DARVINOVA NIT

VIRUSI SU NEŠTO IZMEĐU

Youtube/123rf

U tom smislu moglo bi se reći da imaju složenost koja ne doseže onaj kritičan, neophodni nivo da bi se mogli smatrati živim organizmima. S druge strane, se moraju smatrati nečim višim od nežive tvari jer u određenim okolnostima ožive.

Definisanje života važno je iz više razloga. Pre svega, za biologiju, medicinu i nauku uopšte važno je znati s čime se suočavamo – s neživim hemikalijama koje imaju poneko, ali ne i sva ključna svojstva života, ili sa stvarnim oblikom života. Takođe, ako želimo pronaći vanzemaljski život, njegove proizvode ili, pak, tragove postojanja u prošlosti, moramo znati šta zapravo tražimo.

Prema definiciji astrobiologa NASA, život je samoodrživ hemijski sistem sposoban za Darvinovu evoluciju”. Na temelju poznavanja zemaljskog života, koji jedino poznajemo, NASA navodi pet ključnih svojstava, kao što su: 1. hemijska priroda, 2. metabolizam povezan s vodom, 3. korišćenje termodinamičke neravnoteže, odnosno izvora toplote, kao što su Sunce i užareno Zemljino jezgro, 4. nasleđivanje i 5. evolucija pod uticajem prirodne selekcije zahvaljujući naslednim biomolekulima.

Dakle, ako na nekoj planeti tražimo život, prvo što treba tražiti biće voda, važna za metaboličke procese, organski molekuli, koje su sastavni blokovi života, i minerali i gasovi, poput metana, koji je na Zemlji u velikoj mjeri povezan s metabolizmom živih organizama.

Entropija i nastanak života

No, život na drugim telima u svemiru ne mora nužno biti sličan zemaljskom. Primerice, možda nije apsolutno nužno da fluid potreban za metabolizam mora biti voda. Ona je zbog svojih brojnih svojstava najprikladnija tečnost u zemaljskim uslovima. Na površini mnogih tela, poput Saturnovog meseca Titana, toliko je hladno da je voda tvrđa od granita. To ne znači nužno da je život na Titanu nemoguć. Naime, tamo bi tekući metan možda mogao preuzeti ulogu fluida neophodnog za život.

Poznati fizičar Ervin Šredinger u svojoj naučno-popularnoj knjizi What is life stoga u priču o životu uvodi entropiju, koncept koji adresira kompleksnosti sistema. Čini se da ona u novije vreme postaje sve bitnija za definiciju života, osobito ako želimo pronaći život drugačiji od zemaljskog, kakav bi mogao postojati na hladnim telima. To je važno za razvoj odgovarajućih sondi, rovera i instrumenata kojima bi ga trebalo tražiti.

Kakve veze ima entropija sa životom? U skladu s drugim zakonom termodinamike svaki sistem od stanja visoke uređenosti s vremenom dolazi do stanja haosa (odnosno maksimalne entropije), u kojem vlada termodinamička ravnoteža u kojoj je energija posvuda ravnomerno raspoređena. Primerice, temperatura šoljice kafe vremenom će se izjednačiti s temperaturom sobe (soba će se malo zagrejati, a kafa dosta ohladiti), tako da će razmena energije u jednom trenutku stati. Više neće biti razlike u energiji koja bi se mogla iskoristiti za neki rad.

Neki kreacionisti vole tu činjenicu isticati kao argument protiv nastanka života procesom Darvinove evolucije, jer se laicima može činiti da se drugi zakon termodinamike protivi ideji o nastanku nečega tako složenog kao što je život. Kako bi nastalo nešto složeno u svemiru koji od uređenosti teži haosu i energetskom mrtvilu? Međutim, fizičari znaju da to nije tako jednostavno. Naime, postoje brojni primeri da se u prirodi stvaraju vrlo organizovane strukture poput kristala ili pahulja snega. Zašto? Zato što takve složene strukture gledano makroskopski zapravo doprinose povećanju entropije iako je mikroskopski, organizovanjem u složenija stanja organizovanosti, smanjuju. To posebno vredi za život, a iznad svega za njegovo ključno svojstvo – replikaciju, odnosno razmnožavanje.

Naime, živi organizmi, koji se temelje na ugljeniku, mnogo su uspešniji u hvatanju energije iz okoline i raspršivanju te energije unaokolo nego obične nasumične hrpice atoma ugljenika. To posebno vredi za tzv. otvorene sisteme u kojima postoji neki spoljašnji izvor energije. Primerice, grupa atoma koju pokreće Sunce ili hemijsko gorivo, okružena nekom toplom kupkom poput barica mora ili vode u blizini podmorskih termalnih otvora, vrlo će se često postupno restruktuirati tako da apsorbuje i raspršuje više energije i time pogoduje entropiji. U tom smislu mogli bismo reći da je život očekivana posledica drugog zakona termodinamike, odnosno entropije.

Stoga bi u potrazi za životom u svemiru, svakako, trebalo uzimati u obzir entropiju.

Šta život ima i šta radi?

Udžbenici iz biologije uglavnom nastoje opisati svojstva koja govore što život ima ili što život čini. Kada je reč o tome što život ima, jedna od ključnih odlika je ćelija, odeljak, odnosno zatvoreni prostor u kojem se zbivaju biohemijski procesi. Ćelije se često navode kao ključno svojstvo života, zbog uticajne teorije stanica nastale 1837-1838, koja kaže da su sva živa bića sastavljena od ćelija i da je ona osnovna jedinica života. Od jednoćelijskih bakterija do biliona ćelijaa koje čine ljudsko telo, čini se kao da sav život ima odeljke – ćelije.

Kada se govori o odlikama života, takođe se ističe i ono što život radi. To su: rast, razmnožavanje, sposobnost prilagođavanja i metabolizam, odnosno hemijske reakcije čija energija pokreće biološke aktivnosti.

No, problem predstavlja to što za brojne definicije života postoje i neki izuzeci od pravila. Primerice, prioni su proteini koji se mogu replikovati i uzrokovati bolesti, poput kravljeg ludila, a ipak se ne mogu smatrati oblikom života jer im manjkaju brojna ključna svojstva živih organizama. S druge strane neke životinje, poput mula, ne mogu se razmnožavati jer su sterilne, a ipak je nedvosmisleno da su živa bića.

Jesu li živi, neživi ili na ivici?

Jedan od najpoznatijih primera problema s definiranjem života svakako su virusi. Oni imaju neka svojstva života, ali nemaju sva. Primerice, mogu se reprodukovati, za šta imaju potrebne gene, koji su DNK ili RNK molekuli, i takođe mogu evoluirati. Međutim, oni to ne mogu činiti samostalno, već su im za to potrebni ćelijski sastojci, mehanizmi i energija domaćina. Oni takođe nemaju vlastiti metabolizam. U tom kontekstu zanimljivo je prisetiti se kako je išao razvoj naših spoznaja o virusima. Budući da su uglavnom mnogo manji od bakterija, bilo ih je teško videti pod prvim mikroskopima koji su imali slaba povećanja. Stoga su se dugo smatrali otrovima, što se odražava u njihovom nazivu koji dolazi od latinske reči za otrov, odnosno otrovnu tekućinu.

Prva podrobnija istraživanja virusa krenula su krajem 19. stoleća. Prvi virus koji je otkriven bio je virus mozaične bolesti duvana. Za njega se znalo da uzrokuje bolest biljaka, a da nije bakterija. Nakon što su Vendel M. Stenli i kolege 1935. godine na Univerzitetu Rokefeler u Njujorku prvi put kristalizovali virus mozaika duvana i videli da je on štapićasta zbirka složenih biomolekula, virusi su se počeli doživljavati kao paketići inertnih hemikalija. Već tada bilo je očito da im nedostaju bitni sistemi neophodni za metaboličke funkcije, odnosno za biohemijske aktivnosti života. Stenli je za to otkriće dobio Nobelovu nagradu 1946.

Dalja istraživanja pokazala su da se virusi sastoje od nukleinskih kiselina (DNK ili RNK) zatvorenih u proteinske omotače, koji takođe mogu sadržati virusne proteine koji učestvuju u infekciji. Primerice, omotač virusa SARS-CoV-2 sadrži proteinske šiljke (S) kojima se veže za ćelije, da bi potom ušao u njih. No, prema tim spoznajama, virus je i dalje više nalikovao na kutiju za alat, punu složenih, neaktivnih oruđa, nego na živi organizam.

S druge strane, pokazalo se da virusi, kada uđu u ćelije domaćina, postaju vrlo aktivni. Odbacuju svoje omotače, ogoljuju gene i podstiču mehanizme ćelije (poput jedra i ribozoma) da reprodukuju virusnu DNK ili RNK i da proizvode razne virusne proteine na temelju uputstava sadržanih u virusnim genima tj. njihovim nukleinskim kiselinama. Novostvoreni delovi virusa se potom okupljaju i sastavljaju u mnoštvo novih virusa, koji mogu izaći iz ćelija da bi zarazili druge ćelije i ponovno se replikovali (grafike sastava virusa dole).

Dakle, moglo bi se reći da virusi parazitiraju na svim biomolekularnim aspektima života. Oni zavise od ćelija domaćinu kada je reč o sirovinama i energiji potrebnoj za sintezu virusnih gena i njihovih proteina, za obradu i transport i za sve ostale biohemijske aktivnosti koje virusu omogućuju da se umnoži i proširi. U tom smislu moglo bi se zaključiti da su virusi, iako u ćelijama preuzimaju upravljanje svim navedenim procesima, u biti neživi paraziti živih sistema. Odnosno, kako su to neki virolozi poetski sročili, virusi vode neku vrstu pozajmljenog života”. Ili, jednostavno, čekaju život”.

Virusi mogu biti neobavijeni (slika A gore) ili obvijeni (slika B dole).

Slika A – Virusnu česticu (5) čini nukleokapsida (4), koja se sastoji od (1) kapside, odnosno proteinske ljuske što obavija i štiti genetski materijal virusa od delovanja enzima ćelije domaćina. Kapsida je građena od podjedinica, tzv. kapsomera (3), i nosilac je virusnih antigena po kojima odbrambeni mehanizam prepoznaje viruse i reaguje na njih napadom. U kapsidi se nalazi genski materijal virusa, odnosno nukleinska kiselina koja sadrži upute potrebne za umnožavanje virusa. Kod nekih virusa to je DNK, a kod nekih RNK. U slučaju koronavirusa 2019 n-CoV, to je RNK.

Slika B – Neki virusi obavijeni su lipidskom ovojnicom (6) koja potiče od ćelije u kojoj se umnožavaju. Iz nje strše glikoproteinski izdanci (7) kojima se virus prihvata na ćeliju primaoca. Takvi su, među ostalim, virusi gripa, HIV-a i koronavirusi.

Hipoteze o nastanku virusa

U ovom kontekstu su, takođe, zanimljive tri ključne pretpostavke o nastanku virusa.

Prema tzv. regresivnoj hipotezi, virusi su nekada mogli biti male ćelije koje su parazitirale na većim ćelijama. S vremenom su izgubili gene koji im nisu bili potrebni za takvo parazitiranje. Ovu hipotezu podržavaju bakterije poput klamidija, koje se, slično virusima, mogu razmnožavati samo unutar ćelija domaćina. Njihova zavisnost od parazitizma je, verovatno, uzrokovala gubitak gena važnih za preživljavanje van ćelija.

Prema hipotezi o ćelijskom poreklu, neki su virusi možda evoluirali iz delova DNK ili RNK koji su pobjegli iz genskog koda većeg organizma. Odbegli delovi DNK mogli su doći iz bakterijskih plazmida, komada DNK koji se mogu neposredno razmenjivati među bakterijama, čak i ako pripadaju različitim vrstama (grafika dole). Takvim prenosom plazmida bakterije bez procesa razmnožavanja i nasleđivanja razmenjuju važna svojstva, poput rezistencije na antibiotike. Odbegla DNK, takođe, bi mogla poticati od tzv. transpozona, delova DNK koji se repliciraju i premeštaju na različite položaje unutar gena ćelije.

Prema hipotezi o zajedničkoj evoluciji, virusi su se možda razvili iz složenih molekula proteina i nukleinske kiseline u isto vreme kad su se ćelije prvi put pojavile. Oni su potom milijardama godina koegzistirali sa ćelijama tako da su bili zavisni od ćelijskog života. U prilog toj hipotezi govori postojanje viroida, molekula RNK koji se ne smatraju virusima jer im nedostaje proteinski omotač. Često se nazivaju subvirusnim agensima, a važni su uzročnici bolesti kod biljaka. Oni ne kodiraju proteine, ali komuniciraju sa ćelijom domaćina i koriste mašineriju domaćina za svoju replikaciju. Posebno je zanimljivo da postoje neki virusi, poput ljudskog virusa hepatitisa delta, koji ima RNK genom sličan viroidima. On ne može proizvesti vlastiti proteinski omotač, ali ga može pozajmiti od virusa hepatitisa B. Dakle, genom virusa hepatitisa delta može se jednom samostalno replicirati unutar ćelije domaćina, no potrebna mu je pomoć virusa hepatitisa B da bi dobio proteinski omotač neophodan za ulazak i infekciju drugih ćelija.

Kada bismo mogli odgonetnuti tajnu nastanka virusa, bilo bi nam jasnije jesu li oni živi organizmi koji su parazitiranjem izgubili neka svojstva samostalnih organizama koje smatramo živima, ili su hemikalije koje su parazitiranjem usvojile neka svojstva života.

Važno je istaknuti da nijedna od navedenih hipoteza nije u celosti potvrđena, a svakoj su pronađene slabosti. Štaviše, naučnici danas smatraju da je moguće da nemaju svi virusi zajedničko poreklo i da su različiti virusi mogli nastati na više različitih načina.

Nedovoljan nivo složenosti

Jasno je da je razmeđa između živoga i neživoga stvar definisanja i postavljanja granice. Ipak, očigledno je da kamen nikako ne može ući pod definiciju živog organizma, dok jednoćelijske bakterije mogu. No između kamena i bakterije postoji još niz prelaznih koraka u složenosti. Dakle, problem definicije života mogao bi se posmatrati kao pitanje stepena u razvoju kompleksnog sistema.

Za poređenje, jedan neuron sam po sebi nije svestan. Nije to čak ni mreža neurona, međutim ceo mozak jeste, osobito ljudski. Slično pojedinačni blokovi života, poput aminokiselina, proteina, enzima, nukleinskih kiselina i drugih, sami po sebi ne čine život. No na nekom nivou kompleksnosti i interakcija oni zajedno počinju funkcionisati kao živi organizmi.

U tom smislu moglo bi se reći da virusi imaju složenost koja ne doseže onaj kritični, neophodni nivo da bi se mogli smatrati živim organizmima. S druge strane, oni se ipak moraju smatrati nečim višim od nežive tvari jer u određenim okolnostima ožive. Virusi su na rubu života i nežive tvari, kako vam se više sviđa posmatrati ih.

(Izvor Indeks)

O autoru

Stanko

Ostavite komentar