Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

• Название: Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
• Автор: Фрэнк Райан
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Биология
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-143-4

Основная идея этой книги шокирует. Все живое на планете, в том числе люди, живут в симбиозе с вирусами, эволюционируют вместе с ними и благодаря им… выживают. Первая реакция читателя: этого не может быть! Но, оказывается, может… Вирусы, их производные и тесно связанные с ними структуры составляют как минимум сорок три процента человеческого генома, что заставляет сделать вывод: естественный отбор у человека и его предков происходил в партнерстве с сотнями вирусов. Но как вирусы встроились в человеческий геном? Как естественный отбор работает на уровне вирус-носитель? Как взаимодействуют движущие силы эволюции — мутации, симбиогенез, гибридизация и эпигенетика? Об этом — логичный, обоснованный научно и подкрепленный экспериментальными данными рассказ Фрэнка Райана.  

---

Я почти завершил сбор материала по исследованию эпидемии «Sin Nombre», когда, побеседовав со множеством занимавшихся этим ученых, решил вернуться в Альбукерке и поговорить с Терри Йетсом. Я полагал: это интервью будет рядовым, одним из множества — я ведь просто хотел составить впечатление о биологах, открывших, что вирус разносится животными. Я уже знал: убийственный для людей вирус разносил обычнейший американский грызун, скромная оленья мышь — заокеанская родственница европейской полевки.

Профессор Йетс занимал пост директора важного биологического заказника «Севилетта» в Нью-Мексико, где биологи осуществляют одну из самых на сегодняшний день детальных и объемных программ эколологического мониторинга. Именно оттуда и происходит большая часть собранных в коллекции музея млекопитающих. Йетс — всемирно известный специалист по эволюции млекопитающих. В отличие от большинства биологов, он не стал концентрировать внимание и исследовательские усилия на одном виде или роде млекопитающих. Его заинтересовали эволюционная систематика и процессы, приведшие к возникновению видового разнообразия и ведущие к дальнейшей эволюции и возникновению новых видов. Вспышка вызванной хантавирусом «Sin Nombre» эпидемии буквально на заднем дворе Йетса добавила новый, непредвиденный практический смысл его изысканиям, проводившимся уже десятилетия. Йетс и его коллеги не только сумели найти хантавирус в живых мышах, но и смогли извлечь генетический материал вируса из огромной коллекции мышиных тел, хранящейся в музее, и тем самым установить важные черты эволюции вируса. Я спросил, а с какой целью исследовались тела из коллекции.

Йетс ответил: «Нас интересует потенциал совместной эволюции хантавируса с его носителем — ведь оба эволюционируют параллельно».

Его слова удивили меня — ведь, подобно большинству медиков, я считал вирусы всего лишь паразитами. Меня учили современному дарвинизму как части базового набора биологических знаний, лежащих в основе нынешней медицины. Заметим: немало людей, не занимавшихся биологией, путают вирусы с бактериями, хотя организмы эти сильно различаются. Большинство вирусов — намного меньше бактерий. Вирусы настолько малы, что под обычным световым микроскопом их и не разглядеть. Обнаружить и увидеть их можно, лишь используя достаточно изощренные методы: иммунологические пробы, молекулярную химию либо огромную увеличительную силу электронного микроскопа. По устройству генома вирусы также сильно отличаются от бактерий. Их ДНК упакованы, как и наши, в цепочки, в то время как ДНК бактерий упакованы в тороидальную структуру. Вирусы — абсолютные чемпионы по эволюции посредством мутаций. Они мутируют с поразительной скоростью — в тысячи раз быстрее бактерий, а те мутируют в тысячи раз быстрее нас. Мутации с такой скоростью медикам очень важно принимать во внимание, поскольку именно посредством мутаций вирусы и бактерии становятся устойчивыми к лекарствам. Именно в феноменальной стремительности мутаций ВИЧ-1 и палочки Коха состоит проблема лечения СПИДа и туберкулеза. Пациенту нужно прописывать целый набор различных лекарственных препаратов, чтобы бороться со стремительно изменяющимися вирусами и бактериями.

Из разговора с Терри Йетсом я узнал: много видов грызунов по всему миру являются носителями хантавирусов. Самый первый из открытых хантавирусов был найден в Корее, близ реки Хантаан. Именем этой реки был назван и род вирусов, и вызываемая первым из найденных хантавирусов болезнь: хантаанская лихорадка. Потому, когда Йетс заговорил об эволюционных аспектах хантавирусов, я подумал: он имеет в виду мутации. Тогда я ничего не знал про коэволюцию — параллельную эволюцию вируса и его носителя — и нисколько не сомневался в традиционных эволюционных и медицинских представлениях. Я спросил Йетса:

— А что такое, по-вашему, вирус?

— Хороший вопрос. Некоторые считают вирусы неживыми — с этим я, конечно же, не согласен. Но для меня важно не то, «живые» вирусы или нет, а вопрос о применимости биологического понятия «вида» к вирусам. Можно ли говорить о видах вирусов в таком же смысле, в каком говорим о видах млекопитающих? Вообще говоря, я лишь недавно заинтересовался вирусами, интерес мой почти случаен и возник из-за моей работы с млекопитающими. Ведь почему-то именно млекопитающие — главный природный резервуар вирусов. Так что для меня вопрос определения понятия «вида» для вирусов неразрывно связан с их параллельным, взаимообусловленным развитием с носителями вируса. Думаю, у вирусов своя генеалогия, отражающая их историю и эволюционную траекторию. Анализируя эту эволюцию, изучая ветвления генеалогического древа, можно определять группы вирусов, принадлежащие к одной эволюционной ветви. И если посмотреть на хантавирусы, эволюционный анализ показывает весьма сильную корреляцию между генеалогическими древами млекопитающего-носителя и его вируса.

Признаюсь, я не очень понял моего собеседника, поскольку привык думать о вирусах совершенно иначе — что было, как теперь понимаю (а тогда уже я начинал подозревать), неправильно и с медицинской, и с эволюционной точки зрения.

— Когда вы говорите об изучении вирусов, то имеете в виду изучение его генома? — спросил я.

Здесь мне следует объяснить для читателей, не имеющих биологического образования: геном — это совокупность всех генов живого существа. У всех живых существ, за исключением вирусов, геном закодирован последовательностью ДНК, геном же вирусов — хантавирусов, например — может кодироваться и молекулами РНК.

— Да, изучение генома, — подтвердил Йетс, — а также любых других его свойств, позволяющих пролить свет на его эволюцию. Вирус — до крайности простой организм. Например, для хантавирусов достаточно проанализировать последовательности аминокислот в РНК, чтобы понять, где место этого вируса на генеалогическом древе. А такой анализ, к счастью, можно проделать с высокой точностью.

— Вы, наверное, изучаете вирус начиная с того времени, как он был обнаружен? Или у вас есть способ узнать, каким вирус был в прошлом?

— Это вопрос непростой. Мы используем методологию, называемую «кладистикой». В общих чертах это филогенетический анализ (анализ генеалогического древа) различных линий вирусов.

— А вирусы эти вы наблюдаете в различных видах животных?

— Не совсем. Я имею в виду анализ изменений, произошедших за огромные промежутки времени. Мы преуспели в извлечении образцов ДНК из наших замороженных образцов и неплохо справляемся с извлечением ДНК из окаменелостей. Исследователи сумели извлечь ДНК из окаменелых растений миоцена — то бишь из растений древностью в тридцать миллионов лет. Для проведения филогенетического анализа нужно взять последовательность ДНК из хантавируса, носимого оленьей мышью из «четырехугольных» штатов, и сравнить с аналогичными последовательностями других видов вирусов, встречающихся на параллельных генеалогических ветвях вирусов и грызунов-носителей. В результате можно заглянуть в прошлое нашего вируса, проследить его эволюцию, сравнить с другими эволюционными линиями, ответвившимися ранее от интересующей нас линии.

Постепенно я начинал понимать, о чем именно говорит Йетс — и какие выводы можно сделать из его утверждений.

— То есть вы считаете связь между вирусом и его носителем чрезвычайно важной и существенной?

— Именно. К примеру, можно взять вирусы плацентарных млекопитающих и сравнить их последовательности с последовательностями вирусов сумчатых млекопитающих и яйцекладущих — они ведь архаичнее плацентарных.

— Как я понимаю, эти вирусы сходны, но это все же разные вирусы, и, поскольку где-то в прошлом животные имели общего предка, вы полагаете, что и вирусы имели общего предка?

— Конечно!

И вот здесь мне пришла в голову удивительная идея. Полагаясь на свои познания в биологии, и эволюционной биологии в особенности, я привык думать, что вирусологи рассматривают эволюцию вирусов, в общем-то, так же, как и я. А именно: вирусы эволюционируют неизмеримо быстрее млекопитающих и, значит, вирус в мгновение ока — если сопоставить со временем эволюции млекопитающих — приспосабливается к новому хозяину. И тем не менее я задал вопрос:

— А что, если вирус и его носитель-млекопитающее влияют на эволюцию друг друга? Что, если одно эволюционное древо тесно переплетается с другим на всем протяжении — огромном протяжении — эволюционного процесса?

Я провел куда больше времени, чем предполагал, в гостях у профессора Йетса. Я получил возможность изучить его работы, тщательно обдумать его идеи. Йетс не смог дать определенный ответ на мой вопрос, но заметил, что и в самом деле вирусы и их носители следуют очень близкими коэволюционными траекториями.