Ekstrēmās dzīvības formas
Publicēts: 9.04.2003
50 gadus atpakaļ, 1953. gadā, Frensis Kirks un Džeims Vatsons publicēja rakstu žurnālā Nature. Tā nosaukums bija „Nukleīnskābju molekulārā struktūra: Dezoksiribonukleīnskābes struktūra”. Koncentrētajā aprakstā viņi bija uzzīmējuši pirmo DNS dubultspirāli. Tikai dažus gadus agrāk Vatsons bija ieguvis doktora grādu Indiānas universitātē, strādājot pie dažiem ievērojamiem vīrusiem, sauktiem par fāgiem, kas inficē baktērijas. Tai laikā bija radusies liela interese par to kā vīrusi darbojas un vai tie ir dzīvi.
Robeža starp dzīvo un nedzīvo, vai tā būtu molekulāra vai bioloģiska, kļuva neskaidrāka un grūti nosakāma.
Tai pašā gadā, divi Čikāgas universitātes zinātnieki – Stenlijs Millers un Harolds Urejs, nodemonstrēja, ka 13 no 21 aminoskābēm iespējams sintezēt stikla kolbā. Ievietodami ūdeni slāpekļa vidē un izlādēdami elektrību mazu zibeņu formā, viņi parādīja, ka tādejādi iespējams iegūt dažus vienkāršākos bioloģiskos „ķieģelīšus”. Pamazām dzīvības veidošanās meklējumi sasniedza tīri molekulāru līmeni, kā Darvins jau iepriekš bija paredzējis un aprakstījis kā savu klasisko „silto organiskās zupas dīķīti”: (..) mazs silts dīķis, kurā iekšā ir slāpekļa un fosfora savienojumi, gaisma, siltums, elektrība utt.
Jautājums „kā molekula pārtapa organismā” joprojām ir lielākā mistērija bioloģijā. To atrisinot cilvēks iegūtu ne tikai atbildi uz dilemmu, vai Vatsona pētītie vīrusi ir patiesi „dzīvi” vai tikai sarežģītas, bet nedzīvas molekulas. Tādejādi būtu iespējams izzināt dzīvības rašanos arī ārpus Zemes robežām.
Dzīvības variācijas
Vīrusi ir mazākās un vienkāršākās dzīvības formas uz Zemes. Viņi nevar vairoties bez nesēja (saimnieka). Neviens vīruss nevar vairoties ārpus citām šūnām. Tam nepieciešams laupīt, lai izdzīvotu – īsts parazīts.
Vīrusam līdzīgas daļiņas tika izolētas no karstajiem avotiem Jeloustounas nacionālajā parkā.
Viņi ir mazākie no visiem kandidātiem, kurus varētu definēt kā Zemes dzīvās būtnes, ja, protams, tie vispār ir dzīvi, attiecīgi, ja tiem piemīt visas metaboliskiem organismiem raksturīgas īpašības – paši spēj vairoties, baroties un tad nomirt.
Aptuveni 1700 gadā, kad dāņu optiķis Antonijs van Lēvenhuks pirmo reizi pavērsa tā laika labāko mikroskopu uz „lietus ūdens peļķi”, viņš atrada daudz „niecīgus dzīvnieciņus”. Viņš rakstīja: „Viņi visi izskatījās dzīvi. Bet neapšaubāmi, ka to bija tik daudz, ka vajadzētu dažus tūkstošus miljonu šo niecīgo radījumu, lai izveidotu vienu rupju smilšu graudu.”
Atšķirībā no „dzīvnieciņiem”, ko pirmo reizi redzēja Lēvenhuks, vīrusi nav šūnas, bet tiem šūnas ir nepieciešamas. Vīrusi ir tikai nukleīnskābju agregāts, kuru ieskauj olbaltumvielu apvalks (kapsīda). Sasaldētā stāvoklī, tie parasti veido augsti organizētas kristāliskās struktūras. Saldētā stāvoklī virusi var „snaust” un būt inerti gadiem ilgi. Bet sajūta, ka šādi virusi ir neaktīvi un inerti, ir mānīga. Tiklīdz kā tie saskaras ar piemērotu saimnieka šūnu, viena vīrusa nukleīnskābe sev atražo simtiem un tūkstošiem kopiju.
Kā vairošanās mašīna, tipisks vīruss var pārspēt ražošanā saimnieka šūnu 100 reizes.
Bet joprojām aktuāls paliek jautājums vai šī „spēja vairoties” ir svarīgs priekšnoteikums dzīvības definēšanai. 1944. gadā, kad slavenais fiziķis Ervins Šrēdingers publicēja grāmatu „kas ir dzīvība?”, viņš kā centrālo problēmu izvirzīja to, ka dzīvības formām sevi ir jāatražo, lai izdzīvotu. Šāda „vajadzība pēc pēcnācējiem” pirmajā mirklī izskatās kā izaicinājums, ja runājam par vīrusiem – tik vienkāršām un komplicētām struktūrām.
Piemēram, lūkojoties uz dzīvību ar datora „acīm”, visvienkāršāko vīrusu gredzenveida hromosoma (viroīdi) aizņemtu 240 bitus. Pretstatā šai vienkāršībai, kas ir 10 miljons reižu mazāk kompleksa kā cilvēka informācijas pamati (3 miljardi bitu). Uzrakstītas kā lineāras secības, katru elementu attēlojot kā viena burta saīsinājumu, vienkārša vīrusa nukleotīdu secība aizņemtu vienu A4 izmēra lapu, bet cilvēka kods – 500 tūkstošus lapu.
Cīņu un atklājumu gadsimts
Vārds vīruss latīņu valodā nozīmē „inde”. Vispasaules pneimonijas uzliesmojumu (SARS) izraisītājs vai Āfrikas izcelsmes HIV epidēmijas vīruss ir pēdējie piemēri tam, kā vīrusi spēj iznīcināt veselas civilizācijas. Viens no iezīmīgākajiem momentiem bija, kad Eiropieši pirmo reizi saskārās ar Amerikas indiāņiem. Baku epidēmija masveidā iznīcināja indiāņus 1520ajos gados. Pēdējā gadsimta laikā 1918. gada A gripas pandēmija aizrāva sev līdzi 20 – 40 miljons dzīvību. Šodien, jau vīrusu izraisīto slimību nosaukumi vien izraisa reakciju: trakumsērga, poliomielīts, bakas, masalas, gripa, herpes, hepatīts un AIDS.
Patlaban ir atklāti aptuveni 3500 dažādu vīrusu.
Aiz visiem šiem svarīgajiem jautājumiem par dzīvību atrodas milzīgs zinātniskais darbs, kas dažos gadījumos dod cerību uz jaunām vakcīnām. Piemēram, globāla baku izskaušana (kopš 1977. gada oktobra, pēc vairāk nekā 2000 gadu ilga posta). Šie pētījumi var sniegt atbildes arī cīņā ar divdesmitā gadsimta lielāko slepkavu – vēzi.
Kā tas strādā
Pamatā vīrusa modus operandi ir šāds – pārņemt cita organisma šūnas mašinēriju. Tādejādi vīruss ir savu likteni cieši sasaistījis ar citu sugu iekšējo (ne ārējo) ekosistēmu. Vēl jo vairāk, mazam vīrusam (0.045 mikroni jeb 45 miljardā daļa no metra) ir jānolaupa liels gabals no saimnieka šūnas DNS. Ja salīdzina izmērus, tad saimnieka šūnas DNS varētu tūkstošiem reižu aptīt ap vīrusu. Tā izdzīvošana ir atkarīga no saimnieka DNS aptīšanas ap ārējo apvalku. Tādejādi vīruss ir kā mazā pelīte, kas nobiedēja lielo ziloni.
Tieši DNS sapakošanas mehānisma straujā evolūcija nodrošina šīs viltīgās infekcijas veiksmīgu izplatību, vēl jo vairāk, kad vīrusa ārējais apvalks arvien vairāk sāk līdzināties pašas šūnas sastāvam, nekā paša vīrusa proteīnu kodolam. Šīs no iekšienes uz āru vērstās izmaiņas palīdz izskaidrot kā vīruss spēj valdīt gan pār augiem, gan dzīvniekiem.
Vīrusiem, bez ātrās evolūcijas un mutācijas ir vēl kāds kritērijs, kura dēļ tos varētu saukt par „dzīviem”. Atšķirībā no citiem dzīviem organismiem, ģenētiskie kodi var tikt pārnesti un glabāti kā RNS nevis DNS. Lai gan polio un rino (saaukstēšanos izraisošie) vīrusi nespēj augt un vairoties bez saimnieka šūnas, tie savu svarīgāko informāciju glabā RNS struktūrās.
Kopš brīža, kad tika izolēts pirmais vīruss (1982. gadā to izdarīja krievu zinātnieks Dmitrijs Ivanovskis), ir radušies un atbildēti daudzi jautājumi par to ceļošanu un dzīves ciklu. Kā vīrusi pārnēsājas no viena saimnieka uz citu? Kā saimnieka imūnā sistēma reģistrē vīrusu vairošanos? Un arī daudz vienkāršāki jautājumi – kā vīrusi izskatās? Starp divām lielākajām vīrusu klasēm, sastopami vai nu nūjveidīgi, vai apaļi (ikozahedroni). Līdzīgi kā futbolbumba, ikozahedrons ir veidots no 5 vai 6 stūru skaldnēm (pentamēri vai heksamēri). Šāda izskata ārējais apvalks atgādina ražošanas iestādi. Vēl tikai nedaudzi dzīvie organismi raksturojas ar līdzīgu struktūras regularitāti kā vīrusa kapsula.
Mutes un nagu sērgas ierosinātājs. Otrais atklātais vīruss aiz tabakas mozaīkas vīrusa.
Vai vīrusi ir dzīvi, vai vienkārši dzīvo kopā ar mums?
Ir grūti definēt, kas vispār ir dzīvība.
Šķiet, ka vīrusiem „ir plāns”, tādejādi tie ir dzīvi saskaņā ar Aristoteļa dzīvības definīciju. Vīrusi atbilst arī Darvina priekšstatiem par dzīvību – augsts mutāciju biežums un spēcīgā izdzīvošanas stratēģija. Vīrusa nodalīšana no bioķīmiskas struktūras ir pašsaprotama. Ir pierādījumi, ka cilvēka DNS satur daudz vīrusa rudimentu, tādejādi vīrusu paaugstinot virs vienkārša bioloģiskā pasažiera statusa. No paaudzes uz paaudzi vīrusi ir iekļāvuši jaunu ģenētisko informāciju savos upuros un saimniekos..
Dzīvības definēšana reti kad ir sasniegusi vienotību zinātnieku vidū, par spīti milzīgajiem sējumiem, kas apraksta dažādās prasības, lai organisms tiktu atzīts par „dzīvu”. Lai gan par vienu lietu zinātnieki ir vienisprātis – DNS un RNS molekulas un tām līdzīgas struktūras pat vīrusos liecina par vienotu izcelsmi.
Būdami vienīgie dzīvu būtņu kandidāti, kas vairošanās informāciju glabā arī RNS struktūrā, vīrusi ir ļoti atkarīgi no spējas pielāgoties saimnieka šūnas kodam un šūnas darbības mehānismiem.
Zinātnieki atzīst vīrusu milzīgo lomu nākamo paaudžu veidošanā. Ja tie nav dzīvi, tad tomēr varam būt pilnīgi pārliecināti, ka vīrusi dzīvo kopā ar mums.
NASA Astrobioloģijas institūtā izveidota īpaša darba grupa, kas veiks vīrusu ietekmes izpēti uz pirmatnējo dzīvību.
Jāpiemin, ka pēdējie pētījumi mutes un nagu sērgas un govju trakumsērgas ir pierādījuši, ka šo slimību izcelsme ir saistīta ar vēl primitīvāku priekšteci nekā vīruss. Tie tika nosaukti par prioniem. Prioniem nav DNS, bet ir apvalks, kas atgādina vīrusa apvalku. Iespējams, ka prioni ir visprimitīvākā dzīvības forma, bet varbūt tie ir cilmes molekula visam, kas vairojas, barojas un mirst.
SPACE.com
Komentāri
^ tieši 27.09.2008 domāja šādi:
Labdien, es tā arī īsti nesapratu. Vīrusi ir vai nav dzīvi?