Ученые объяснили, как вирусы размывают границы жизни

Фото из открытых источников

Когда люди говорят о коронавирусе, они иногда описывают эту невидимую сущность так, как будто у нее есть личность и даже совесть. Если вы спросите студента-биолога или студента-медика, что такое вирус, они скажут вам, что вирус — это не живой организм, или, самое большее, что он существует на границе между живым и мертвым — своего рода ходячие мертвецы.

Однако для биологов, специализирующихся на вирусологии, эта точка зрения не является однозначной. Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, являются ли вирусы действительно живыми или нет.

Ученые сходятся во мнении, что вирус адаптируется к новым условиям, развивается и иногда наносит вред людям. Это также инфекционный агент, который может размножаться только внутри организма-хозяина, такого как бактерии, растения или животные.

Граница между живым и мертвым — это концепция без конкретных критериев. Поэтому, чтобы помочь задуматься о том, являются ли вирусы живыми, следует рассказать о некоторых различных определениях жизни в науке.

На протяжении всей истории ученые спорили об определении жизни, и исследователи из разных областей до сих пор не могут прийти к единому мнению. Этот спор формирует научное понимание и влияет на решения в области общественного здравоохранения — например, определение того, являются ли вирусы «живыми», влияет на то, как мы разрабатываем вакцины и стратегии по остановке их распространения.

Биологи могут отослать вас к определению жизни Эрвина Шредингера. Шредингер был австрийским физиком, лауреатом Нобелевской премии, который опубликовал в 1944 году книгу под названием «Что такое жизнь»? Он был одним из первых ученых, пытавшихся дать определение жизни, и, возможно, более известен в популярной культуре своим мысленным экспериментом «Кот Шредингера».

Он предположил, что жизнь — это форма отрицательной «энтропии», научной концепции, которая объясняет, насколько беспорядочно что-то. Физическая система всегда будет увеличивать энтропию/беспорядок, если мы не введем энергию, чтобы изменить этот процесс. Шредингер считал, что живые существа создают и поддерживают порядок, используя энергию.

Например, грязная спальня не убирается сама собой, но человек может ее убрать. Организмы делают что-то похожее на молекулярном уровне. ДНК имеет высокую структуру, что позволяет ей хранить генетическую информацию. Белки сворачиваются в определенные формы, чтобы нормально функционировать. Напротив, после смерти организма его молекулы распадаются, увеличивая беспорядок.

Позднее Шредингер пересмотрел свою точку зрения — около 1950-х годов — предположив, что жизнь зависит от свободной энергии. Свободная энергия — это энергия, которая управляет химическими реакциями в живых существах. Это ознаменовало переход от сосредоточения внимания на порядке (отрицательной энтропии) к подчеркиванию того, что энергия необходима для жизни.

В середине 20 века ученые перешли от определения жизни к описанию ее ключевых характеристик. Изучая такие организмы, как бактерии, растения и животные, они выявили общие черты, создав прецедент, которому следуют и сегодня 

Вместо того, чтобы искать единое определение, исследователи классифицируют сущности на основе этих признаков. Чтобы решить, является ли вирус живым, исследователи оценивают, насколько хорошо он соответствует этим критериям.

Согласно биологии, наименьшей единицей жизни является клетка. Клетка — это независимая единица, которая производит функциональные молекулы (такие как белки и ферменты). Клетки могут использовать свои собственные молекулы для независимой репликации генетического материала. У вируса также есть генетический материал, но ему необходимо использовать ферменты клетки-хозяина для создания функциональных молекул или репликации своего генетического материала.

Проще говоря, вирус не размножается и не функционирует самостоятельно. Поэтому по биологическому определению вирус не может быть отнесен к категории живых организмов.

Но с генетической и эволюционной точки зрения живой организм определяется своей способностью к воспроизводству. Человек, у которого нет детей, все равно считается живым, поскольку он является частью генофонда и произошел от людей, у которых были дети. С этой точки зрения вирус является живым, поскольку он может производить похожее потомство.

Некоторые ученые также фокусируются на метаболизме и производстве энергии как на критериях жизни. Метаболизм включает катаболизм (расщепление молекул, таких как сахара, во время пищеварения) и анаболизм (строительство молекул, таких как мышечная ткань), связывая энергию и материал. Эти реакции требуют молекулярных структур для генерации или использования энергии — структур, которых нет у вирусов.

Означает ли это, что вирусы не живые? Например, амеба использует питательные вещества и ферменты для поддержания своей жизни, тогда как вирусы полностью зависят от хозяина. С этой точки зрения вирусы не соответствуют метаболическим критериям жизни. Однако некоторые утверждают, что, поскольку вирусы захватывают метаболизм хозяина для репликации, они демонстрируют поведение, подобное поведению жизни.

Если мы считаем питательные вещества источниками свободной энергии, клетка использует энергию из окружающей среды для построения того, что ей нужно. По мере того, как клетка поглощает энергию из окружающей среды, она строит и поддерживает свои внутренние структуры —такие как белки и мембраны.

Он также выделяет побочный продукт — углекислый газ, который способствует беспорядку во внешней среде. Вирусы также делают это. Они создают свои структуры, используя внешнюю среду, в данном случае клетку-хозяина. Побочные продукты вирусов могут быть тем, что делает нас больными.

По мере того, как мы изучаем сложности биологии, становится ясно, что определение самой жизни — это совсем не просто. Вирусы проявляют как живые, так и неживые черты, что влияет на то, как мы подходим к лечению, например, к противовирусным препаратам, предназначенным для блокирования их репликации внутри клеток-хозяев.