§ 75. Віруси й еволюція

Поміркуйте

Який внесок в еволюцію людини зробив вірус віспи?

Згадайте

Регресивна еволюція (дегенерація)

Плазміди

Внутрішньоклітинний ендосимбіоз

Гіпотези походження вірусів

Існує кілька гіпотез виникнення вірусів (мал. 75.1)

1. Гіпотеза регресивної еволюції. Віруси є нащадками стародавніх одноклітинних організмів, будова яких спростилася через паразитичний спосіб життя. Гіпотеза ґрунтується на існуванні складних, великих ДНК-вірусів, геноми яких мають сотні генів (наприклад, вірус віспи, мал. 75.2). Вони могли бути внутрішньоклітинними паразитами і зазнати регресивної (дегенеративної) еволюції.

2. Гіпотеза виникнення з доклітинних форм життя. Віруси є нащадками стародавніх доклітинних форм життя, які перейшли до паразитичного способу існування. Гіпотеза ґрунтується на величезній різноманітності генетичного матеріалу вірусів: у якості нуклеїнових кислот вони мають як ДНК, так і РНК, що можуть бути одно- й дволанцюговими. Вважається, що до виникнення перших клітин як носії спадкової інформації використовувалися різні форми нуклеїнових кислот.

3. Гіпотеза «оскаженілих генів». Віруси — видозмінений генетичний матеріал, що «втік» із клітини. Гіпотеза ґрунтується на схожості вірусів з мобільними генетичними елементами — плазмідами, транспозонами, віроїдами, F-факторами бактерій. Віруси- «втікачі» стали відносно автономними, але певну залежність від клітин зберегли.

Певна річ, кожна з гіпотез має аргументи «за» і «проти». Найімовірніше, що віруси виникали різними шляхами і на різних етапах еволюції, а в подальшому еволюціонували спільно зі своїми клітинами-хазяями.

Мал. 75.1. Три гіпотези походження вірусів

Мал. 75.2. Вірус натуральної віспи має великі розміри і дволанцюгову ДНК

Взаємодія вірус — хазяїн

Віруси взаємодіють з клітинами за класичною схемою паразит — хазяїн. Нові інфекції зазвичай перебігають у важкій формі, нерідко зі смертельним результатом, але в процесі еволюції вони стають більш легкими. З часом види-хазяї набувають імунітету до вірусу. А вірус знижує агресивність, тому що паразиту вигідно не швидко вбивати хазяїна, а тривалий час використовувати його як харчовий ресурс і притулок.

Іноді вірус має двох хазяїв: в одного виду він викликає тяжке захворювання, а іншому не завдає шкоди і «зберігається» в ньому. Наприклад, вірус сказу в природі зберігається в гризунах, віруси енцефаліту переносяться кліщами.

Час від часу віруси змінюють хазяїв. Вважається, що натуральна віспа людини з’явилась у результаті еволюції віспи корів, а еволюція вірусу імунодефіциту зелених мавп призвела до виникнення ВІЛ.

Роль вірусів у виникненні ДНК-геномів

Існує гіпотеза про те, що віруси першими в еволюції використали ДНК для перенесення спадкової інформації. Ця гіпотеза ґрунтується на припущенні, що спочатку всі живі системи використовували тільки РНК для збереження і реалізації спадкової інформації. Найдавніші віруси також були РНК-вмісними. Але згодом вони змінили РНК на ДНК, щоб уникнути дії захисних систем клітин, які знищували молекули вірусної РНК. Відповідно, віруси «розробили» і ферментний апарат для реплікації ДНК. Поступово в усіх живих системах здійснився перехід від РНК- до ДНК-геномів.

Віруси і горизонтальне перенесення генів

В еволюції віруси є важливим «засобом» горизонтального перенесення генів, що забезпечує генетичне різноманіття організмів.

Горизонтальне перенесення генів — процес, за якого генетична інформація передається не від батьків до нащадків, а між неспорідненими організмами, які іноді належать навіть до різних біологічних видів.

Фрагменти ДНК вірусів, які заражували різні клітини, у процесі еволюції вбудовувалися в геноми цих клітин, «одомашнювалися» вищими організмами і починали виконувати корисні функції.

Ці залишки вірусів є суттєвими елементами геномів сучасних організмів. У людини й ссавців вони складають до половини всіх послідовностей ДНК.

Вивчення функцій цих убудованих елементів дозволило встановити деякі дуже корисні «надбання», отримані завдяки вірусам. Вважають, що за допомогою горизонтального перенесення генів сформувалася система адаптивного імунітету у хребетних, виникла плацента у ссавців, у людини розвинулися більші інтелектуальні здібності порівняно з приматами.

Вірусне походження клітинного ядра

Існує думка, що віруси зіграли ключову роль на початкових етапах еволюції, ще до поділу організмів на прокаріотів і еукаріотів. 2001 року була запропонована гіпотеза вірусного походження клітинного ядра, згідно з якою ядро сучасних еукаріотів є давнім вірусом, «осілим» у без’ядерній клітині. У рамках гіпотези запропонована модель еволюції еукаріотів, у якій вірус, схожий із сучасним вірусом віспи, розвинувся в клітинне ядро. Поступово цей вірус став основним сховищем інформації в клітинці, яка зберегла здатність до трансляції генів і життєздатності.

На користь гіпотези свідчить те, що клітинне ядро і віруси мають дуже схожу будову: обидва являють собою хромосоми, укладені у білкову капсулу. У деяких порівняно простих організмах, таких як паразитичні червоні водорості, ядро може проникати з клітини в клітину. Цей процес дуже нагадує вірусне інфікування.

Ключова ідея

Віруси могли виникнути з доклітинних форм життя, стародавніх одноклітинних організмів, будова яких спростилася через паразитичний спосіб життя, або з мобільних генетичних елементів клітин. В еволюції віруси забезпечують горизонтальне перенесення генів, можливо, вони сформували клітинне ядро.

Запитання та завдання

1. Яка з гіпотез походження вірусів здається вам найбільш достовірною? Відповідь аргументуйте. 2. Запропонуйте аргументи «за» чи «проти» кожної з гіпотез походження вірусів. 3. Які особливості будови клітинного ядра роблять його схожим на вірус? 4. Яке значення вірусів в еволюції сучасної людини? Наведіть приклади.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно