычно в этой роли выступает бактерия), но хозяин (хозяева) многих вирусов до сих пор неизвестен (неизвестны). В результате изучение вирусов на Земле идёт медленно. Признаёт это и Крис Импи из Аризонского университета (США), написавший несколько книг по астробиологии: «Поскольку большинство видов бактерий вырастить трудно, мы по-прежнему не имеем представления обо всём комплексе симбиотических отношений между бактериями и вирусами».
Но времена меняются, и г-н Гриффин полагает, что пора подумать о внеземных вирусах. Биолог Кеннет Стедман из Портлендского университета (США) готов поддержать коллегу. «Вирусы, и это очевидно, сильно влияют на земную жизнь, — подчёркивает он. — Остаётся открытым вопрос о том, насколько важны вирусы для жизни, но, определённо, жизнь на Земле без них была бы совсем другой. Я удивлюсь, если найдут жизнь без вирусов, это будет очень интересный поворот».
По мнению г-на Гриффина, вопрос не в том, будут ли существовать вирусы там, где существует жизнь (конечно, мы обнаружим жизнь задолго до сопутствующих ей вирусов). Мы можем найти вирусы на начальном и заключительном этапах эволюции жизни на планете.
Неизвестно, когда вирусы появились на Земле, но можно с уверенностью ставить на то, что они возникли в глубокой древности. Возможно, именно они подтолкнули эволюцию к созданию клеток. Вторгаясь в клетку, вирус распаковывает собственный генетический материал, который пытается пристроить к клеточному геному. Если репликация прошла успешно, благодарный вирус, закуривая, захватывает немного генетической информации и переносит его из клетки в клетку, из организма в организм. Обмен генами движет эволюцией.
Конечно, вирусы наносят вред, но не только. Например, если клетка повреждена ультрафиолетовым излучением, вирус, обладающий генами устойчивости к ультрафиолету, может передать их клетке, и она попытается залечить раны. И наоборот, повреждённые вирусы могут восстановить способность к репликации, если клетку наводнили многочисленные вирусы, которые благодаря этому получили возможность обменяться генетической информацией и тем самым произвести на свет полный вирусный геном.
В итоге вирусы чрезвычайно выносливы. «Они стойкие, хорошо адаптируются к новым условиям и способны долго пробыть в спячке до лучших времён», — поясняет г-н Импи. Хотя вне клетки-хозяина вирусы инертны, они могут выжить в экстремальных условиях, и тому множество примеров. Скажем, вирусы были найдены в воде горячих источников Йеллоустонского национального парка в США при температуре 93 °C. В то же время они выживают в очень солёной морской воде при температуре -12 °C, а вирус гриппа хранят в лабораториях при -70 °C, и он не жалуется. При отсутствии клетки вода не обязательна: вирусы просто остаются неактивными, и если их не разрушит, например, радиация, они спокойно дождутся попадания в клетку.
Представим себе планету, на которой жизнь давно исчезла. Не будем далеко ходить, возьмём Марс. Хотя ещё не доказано, что там существовала жизнь в тот гипотетический период, когда наш сосед был тёплым и влажным, мы будем исходить из предположения о том, что примитивные микроорганизмы успели появиться на свет и что им сопутствовали вирусы. На Земле большинство вирусов специфичны по отношению к хозяину, и г-н Гриффин утверждает, что на других планетах будет то же самое. Но потом марсианская жизнь вымерла (или почти вымерла), и перед вирусами встала серьёзная проблема. Если они будут оставаться столь же специфичными, то исчезнут вместе со своими хозяевами. Если же смогут приобрести способность внедряться в первую попавшуюся клетку и обмениваться с ней генетической информацией, то выживут.
Поэтому вполне возможно, что на Марсе (если там вообще что-то ещё осталось) нас ждут вот такие универсальные солдаты, которые представляют собой серьёзную биологическую опасность. Наверное, отправляя туда аппаратуру для поиска жизни, нужно научить её обнаруживать также и вирусы.
Г-н Гриффин имеет пару идей насчёт того, как это можно сделать. Есть концентраторы на базе микроэлектромеханических систем, которые используются в хроматографии и спектроскопии. Им помогут микроскопические сепараторы, нуклеиновые секвенаторы и микроскопы. Берите образец грунта и ищите в нём образования, похожие на вирусы. Заодно мы обнаружим клетки, расшифруем участки ДНК и РНК (или что там у них) и поймём, насколько они похожи на земные аналоги.
Есть по крайней мере ещё одно место в Солнечной системе, где вирусы станут такими же; надо только подождать. Примерно через пару миллиардов лет яркость Солнца увеличится, Земля нагреется, растения высохнут и умрут, океаны выкипят, жизнь исчезнет. Одни только вирусы никуда не денутся. В условиях нехватки клеточного материала они научатся любить ближнего и будут обмениваться генами с кем попало. Альтруизм — вот на какой ноте завершится песнь жизни, когда Солнце станет настолько горячим, что не выдержат даже вирусы. Унисон вирусов и клеток — этим начинается и заканчивается эволюция, хотя между этими стадиями проходят миллиарды лет страшной конкуренции.
«Изучение вирусов и впрямь способно произвести революцию в астробиологии, — поддерживает коллегу г-н Импи. — Работа Гриффина могла бы стать хорошей отправной точкой».
Подготовлено по материалам Astrobiology Magazine.
«Только совсем недавно у микробиологов появился молекулярный инструментарий, который позволил определить численность и степень разнообразия вирусов на Земле», — говорит г-н Гриффин. Проблема ещё и в том, что земные вирусы в большинстве случаев превратились в симбионтов своих хозяев — вот почему, например, человек не может заразиться простудой от собаки и наоборот. Поэтому для детального изучения вирусов надо вырастить в лаборатории клетку-хозяина (обычно в этой роли выступает бактерия), но хозяин (хозяева) многих вирусов до сих пор неизвестен (неизвестны). В результате изучение вирусов на Земле идёт медленно. Признаёт это и Крис Импи из Аризонского университета (США), написавший несколько книг по астробиологии: «Поскольку большинство видов бактерий вырастить трудно, мы по-прежнему не имеем представления обо всём комплексе симбиотических отношений между бактериями и вирусами».
Но времена меняются, и г-н Гриффин полагает, что пора подумать о внеземных вирусах. Биолог Кеннет Стедман из Портлендского университета (США) готов поддержать коллегу. «Вирусы, и это очевидно, сильно влияют на земную жизнь, — подчёркивает он. — Остаётся открытым вопрос о том, насколько важны вирусы для жизни, но, определённо, жизнь на Земле без них была бы совсем другой. Я удивлюсь, если найдут жизнь без вирусов, это будет очень интересный поворот».
По мнению г-на Гриффина, вопрос не в том, будут ли существовать вирусы там, где существует жизнь (конечно, мы обнаружим жизнь задолго до сопутствующих ей вирусов). Мы можем найти вирусы на начальном и заключительном этапах эволюции жизни на планете.
Земля через два миллиарда лет (иллюстрация Detlev Van Ravenswaay / SPL).
Неизвестно, когда вирусы появились на Земле, но можно с уверенностью ставить на то, что они возникли в глубокой древности. Возможно, именно они подтолкнули эволюцию к созданию клеток. Вторгаясь в клетку, вирус распаковывает собственный генетический материал, который пытается пристроить к клеточному геному. Если репликация прошла успешно, благодарный вирус, закуривая, захватывает немного генетической информации и переносит его из клетки в клетку, из организма в организм. Обмен генами движет эволюцией.
Конечно, вирусы наносят вред, но не только. Например, если клетка повреждена ультрафиолетовым излучением, вирус, обладающий генами устойчивости к ультрафиолету, может передать их клетке, и она попытается залечить раны. И наоборот, повреждённые вирусы могут восстановить способность к репликации, если клетку наводнили многочисленные вирусы, которые благодаря этому получили возможность обменяться генетической информацией и тем самым произвести на свет полный вирусный геном.
В итоге вирусы чрезвычайно выносливы. «Они стойкие, хорошо адаптируются к новым условиям и способны долго пробыть в спячке до лучших времён», — поясняет г-н Импи. Хотя вне клетки-хозяина вирусы инертны, они могут выжить в экстремальных условиях, и тому множество примеров. Скажем, вирусы были найдены в воде горячих источников Йеллоустонского национального парка в США при температуре 93 °C. В то же время они выживают в очень солёной морской воде при температуре -12 °C, а вирус гриппа хранят в лабораториях при -70 °C, и он не жалуется. При отсутствии клетки вода не обязательна: вирусы просто остаются неактивными, и если их не разрушит, например, радиация, они спокойно дождутся попадания в клетку.
Представим себе планету, на которой жизнь давно исчезла. Не будем далеко ходить, возьмём Марс. Хотя ещё не доказано, что там существовала жизнь в тот гипотетический период, когда наш сосед был тёплым и влажным, мы будем исходить из предположения о том, что примитивные микроорганизмы успели появиться на свет и что им сопутствовали вирусы. На Земле большинство вирусов специфичны по отношению к хозяину, и г-н Гриффин утверждает, что на других планетах будет то же самое. Но потом марсианская жизнь вымерла (или почти вымерла), и перед вирусами встала серьёзная проблема. Если они будут оставаться столь же специфичными, то исчезнут вместе со своими хозяевами. Если же смогут приобрести способность внедряться в первую попавшуюся клетку и обмениваться с ней генетической информацией, то выживут.
Поэтому вполне возможно, что на Марсе (если там вообще что-то ещё осталось) нас ждут вот такие универсальные солдаты, которые представляют собой серьёзную биологическую опасность. Наверное, отправляя туда аппаратуру для поиска жизни, нужно научить её обнаруживать также и вирусы.
Г-н Гриффин имеет пару идей насчёт того, как это можно сделать. Есть концентраторы на базе микроэлектромеханических систем, которые используются в хроматографии и спектроскопии. Им помогут микроскопические сепараторы, нуклеиновые секвенаторы и микроскопы. Берите образец грунта и ищите в нём образования, похожие на вирусы. Заодно мы обнаружим клетки, расшифруем участки ДНК и РНК (или что там у них) и поймём, насколько они похожи на земные аналоги.
Есть по крайней мере ещё одно место в Солнечной системе, где вирусы станут такими же; надо только подождать. Примерно через пару миллиардов лет яркость Солнца увеличится, Земля нагреется, растения высохнут и умрут, океаны выкипят, жизнь исчезнет. Одни только вирусы никуда не денутся. В условиях нехватки клеточного материала они научатся любить ближнего и будут обмениваться генами с кем попало. Альтруизм — вот на какой ноте завершится песнь жизни, когда Солнце станет настолько горячим, что не выдержат даже вирусы. Унисон вирусов и клеток — этим начинается и заканчивается эволюция, хотя между этими стадиями проходят миллиарды лет страшной конкуренции.
«Изучение вирусов и впрямь способно произвести революцию в астробиологии, — поддерживает коллегу г-н Импи. — Работа Гриффина могла бы стать хорошей отправной точкой».
Подготовлено по материалам Astrobiology Magazine.
Дмитрий Целиков