Ученые вычислили общего предка всех живых организмов

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.

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.

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.

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.

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.