Вирусы и эволюция
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/437377/Virusy_i_evolyutsiyaИнтервью Бориса Штерна с Евгением Куниным
Небольшая цитата из интервью:
Определение более твердое можно сформулировать примерно так: вирусы — это облигатные внутриклеточные паразиты, обладающие геномами, которые кодируют как минимум структурный белок вирусных частиц.
Далее нужно понимать два момента. В первую очередь следует обратить внимание на то, что вирусы абсолютно вездесущи. Я бы сказал, что они вездесущие не только, так сказать, эмпирически, по факту, но и теоретически, поскольку паразиты непременно возникают в каждой реплицирующейся системе. Это абсолютно неизбежно. И вообще, я бы сказал, что этo — исключительно общий закон, который не ограничен биологией и обосновывается в теории игр. То есть те акторы, которые называются cheaters — обманщики, жулики, шулеры, — возникают совершенно детерминистским образом в любой системе, где есть какой-то ресурс, который можно украсть. В случае репликаторов это система репликации, система синтеза нуклеиновой кислоты и белка. Поскольку всё это можно украсть*, то обязательно возникают паразиты, которые это дело и воруют, а не производят.
— Теперь вопрос: откуда они взялись? Это какой-то неожиданный продукт, который произвели клетки себе на беду, или всё это возникло раньше клеток, независимо от этих паразитов?
— Из сказанного выше следует совершенно непреложный вывод, который состоит в том, что генетические паразиты (заметьте, я сейчас не говорю о вирусах, я уточню это) — т. е. нуклеиновые кислоты, которые представляют собой геномы, но кодируют не всё, что нужно для их репликации, воруя часть из этого, возникли вместе с первыми репликаторами. А это, как говорится, лишь один, простой вопрос. Второй, уже трудный: где и как возникли первые репликаторы? Разумеется, это произошло до клеток в полном современном понимании. Вот это всё, что есть в современных клетках, — большие геномы, состоящие из двухцепочечной ДНК, тысячи белков, многочисленные рибосомы, всё такое — не могло возникнуть, так сказать, одним скачком и сначала было что-то существенно более простое. И, в общем, для нашей темы сейчас не принципиально, как это что-то существенно более простое было устроено.
Я сильно подозреваю, что липидные пузырьки с самого начала имели большое значение. Это были как бы протоклетки. В начале жизни совершенно необходима была компартментализация, как говорится, — пространственное ограничение. Как это происходило в точности, наверное, для нашей темы сейчас даже и не важно. Было, несомненно, что-то, что можно назвать в широком смысле протоклетками, и внутри** них возникли первые репликаторы. Как только возникли первые репликаторы, они разделились на два класса: автономные репликаторы, которые заботятся о своей репликации сами, и паразиты, которые о ней не заботятся, а воруют. Как говорится, опять-таки, в теории игр — cooperators and defectors, кто-то сотрудничает, а кто-то предает. Так что, несомненно, генетические паразиты возникли до современных клеток.
P.S. Несколько замечаний.
* – Паразиты (паразитические процессы, паразитические явления, наводки там всякие и пр.) возникают не из-за того, что что-то можно украсть, а потому, что это абсолютно естественные сопутствующие явления и процессы, возникающие как наведённые (вторичные, производные, индуктивные) вокруг/около основных явлений и процессов в практически любой среде. Кроме того,
живая система (и её основа – внутренняя «закольцовка») и сама «паразитирует» на внешних «закольцовках» – на круговоротах вещества и энергии в среде её обитания. Но это вовсе не означает, что живая система что-то там украла – не очень корректно использовать социальную терминологию для естественных физико-химических явлений.
Мало того, живые системы изначально и возникали в местах пересечения (и, соответственно, взаимодействия) таковых круговоротов. И в то время живые системы своего практически ничего не имели, всё («привод» метаболизма, «машинерия» по синтезу и репликации и т.д. и т.п.) было чужим (взятым в аренду у среды, так сказать), а сами живые системы обладали крайне ограниченной автономностью и практически полностью зависели от малейшего «пука» среды. То есть, в те времена живые системы были наведёнными/зависимыми процессами, происходящими в среде.
** – Сомневаюсь, что первые репликаторы возникли именно в протоклетках – они возникли вне протоклеток, а потом были перемещены в «дырявые» пузырьки.
Конечно, компартментализация важна, но маловероятно, что репликаторы (и прочая внутриклеточная «машинерия») возникли именно в пузырьках с условно герметичной мембраной/оболочкой (да и обмен с внешней средой нужен, чему мембрана/оболочка липидных пузырьков сильно препятствует). Вероятность того, что в каком-то пузырьке случайно соберётся весь необходимый набор «машинерии» для репликации, очень мала. Вероятность собраться выше в большом массиве пузырьков, но для нормального функционирования пузырьки должны быть «дырявыми».
Гораздо выше вероятность, что такой набор (среди множества подобных) возникнет в пруду (там и мест для компартментализации хватает – трещины, капилляры в породах дна и стенок прудов), и первичных (ещё неорганических – поверхностей апатитов там всяких) матриц для синтеза реплик тоже достаточно. Замыкание «закольцовки» (
гиперцикла сложных химических реакций, продукты реакций последнего этапа которого являются реагентами для первого этапа реакций) также более вероятно в условиях свободного обмена вещества и энергии – то есть, в жидком содержимом пруда.
Другое дело, что самые первые варианты «закольцовок» были «сырыми и кривыми» (ну, что «закольцевалось», то и получилось). И протоплазменная форма жизни тоже прошла свою порцию ЕО на устойчивость, универсальность, автономность, воспроизводимость/репликативность. Занос частей/этапов гиперциклов и элементов «машинерии» в массивы «дырявых» пузырьков происходил постоянно, но внутренняя «закольцовка» в пенном массиве возникала не всегда. А вот когда «закольцовка» возникла, тогда и начался отсчёт в эволюции уже протоклеточной формы жизни.
Поэтому, скорее всего, возникла «машинерия» вне протоклеток, а в протоклетки она была занесена через «дыры» в мембранах/оболочках пузырьков.
Кроме того, важно то, что протоклеточная форма жизни изначально сформировалась в виде протоколонии. Почему? Потому, что:
– Во-первых, вероятность собраться полному набору «машинерии» в массиве «дырявых» пузырьков гораздо выше, нежели собраться в одном изолированном «дырявом» пузырьке.
– А, во-вторых, вся эта неоптимизированная «машинерия» попросту не влезет в один пузырёк.
И эволюционировала протоклеточная форма жизни тоже в виде протоколоний (в результате чего, например, «машинерия» была настолько оптимизирована, что смогла уместиться в одной протоклетке, которую с этого момента следует называть уже клеткой).
Сообщения
Интересные новости и факт...
от ArefievPV