Kas bendro tarp virusų ir žmogaus evoliucijos?

Virusai atrasti XIX amžiaus pabaigoje. Mokslininkai, susidūrę su nauja ir paslaptinga gyvybės forma net negalėjo įsivaizduoti, kad su kievienu įkvėpimu į mūsų organizmą patenka milijonai šių keistų būtybių. Tuomet virusai laikyti itin mažomis, mitybinei terpei reikliomis bakterijomis. Turėjo praeiti maždaug dar penkiasdešimt metų, kol buvo išsiaiškinta, kad tai molekuliniai viduląsteliniai parazitai, gebantys gaminti savo kopijas tik infekuotos ląstelės viduje. Deja, ir šiais laikais žmogui nepavyksta išvengti virusų „draugijos“. Pradedant įprastiniu peršalimu ir baigiant erkiniu encefalitu ar ŽIV.

light-virus-1

Tačiau koks virusų ir žmogaus santykis evoliucijos kontekste? Žinių turime nedaug. Pirmiausia dėl to, jog virusai nepalieka jokių fosilinių pėdsakų, o seniausi turimų virusų preparatai tėra 80 metų senumo.

Apskritai, iki praeito amžiaus antros pusės buvo įprasta manyti, kad pagrindiniai veiksniai, nulėmę žmogaus evoliuciją, buvo klimatas, santykiai su konkurentinėmis rūšimis, geografiniai barjerai bei mūsų protėvių migracijos. 1949 metais britų genetikas ir evoliucijos biologas J. B. S. Haldane‘as pastebėjo, jog virusai evoliucijos eigoje turėjo vaidinti svarbų vaidmenį. Jis teigė, kad kiekviena infekcija veikia kaip stiprus atrankos veiksnys, kuris spartina populiacijos evoliuciją, kadangi populiacija yra priversta ieškoti naujų apsisaugojimo būdų.

Virulentiškumas – viruso gebėjimas sėkmingai infektuoti šeimininką – yra vienas iš faktorių, kuris nulemia viruso ir jo šeimininko santykį. Teigiama, kad evoliucija vyko ta kryptimi, jog lengviau plintantys virusai yra mažiau virulentiški (pavyzdžiui, peršalimą sukeliantys virusai), o sunkiau plintantys – labiau virulentiški (ŽIV, herpesas). Tai logiška, kadangi viruso, kaip evoliucinio vieneto, tikslas nėra šeimininko mirtis. Jo siekiamybė – turėti galimybę pakankamai laisvai daugintis ir plisti. Šeimininko mirtis, galinti pasireikšti ir populiaciniu mastu, sustabdo ir viruso plitimą. Taigi, evoliucijoje ieškoma kompromiso: virusas turi būti pakankamai virulentiškas, bet ne tiek, kad tai kenktų jo pačio plitimui.

afn_hiv2

Viruso ir šeimininko santykį evoliucijos eigoje detaliai nagrinėja dar visai jaunas evoliucinės epidemiologijos mokslas. Tokios srities tyrimams reikalingos žinios iš įvairių sričių: nuo genetikos ir evoliucijos teorijos iki ekologijos ir paleobiologijos. Apibendrinus turimas žinias, teigiama, kad virusai tiesiogiai veikia populiacijos erdvinę struktūrą ir dinamikos kitimus, populiacijos dydžio svyravimus, polimorfizmo pokyčius bei etologijos (elgsenos) pakitimus (virusai dažnai pakeičia užkrėsto individo elgseną: pasireiškia agresyvumas, prarandamas savisaugos instinktas).

Visi šie virusų poveikiai populiacijos evoliucijai yra pakankamai aiškūs ir logiški. Tačiau pereikime prie genetikos. Praeito amžiaus septintame dešimtmetyje buvo išsiaiškinta, kad kai kurie virusai gali savo genetinę medžiagą integruoti į mūsų genomą. Tokia svetima DNR vadinama retroelementais arba endogeniniais retrovirusais (ERVs). Tai savotiška „genetinė fosilija“, kurią tyrinėdami mokslininkai gauna daug informacijos. Pasirodo, kad šių endogeninių retrovirusų žmogaus genome yra net 8 %. Svetima DNR dažniausiai nėra transliuojama į baltymus, nors nevisada. Baltymą sincitiną, atliekantį svarbų vaidmenį gemalo implantacijoje gimdos sienelėje, koduoja virusinės kilmės genas. Tačiau ir tai nėra keisčiausias faktas. Įdomiausia, jog retroelementai dažnai atlieka genų raiškos reguliatorių vaidmenį, t.y., gali slopinti arba skatinti geno aktyvumą. Tad šiuo atveju, kai kurių mūsų nuosavų genų dirigentai yra virusai!

images (1)

Ar reguliacinės sekos gali būti pakankamai reikšmingos žmogaus evoliucijos kontekste? Pasirodo, kad taip. Kuomet buvo išsiaiškinta, kad žmogaus ir artimiausios mūsų giminaitės šimpanzės genomas tesiskiria 1,24 %, paaiškėjo dar vienas įdomus faktas. Tik pusė mus nuo šimpanzės skiriančios genetinės medžiagos sudaro baltymus koduojantys genai, tuo tarpu likusi dalis yra reguliacinės sekos, lemiančios kitų genų raišką. O kaip minėta, retroelementai dažniausiai ir atlieka reguliacines funkcijas.

Pereikime prie žmogaus ir civilizacijos vystymosi etapų. Jei prieš 200 tūkstančių metų mūsų protėvių santykis su virusais buvo toks pats kaip ir kitų žinduolių, tai per pastaruosius 10 tūkstančių metų jis neatpažįstamai pasikeitė. Kol pirmykščiai žmonės gyveno rinkėjų – medžiotojų grupelėse, bet kuri virusinė infekcija sunkiai galėdavo plisti tarp skirtingų populiacijų, kadangi jas skyrė didelis atstumas – taip buvo galima išvengti konfliktų dėl išteklių.

Prieš 10 tūkstančių metų prasidėjo žemdirbystės revoliucija. Šis pokytis, davęs pradžią visai mūsų civilizacijai, turėjo ir keletą neigiamų pasekmių. Pirma, padidėjo žmonių tankis ir atsirado atliekų problema. Dvi šios sąlygos leido daug aktyviau veikti virusinėms infekcijoms. Šiame etape pasireiškia pirmosios gripo epidemijos, išplintančios jau ne pavienėse gyvenvietėse, bet daug didesnėse teritorijose.

human_evolution_article_big3

Prieš 3 tūkstančius metų atsiranda pirmieji miestai, kuriuose gyvena iki 50 tūkstančių žmonių. Atliekų problema ir švaraus vandens trūkumas darosi dar akivaizdesnis. Pirmą kartą žmogaus evoliucijos istorijoje pasireiškia tymų ir raupų epidemijos.

Ir galiausiai preiname prie naujųjų laikų, kur virusinių infekcijų pasekmės dar baisesnės. Pavyzdžiui, 1890-1891 metais Rusijoje prasidėjusi gripo epidemija pareikalavo beveik 1 milijono aukų. 1918-1919 metais Ispaniškojo gripo epidemijos metu mirė apie 75 milijonus žmonių, o užsikrėtęs šiuo gripu buvo kas trečias pasaulio gyventojas!

iowa_flu2

Ką mums turėtų sakyti šie pavyzdžiai? Mūsų ir virusų santykis tapo daug intensyvesnis negu buvo pirmykštėse bendruomenėse. Pastarieji tūkstantmečiai yra panašūs į kovos lauką, kuriame žmonija kovoja su virusinėmis infekcijomis. Tokia yra civilizacijos kaina. Sunku pasakyti, kas šią kovą laimi. Evoliuciniame konteskte laimėtojo tikriausiai ir negali būti, kadangi kiekviena kovojanti pusė pergalę išplėšia trumpam ir atsikvėpti galima tik akimirkai. Žmonijai, pavyzdžiui, pavyko įveikti raupus. Paskutinis šios infekcijos atvejis užfiksuotas 1977 metais, o dabar tėra du šio viruso mėginiai, saugomi JAV ir Rusijoje.

Tačiau virusai kinta ir atranda naujus būdus mus paveikti itin greitai. Pavyzdžiui, ŽIV viruso genai per 10 metų pakinta tiek, kiek žmogaus genai per 10 milijonų metų. Tačiau šioje situacijoje žmogaus kūrybiškumas, tikėkimės, yra galingesnė jėga.

Šaltiniai:

  • Armelagos J. G. et al., 1996. Disease in human evolution: the re-emergence of infectious disease in the third epidemiological transition. National Museum of Natural History Bulletin for T eachers. Vol. 18 No. 3. 1-6 p.
  • Blerkom V. M., 2003. Role of Viruses in Human Evolution. Department of Anthropology. Vol. 46. 14-46 p.
  • Feschotte C. et al., 2012. Endogenous viruses: insights into viral evolution and impact on host biology. Nature Reviews Genetics. Vol. 13. 283-296 p.
  • Khodosevich K. et al., 2002. Endogenous retroviruses and human evolution. Comparative and Functional Genomics. Vol. 3. 494-498 p.
  • Villarreal L. P., 2004. Can Viruses Make Us Human? The American Philosophical Society. Vol. 148 No. 3. 296-322

Straipsnio autorius: Povilas Matulionis 

Pasidalinkite šiuo straipsniu

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *