Вирусы часто считаются проблемой человека, однако они являются наиболее многочисленными биологическими объектами на планете. В каждой чайной ложке речной, озерной или морской воды находятся миллионы вирусов, они встречаются везде, где есть жизнь, и, вероятно, заражают все живые организмы. Большинство из них полностью безвредны для человека и заражают микроскопических животных, растения и бактерии, которые они захватывают и перепрограммируют для производства новых вирусных частиц, чаще всего уничтожая эти клетки в процессе. Международная группа ученых провела эксперимент, секвенировав и сравнив геномы (их общую ДНК) вирусов, которые заражают микробы, обнаруженные на поверхности ледников. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что вирусы на ледниках в Альпах, Гренландии и на Шпицбергене имеют геномы, которые почти идентичны в этих изолированных местах, это противоречит тому, что мы знаем о быстрой эволюции вирусов.
Каждый день вирусы уничтожают огромное количество микроорганизмов в окружающей среде, что меняет поток энергии в пищевых сетях в глобальном масштабе. «Понимание того, как вирусы развиваются и функционируют, позволяет нам предсказать их роль в окружающей среде и то, как они взаимодействуют со своими хозяевами», — объясняет Кристофер Беллас из Департамента экологии Университета Инсбрука.
Из лабораторных исследований известно, что вирусы быстро развиваются, чтобы не отставать от своих хозяев, которые одновременно развивают защиту от вирусной инфекции. Эта эволюционная гонка вооружений означает, что они должны оставаться в равновесии друг с другом. Это известно как гипотеза «Черной Королевы» в честь персонажа из «Алисы в Стране чудес». Гипотеза Чёрной Королевы (англ. Red Queen hypothesis), также называемая «Принципом Черной Королевы», «Эффектом Черной Королевы» или «Гонкой (Бегом) Черной Королевы», является эволюционной гипотезой. Она может быть сформулирована так: «Относительно эволюционной системы виду необходимы постоянное изменение и адаптация, чтобы поддерживать его существование в окружающем биологическом мире, постоянно эволюционирующем вместе с ним».
Вирусы, изучаемые исследовательской группой, происходят из очень необычных мест обитания на поверхности ледников и ледяных щитов — криоконитовых дырах. Эти небольшие бассейны талой воды на ледниках — идеальные места для проверки эволюции вирусов, потому что они представляют собой миниатюрные воспроизводимые сообщества микробов, которые встречаются на далеко разделенных ледниках по всему миру.
Когда исследователи изучили геномы вирусов из изолированных криоконитовых дыр, расположенных на расстоянии тысяч километров друг от друга, они ожидали обнаружить, что каждый из них будет содержать разные вирусы, только отдаленно связанные друг с другом. На самом деле они обнаружили, что большинство бактериальных инфекционных вирусов (бактериофагов) практически идентичны в Арктике и Альпах. Однако, когда они присмотрелись к своим стабильным геномам, то увидели, что в каждом было много небольших участков, где ДНК других родственных вирусов неоднократно менялись местами в рамках рекомбинации. В каждом другом месте вирусы перетасовывали гены, присутствующие в этих заменяемых областях.
«Это означает, что в естественной среде обмен генами между вирусами путем рекомбинации создает большое разнообразие в вирусной популяции, особенно в генах, которые участвуют в распознавании и прикреплении к разным хозяевам. Это, вероятно, дает вирусам возможность быстро адаптироваться к различным хозяевам в окружающей среде», — заключает Кристофер Беллас.
Читать также
Ореол Андромеды приближается к нашей галактике. Рассказываем, почему это важно
Симптомы коронавируса у детей. На что стоит обратить внимание?
Разработана уникальная молекула для хранения солнечной энергии