Сергей Ястребов - От атомов к древу. Введение в современную науку о жизни

Теперь посмотрим на всю эту ситуацию с точки зрения интересов участников. Поселившись в наезднике, вирус получает эффективнейший механизм для выживания своих генов: целый биологический вид, все 100 % особей которого даже не просто заражены этим вирусом, а несут в своих хромосомах его полный геном. С точки зрения дарвиновской эволюции это огромный успех — для вируса. А для наездника? Если бы присутствие вирусных генов не приносило наезднику никакой пользы, тот, вероятно, давно избавился бы от них и уж наверняка отключил бы. Последнее в таких случаях происходит само собой: нарушающие работу гена случайные ошибки накапливаются в нуклеотидном тексте очень быстро, если естественный отбор их специально не вычищает. А раз вирусные гены долгое время остаются в осином геноме целыми и работающими, значит, они чем-то помогают выживанию осы. И мы уже знаем, чем. Поступившие из осиного яйцевода вирусные частицы активно осваивают организм обреченной гусеницы — по словам исследователей, «генетически колонизируют» его, готовя к заселению наездником [177] Stoltz D. B. The polydnavirus life cycle // Parasites and pathogens of insects, 1993, V. 1, 167–187. . Собственно, без вирусного сопровождения личинка наездника и не разовьется: сами по себе защитные системы гусеницы обычно справляются с паразитом. Это означает, что полиднавирус просто-напросто необходим осе для выживания [178] Webb B. A. Polydnavirus biology, genome structure, and evolution // The insect viruses. Springer US, 1998, 105–139. . А это, в свою очередь, вполне позволяет считать, что он стал частью ее организма [179] Federici B. A., Bigot Y. Origin and evolution of polydnaviruses by symbiogenesis of insect DNA viruses in endoparasitic wasps // Journal of Insect Physiology , 2003, V. 49, № 5, 419–432. .

Однако не только оса пользуется вирусом в своих интересах, но и вирус использует осу как машину для собственного воспроизводства. И правильно делает: ведь за десятки миллионов лет совместной жизни он довел ее до состояния, когда она просто не может существовать без его поддержки. Теперь ни у вируса, ни у осы выбора нет.

Надо заметить, что сложные серии взаимных манипуляций с разнообразными исходами вообще самое обычное дело во взаимоотношениях паразитов и хозяев. Известный японский вирусолог Сусуму Маэда в свое время выразил эту мысль чеканной фразой: «Вирус — это хозяин» [180] Webb B., Fisher T., Nusawardani T. The natural genetic engineering of polydnaviruses // Annals of the New York Academy of Sciences , 2009, V. 1178, № 1, 146–156. . Почти как у Стругацких: «А милях в двадцати отсюда, если идти вдоль рва, находится область, где людей поработили пришельцы с Альтаира, разумные вирусы, которые поселяются в теле человека и заставляют его делать, что им угодно».

Одна хорошая статья о паразитах насекомых, написанная в том же ключе, получила заглавие «Игры, в которые играют паразиты» [181] Beckage N. E. Games parasites play: the dynamic roles of proteins and peptides in the relationship between parasite and host // Parasites and Pathogens of Insects: Parasites. Academic Press, 1993, 25–57. . Это — явный парафраз названия знаменитой книги психоаналитика Эрика Берна «Игры, в которые играют люди». Хотя по сути тут скорее отсылка к современной математической теории игр. Действительно, в случае с полиднавирусом перед нами типичная игра с ненулевой суммой. Три участника, двое из которых в результате сложных взаимных манипуляций выигрывают, и только третий — гусеница — в итоге не получает ничего. Горе побежденным.

Интересно, что жизненный цикл полиднавируса поразительно похож на жизненный цикл не кого-нибудь, а многоклеточного животного. Это сравнение, кажущееся парадоксальным, на самом деле бросается в глаза. В теле многоклеточного животного всегда выделяется относительно небольшая группа клеток, которые потенциально бессмертны: они становятся половыми и могут передать генетическую информацию следующим поколениям. Эти клетки называют клетками зародышевого пути . Все остальные клетки половыми стать не могут и умирают вместе с телом данной особи (если нет бесполого размножения, но оно у животных не слишком распространено). Эти клетки называют соматическими , от греческого слова σωμα — «тело». Соматические клетки — это тупиковая ветвь жизненного цикла. Они заведомо смертны, несмотря на то что именно из них создаются все сложные органы — или, может быть, как раз по этой причине. Так или иначе функции передачи наследственной информации из поколения в поколение и создания системы эффекторов, взаимодействующих с внешней средой, у многоклеточных животных четко разделены.

Но в точности такое же разделение этих функций выработали и полиднавирусы! У них есть «зародышевый путь» — скрытая форма вируса, заключенная в геноме осы, и есть система внешних эффекторов — вирусные частицы, набитые копиями специализированных генов или даже готовыми белками, которые атакуют гусеницу и затем погибают вместе с ней. Эти вирусные частицы — не что иное, как «соматическая» часть вируса, его смертное «тело». Бессмертен у него только «зародышевый путь». Перед нами разновидность жизненного цикла, вполне аналогичная жизненному циклу многоклеточных животных, но выработанная существами, которые и из клеток-то не состоят. Поистине инопланетная форма жизни; до такого и сам Станислав Лем не сразу бы додумался. В данном случае открытие ученых опередило фантастику.

Остается разобраться в том, как эта удивительная форма жизни вообще появилась. Впрочем, большой тайны тут нет. Можно не сомневаться, что в ходе эволюции у насекомых произошло постепенное «одомашнивание» изначально самого обычного ДНК-содержащего вируса, геном которого интегрировался в геном осы [182] Whitfield J. B., Asgari S. Virus or not? Phylogenetics of polydnaviruses and their wasp carriers // Journal of Insect Physiology , 2003, V. 49, № 5, 397–405. . Вирусов с двуцепочечной ДНК, паразитирующих на насекомых, известно достаточно много. В том, что кто-то из них стал полиднавирусом, нет ничего невероятного, известные генетические механизмы это вполне допускают.

Интересно другое: таких событий было как минимум два. Мы уже упоминали, что есть две большие группы полиднавирусов — браковирусы и ихновирусы, связанные с разными семействами ос. Так вот, эти группы вирусов не имеют общего происхождения. Во всяком случае, их общий предок полиднавирусом еще не был.

Все браковирусы, скорее всего, произошли от одного-единственного «обыкновенного» ДНК-содержащего вируса, геном которого некогда встроился в геном древней осы-бракониды [183] Whitfield J. B. Molecular and morphological data suggest a single origin of the polydnaviruses among braconid wasps // Naturwissenschaften , 1997, V. 84, № 11, 502–507. . Генетики подсчитали, что интеграция этого вируса в осиный геном произошла примерно 103 миллиона лет назад [184] Bezier A. et al. Polydnaviruses of braconid wasps derive from an ancestral nudivirus // Science , 2009, V. 323, № 5916, 926–930. . Причем общим у всех браковирусов — как и можно было ожидать — оказалось только «ядро» генома, состоящее из генов репликации и капсида. Геномную «периферию» они заимствовали у ос лишь недавно и во многом независимо друг от друга.