Алексей Целлариус - Я познаю мир. Живой мир

По современным представлениям, мир живых существ разделяется на три домена: археи, бактерии и эвкарии. Домены архей и бактерий содержат по одному царству, архебактерии и эубактерии соответственно, а домен эвкарий – четыре: протисты, грибы, растения и животные. Происхождение эубактерий и архебактерий – вопрос крайне темный. Существует две гипотезы. Согласно одной, эти организмы возникли независимо друг от друга, то есть это вообще разные формы жизни. Большинство микробиологов склоняется, однако, к мнению, что архебактерии и эубактерии произошли от одного предка, причем разошлись эти ветви вскоре после возникновения жизни вообще, то есть около четырех миллиардов лет назад. При этом архебактерии сохранили больше древних и примитивных черт, свойственных первым живым существам планеты. Не менее темный вопрос – происхождение эвкарий, точнее, самого древнего их царства, породившего все остальные – протист. Наиболее вероятным считается, что эвкарии, точнее эукариотная клетка, – плод симбиоза нескольких видов бактерий и архебактерий. То есть две формы жизни, разделившись, потом опять слились, породив третью. Об этом мы ещё поговорим чуть позже, а пока скажем несколько слов об ещё одной группе, скажем так, органических комплексов – о вирусах.

image l:href="#image68.png"

Современные представления о систематике царств и доменов

Вирусы, на первый взгляд, не имеют ничего общего с другими живыми существами и находятся, строго говоря, между миром живых организмов и миром минералов. Обычно их вообще не включают в систему классификации живых существ. Вопрос – почему не считать их седьмым царством? Дело в том, что вирусы, о которых мы расскажем чуть поподробней в следующей главе, по всей вероятности, произошли из каким–то образом получивших независимость «кусков» нормальных клеток, причем клеток представителей всех трёх доменов.

Строго говоря, вирус не более живой, чем какой–нибудь антибиотик или органический яд, которые вмешиваются в биохимические реакции наших клеток и заставляют их выделывать нечто непотребное. Вирусы могут даже кристаллизоваться, что живому организму совершенно не свойственно. Разница лишь в том, что токсины, блокируя одни реакции и вызывая другие, ведут себя в живой клетке как слон в посудной лавке, а вирус заставляет эту клетку производить собственные копии. Причем если одни вирусы в конце концов разрушают клетку или заставляют её выделять вредные вещества, то множество других ведет себя в клетке довольно прилично. Состоят вирусы из молекулы ДНК или РНК и белковой оболочки, которая может включать несколько десятков белковых молекул, а может – и несколько тысяч. У некоторых, особо изощренных, в состав оболочки могут входить липиды. Клетка, в которую проникают вирусы, забывает о своих обязанностях и начинает синтезировать совсем другие белки и нуклеиновые кислоты, штампуя новые вирусы. В результате вирусы вызывают самые разнообразные заболевания, от насморка до бешенства, СПИДа и некоторых форм рака. Но, между прочим, даже от вирусов есть польза. Поскольку они умеют профессионально встраиваться в геном посторонних организмов, их используют для «пересадки генов» в генной инженерии.

image l:href="#image69.png"

Вирус табачной мозаики

Первая задача вируса – попасть в клетку хозяина. Для этого оболочка вируса связывается с определенным участком на плазматической мембране клетки и «заставляет» эту мембрану впустить вирус внутрь. Вопрос решается чисто биохимически – происходит определенная реакция. Поэтому вирус может проникнуть не во всякую клетку, у его оболочки должно быть «сродство» с определенным участком мембраны клетки–хозяина. Вирус может проникать в клетку целиком, а может оставить белковую оболочку снаружи. У некоторых вирусов, поражающих бактериальные клетки, дело проникновения поставлено ещё более основательно. Вирусы под названием бактериофаги имеют довольно сложную структуру и напоминают какого–то робота из мультиков. Они имеют головку, сидящую на толстой «рукоятке», которую называют хвостовым отростком. На конце отростка – шесть длинных нитей, напоминающих паучьи ножки. Ножки прикрепляются к клеточной стенке бактерии и подтягивают к ней все остальное сооружение, прижимая основание отростка к поверхности клетки. Затем отросток сокращается, впрыскивая, как шприц, внутрь бактерии нить ДНК. Пустой белковый «скафандр» остается снаружи, а вирусная ДНК принимается за свое черное дело.

image l:href="#image70.png"

Бактериофаг: I – общий вид вирусной частицы; 2 – проникновение ДНК вируса в клетку

Механизм действия вирусов на клетку сложен и у разных типов вирусов отличается. Но принцип всегда один и тот же – генетическая программа вируса подменяет часть клеточных программ, и клетка начинает синтезировать совершенно не нужные ей белки и нуклеиновые кислоты и собирать из них новые и новые вирусы. Некоторые вирусы заставляют клетку синтезировать не только то, что нужно для их сборки, но и ферменты, которые эту клетку разрушают. Клетка кончает жизнь самоубийством, чтобы новое поколение вирусов могло свободно выбраться наружу. Метаболизм клетки изменяется иногда таким образом, что это выходит боком не столько ей самой, сколько всем окружающим. Некоторые совершенно безобидные для нас бактерии, будучи инфицированы определенными вирусами, становятся смертельно опасными. Однако вирусы могут также перетаскивать от одних бактерий к другим гены, определяющие всякие полезные для этих бактерий свойства.

image l:href="#image71.png"

Развитие вируса в клетке (схема): / – прикрепление вируса к мембране клетки; 2 – нуклеиновая кислота вируса; 3 – белковая оболочка вируса; 4 – белки вируса , синтезированные клеткой; 5 – новые вирусные частицы покидают клетку; 6 – ДНК клетки

Что такое вирусы – мы в двух словах рассказали. А вот откуда они взялись? Среди неспециалистов довольно широко распространено даже не убеждение, а некое смутное ощущение, что вирусы, стоящие на грани живого и неживого, это некий прообраз первых форм жизни. На самом деле – ничего подобного. Вирусы – продукт весьма продвинутых созданий, стоящих на высокой ступени эволюционного развития. Предполагается, что вирусы – это куски генома вполне добропорядочных клеточных организмов, прокариот и эукариот, утерянные в результате различных несчастных случаев. Некоторые из этих беспризорных обрывков генома оказались способными, встретившись с благополучной здоровой клеткой, «втираться в доверие» дружной семьи макромолекул. По–видимому и сейчас из хромосом и матричной РНК различных организмов продолжают возникать новые типы вирусов. Однако главный источник новых вирусов – все же изменения старых. Вирусы способны мутировать ничуть не хуже клеточных организмов. Кроме того, захватывая или теряя куски генома, а у вирусов с этим делом довольно просто, они также способны приобретать новые свойства.