Массовые вымирания и древние вирусы могут раскрыть тайны происхождения жизни

Новое исследование предполагает, что повторяющиеся массовые вымирания могли быть не катастрофой, а двигателем эволюции, позволившим жизни достичь высокой сложности. Без них вирусы могли бы полностью контролировать эволюционный процесс.

Модель, основанная на древних вирусах

Учёные из Университета Йювяскюля (Финляндия) Матти Яласвуори и Яана К.Х. Бамфорд разработали модель, объясняющую эволюцию от простейших форм к сложным клеточным системам. В её основе — вирусы архейного царства Crenarchaeota, обитающие в экстремально горячих и кислых условиях (например, на дне океана).

Эти кренархейные вирусы почти не имеют сходства с другими вирусами или организмами, что указывает на их очень раннее происхождение в истории Земли. Они также необычайно разнообразны по форме: сферы, «лампочки», бутылки, тюльпаны, полиэдры с хвостами и другие.

Выживание в катастрофах

Исследователи предполагают, что массовые вымирания, вызванные ударами метеоритов и вулканизмом, уничтожали множество организмов, но кислотолюбивые гипертермофилы (хозяева этих вирусов) в глубинах океана выживали вместе со своими паразитическими вирусами.

• Метеориты вызывали кипение океанов, нагрев атмосферы и кислотные дожди.
• Вулканизм повышал уровень CO₂, приводя к потеплению и кислотным осадкам.
• Сценарий «Земля-снежок» (планета, покрытая льдом) также мог быть механизмом вымирания.

Гипертермофилы, уже адаптированные к горячей кислой среде, и геотермальное тепло защищали их от этих катастроф. Таким образом, кренархейные вирусы могли сохранить своё изначальное морфологическое разнообразие, сформировавшись из первичного генного пула.

Вирусы как эволюционный регулятор

Борьба между вирусами и клетками — мощная движущая сила эволюции. Клетки под давлением вирусов развивают мутации для защиты от заражения, но эти мутации редко полезны для других функций.

Новая модель показывает, что при вымирании, когда количество клеток-хозяев резко сокращается, уменьшается и популяция вирусов. Их главное оружие — разнообразие белков распознавания хозяина (HRP), но с их сокращением у выживших клеток, невосприимчивых к оставшимся вирусам, появляется шанс эволюционировать в среде без вирусного вмешательства.

«Я считаю важной идею о том, что вирусы сталкиваются с вымиранием вместе со своими хозяевами», — говорит Матти Яласвуори. — «Сразу после событий уровня вымирания, таких как массивные удары метеоритов, оставалось бы очень мало вирусов, чтобы положить конец успеху победителей. Некоторые из новых эволюционных инноваций, наблюдаемых сегодня, могли впервые появиться в геномах этих победителей».

В таких условиях клетки могут наследовать мутации, полезные в долгосрочной перспективе, а не просто защитные. Таким образом, события вымирания ускоряют развитие новых биологических функций, которые в противном случае вряд ли возникли бы. Без них вирусы могли бы контролировать всю эволюцию на Земле.

Значение для понимания происхождения жизни

Горячие кислые среды, в которых обитают древние виды, не обязательно препятствуют эволюции. Напротив, они могли быть необходимы для выживания зарождающейся жизни во время метеоритных бомбардировок и извержений, которые неоднократно уничтожали виды «подальше от гнезда».

Авторы подчёркивают, что их предложение — это модель, и необходимы дальнейшие исследования, включая лабораторные эксперименты в микроэкосистемах, чтобы проверить её соответствие данным. Изучение разнообразия кренархейных вирусов в геотермальных зонах может помочь лучше понять истоки жизни.

Источник: Jalasvuori, Matti and Bamford, Jaana K.H. "Did the Ancient Crenarchael Viruses from the Dawn of Life Survive Exceptionally Well the Eons of Meteorite Bombardment?" Astrobiology, Volume 9, Number 1, 2009. DOI: 10.1089/ast.2007.0189.