Czy wirusy są żywe i czy zaliczyć je do biotopu czy biocenozy?

Cyk życiowy wirusa, ilustracja autorstwa YK Times - Redrawn from Virusreplication.png using Adobe Illustrator., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1749484

A było to tak, pewna nauczycielka napisała „Uczennica kl. 8 zastrzeliła mnie pytaniem przy okazji tematu o ekosystemach: czy wirusy należą do biotopu czy biocenozy? (niby nie wykazują czynności życiowych, ale żeby były elementem biotopu?)”. Nie ma głupich pytań, są tylko zbyt lakoniczne odpowiedzi. Na postawione wyżej pytanie można odpowiedzieć lakonicznie i obszernie. W niższym artykule pojawią się obie.

Dlaczego takie pytanie? Połączenie dwóch informacji, po pierwsze, że wirusy są z pogranicza życia bo nie wykazują wszystkich cech organizmów żywych, po drugie uproszczona definicja ekosystemu i dzielenie na elementy nieożywione (biotop) i żywe (biocenoza). Logicznie rzecz składając można powiedzieć, że skoro wirusy nie są w pełni żywe to powinny być zaliczone do biotopu?

Na początek rozwieję wątpliwość – wirusy należy zaliczyć do biocenozy. To była odpowiedź lakoniczna. Pora na bardziej obszerną. Żeby to szczegółowo wyjaśnić i solidnie podeprzeć argumentami, rozważymy kilka kwestii:

1. Czy wirusy są żywe i czy zaliczać je do organizmów żywych czy też nie?
2. Czy aktualny jest podział na materię ożywioną i nieożywioną?
3. I w końcu czy biotop + biocenoza = ekosystem?

Skąd wątpliwości przy włączaniu wirusów do świata ożywionego, do organizmów żywych? W dostępnych dla ucznia i nauczyciela popularnych opracowaniach takie można spotkać definicje:

„Wirusy – twory istniejące na pograniczu materii ożywionej i nieożywionej, zbudowane z kwasu nukleinowego i białkowej otoczki (kapsydu). Jedynym przejawem życia wirusów jest ich zdolność do namnażania się, lecz tylko w obrębie zainfekowanej komórki (…)”. (Słownik biologia 2007). Proszę zwrócić uwagę na określenie „twory”. Bo nie można je uznać za organizmy? Ten problem będzie się jeszcze pojawiał w dalszej części niniejszych rozważań.

A zatem pogranicze życia i nie-życia, materii ożywionej i nieożywionej. Wirusy są nie całkiem żywe? Termin materia ożywiona i nieożywiona wywodzi się z dawnych czasów, gdy uważano, że organizmy żywe zbudowane są z innej materii niż to, co nie jest żywe. Dawno już to rozstrzygnięto, że zarówno organizmy żywe, jak i cała nieożywiona reszta, składają się z tych samych pierwiastków, z tej samej fizycznej i chemicznej materii. Nie ma granicy jakości surowców a jest różnica w organizacji. Zmieniła się teoria, paradygmat a niektóre słowa pozostały jeszcze w użyciu. Aczkolwiek mają już inne znaczenie. Podobnie ze związkami organicznymi i nieorganicznymi – kiedyś uważano, że związki chemiczne, powstające w organizmach żywych, nie mogą powstawać poza organizmami, stąd nazwy związki organiczne i nieorganiczne (chemia organiczna, chemia nieorganiczna). Nauka udowodniła, że nie jest to prawdziwe, niemniej w zwyczajowych wypowiedziach pozostały te określenia. Używamy ich ale w innym rozumieniu niż kiedyś. I może jeszcze jeden przykład. W życiu codziennym używamy pojęcia kobiece łono. Miejsce, z którego wychodzi dziecko. Współczesna anatomia człowieka używa innych pojęć: macica, jajniki, jajowody, pochwa, wargi sromowe itd. Błędem byłoby jednak próbować ustalić, z czego się składa łono kobiece, używając współczesnych terminów anatomicznych. To pojęcia z innej bajki, tylko częściowo na siebie zachodzące. Używamy ich ale w nieco odmiennych kontekstach i w innym celu. Pozornie chodzi tylko o to samo. Łono kobiece wywodzi się z dawnego pojmowania ciała człowieka, razem z flegmami, humorami i żółciami. Kiedyś było terminem naukowym teraz jest tylko poetyckim i zwyczajowym określeniem.

Owszem, w ekologii dla uproszczenia używa się pojęć takich jak materia nieożywiona. Trzeba jednak zdawać siebie sprawę z ograniczeń takich określeń. I historycznego kontekstu.

Teoria komórkowa powstała w połowie XIX wieku, po obserwacji organizmów roślinnych i zwierzęcych pod mikroskopem. Powstało stwierdzenie, że wszystkie organizmy żywe zbudowane są z komórek a komórka bierze się z innej komórki. Inaczej nie powstaje (nie w wyniku samorództwa). To oczywiście jest pewne uproszczenie, nie uwzględniające ewolucji i dawnej abiogenezy (powstania życia na Ziemi). Czy wirusy wyłamują się z teorii komórkowej? W części tak i dlatego stanowią pewien naukowy i metodyczny problem. W fazie infekcji komórki bakteryjnej, roślinnej, grzybowej czy zwierzęcej procesy metabolicznie wirusa odbywają się wewnątrz komórki gospodarza. A więc wszystko zgodnie z teorią komórkową. Jedynie forma pozakomórkowa (wirion) nie ma budowy komórkowej, nie ma błony komórkowej, wielu elementów komórkowych itd. Jedynie przypomina komórkę a zamiast błony komórkowej ma otoczkę białkową. Na dodatek wirion nie wykazuje metabolizmu. Taki twór (inni mówią o mikroorganizmie) podobny jest do komórki ale nią nie jest. Dlatego w wielu podręcznikach pisze się, że są na pograniczu. Ale pograniczu czego?

Czym są wirusy? Co można znaleźć o nich w książkach i podręcznikach (czyli na jakich informacjach budują swoją wiedzę uczniowie i nauczyciele)? Czyli jakie są źródła wiedzy uczniów. Potrzebne jest to by zrozumieć skąd się biorą takie a nie inne pytania.

Encyklopedia biologia z 2006 roku tak podaje: „Wirusy – czynniki zakaźne [nie używają pojęcia mikroorganizm ale wymijające słowo „czynnik”, w poprzedniej definicji były „twory” – s.cz.] będące na pograniczu między organizmami żywymi a materią nieożywioną. Posiadają one parę właściwości wyróżniających organizmy żywe takich, jak zdolność do reprodukcji. Ze względu na brak komórkowej budowy i spowodowaną tym niemożność samodzielnego przeprowadzania reakcji metabolicznych, samodzielnego poruszania się i rozmnażania poza zainfekowaną komórka gospodarza, nie są jednak prawdziwymi organizmami żywymi. [warto w tym miejscu przypomnieć, że niektóre pasożyty obligatoryjne także nie są w stanie żyć poza organizmem żywiciela – jak są w fazie dyspersyjnej, podobnie jak wiriony wirusów - s.cz.]. Komórkowe formy posiadają zarówno RNA, jak i DNA, wirusy natomiast zawierać mogą wyłącznie RNA lub DNA, ale nigdy oba te kwasy rybonukleinowe równocześnie.” Nie mają własnych rybosomów więc nie są zdolne do samodzielnej syntezy białka. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę znaczące uproszczenie budowy i fizjologii wielu wyspecjalizowanych pasożytów, to także i one nie są zdolne do samodzielnego życia i syntezy wielu składników.

Ciąg dalszy definicji: „Aktualnie wirusy, które nie należą do żadnego z pięciu królestw organizmów żywych, dzielone są na grupy (…)”. Tak, to prawda, nauki biologiczne mają kłopot z wirusami bo nie mieszczą się w pełni w niektórych przyjętych schematach. Z wirusami naukowcy borykają się od lat. Póki co nie zostały jednoznacznie umieszczone na drzewie życia i niejako czekają na wiążące rozstrzygnięcia. I na konsensus naukowy. Niemniej istnieje międzynarodowa komisja klasyfikacji wirusów, tak jak i innych organizmów.

Twory, czynniki, cząstki czy organizmy? Jak określać wirusy? Pojęcie organizmu jest nieostre. Zrozumiałe ale nieostre. Zatem używanie pojęcia mikroorganizmy w stosunku do wirusów jest uzasadnione choć budzi pewne kontrowersje. Nie mają budowy komórkowej? Ale jak są w komórce gospodarza… to funkcje życiowe odbywają się w komórce! Jak w mini ekosystemie. Do tego jeszcze wrócimy. Podkreślmy, że wirusy są bez wątpienia pasożytami komórkowymi, bardzo starymi filogenetycznie. W książkach i podręcznikach spotkamy dwa podejścia: że stanowią „urwany”, usamodzielniony fragment komórki (a w zasadzie element genetyczny), który usamodzielnił się i wyspecjalizował w pasożytnictwie, (w analogii do plazmidów czy ruchomych elementów genetycznych w komórce). Drugie podejście to wskazywanie na dawne pochodzenie, jeszcze z okresu życia przedkomórkowego. Ewolucja stwarza problem granicy. Skoro życie powstało np. w bulionie pierwotnych (albo w fumarolach), to musiała być faza ewolucji przed-komórkowej. Czy nie uznać tego za procesy życiowe? Od kiedy zaczyna się życie jest pytaniem zasadniczym. I bardzo inspirującym już przez stulecia. Od wielu dziesięcioleciu (a w zasadzie stuleci) świat naukowy się z tym zmaga. To jedno z bardzo ważnych, fundamentalnych pytań ciągle nas nurtujących.

Kolejne źródło wiedzy szkolnej o wirusach, z Wikipedii (najłatwiejsze w dostępie źródło). „Wirusy (łac. virus „trucizna, jad”) – niewielkie cząstki zakaźne infekujące wszystkie formy życia, niezdolne do namnażania się poza komórką gospodarzem. [kolejne określenie "cząstki zakaźne" , próbujące poradzić sobie z określeniem organizm czy nie organizm - s.cz.] Wirusy nie mają struktury komórkowej, własnych układów metabolicznych, ani nie zawierają organelli. W związku z tym nie zalicza się ich do organizmów. Z drugiej strony do żywych istot upodabnia je zdolność do reprodukcji, posiadanie genów i podleganie ewolucji [te cechy wskazują, że nie można zaliczyć wirusów do biotopu, ale o tym jeszcze będzie niżej]. Najprostsze wirusy są zbudowane z kwasu nukleinowego stanowiącego ich genom oraz otaczającego go płaszcza białkowego zwanego kapsydem. Zawierają jeden z dwóch kwasów nukleinowych – RNA (wirusy RNA) albo DNA (wirusy DNA), w którym zawarta jest informacja potrzebna do wytworzenia cząstek potomnych. Wirusy są wewnątrzkomórkowymi pasożytami bezwzględnymi – są całkowicie zależne od żywych komórek pełniących rolę ich gospodarza. Niektóre wirusy mają własne enzymy [to warto podkreślić, że jednak jest jakiś znikomy aparat metaboliczny], ale nie pozwalają im one na samodzielne powielanie się czy wykorzystanie informacji z własnego genomu. Do namnażania wykorzystują maszynerię komórki będącej żywicielem. Są obecne w praktycznie każdym ekosystemie, także w środowiskach o ekstremalnych warunkach dla rozwoju życia. Są wielokrotnie liczniejsze niż bakterie i wszystkie inne organizmy razem wzięte.”

Metabolizm i namnażanie się tylko w komórce, gdzie trudno wyodrębnić części wirusa od części gospodarza (niektóre są niejako wspólne), rozmywa się niejako w tym środowisku makromolekuł. Tak jak osobniki w ekosystemie. Trudno jednoznacznie ustalić, które cząstki należą do wirusa a które do gospodarza. Podobnie wygląda sprawa z symbiozą (mutualizmem) – uzależnienie od siebie partnerów jest tak duże, że jeden nie może istnieć bez drugiego a wiele szlaków metabolicznych jest wspólna. Podobnie z obligatoryjnymi pasożytami (w tym przypadku dawniej używało się również terminu symbioza, zobacz Co to jest symbioza czyli o zawiłościach zależności międzygatunkowych).

Przejdźmy do trzeciej definicji, tym razem z Encyklopedii biologicznej (2000), napisanej przez naukowców (bardzo szeroki zespół autorski). „Wirusy (łac. virus = jad) – mikroorganizmy [użyte jest pojęcie organizmu! Notabene w starszych podręcznikach akademickich też tak były traktowane - s.cz.] zawierające jako materiał genetyczny DNA lub RNA, namnażające się wyłącznie wewnątrz żywej komórki gospodarza (bakterii, rośliny lub zwierzęcia [także grzybów – s.cz.]). Kwas nukleinowy koduje wirusowe białka strukturalne i enzymy konieczne do ekspresji wirusowych genów i replikacji genomu. [wirus jest niejako samą informacją biologiczną, wykorzystującą metabolizm komórki gospodarza do replikacji]. Genom osłonięty jest jednostkami białkowymi (kapsomerami), tworzącymi kapsyd. Duże wirusy (pokswirusy) mają budowę złożoną. Proste wirusy zbudowane są z genomu i białka strukturalnego. [nie ma więc ani błony komórkowej, ani organelli ani innych struktur komórkowych], wirusy o bardziej złożonej strukturze zawierają glikoproteiny, lipidy i różne enzymy. Niektóre wirusy mają lipoproteinową osłonkę [tu analogia do błony komórkowej jest już wyraźniej zaznaczona]. Wirusy występują w dwóch postaciach funkcjonalnych: pozakomórkowej (spoczynkowej), określanej jako wirion, oraz wewnątrzkomórkowej (aktywnej) zawierającej w komórce gospodarza materiał genetyczny pozbawiony białkowego płaszcza. [czy za część wirusa uznać tylko materiał genetyczny? A co z enzymami, rybosomami itd., z którymi współpracuje? ] Wirusy wykorzystują procesy metaboliczne komórki gospodarza do namnażania się i tworzenia potomnych cząstek (…); namnażając się hamują syntezę komórki. [są jak kukułka, podrzucająca swoje „jajko-DNA/RNA” by inne ptaki ponosiły koszty wysiadywania, wykarmienia] (…) Największe (np. pokswirusy) osiągają wymiary ponad 300 nm, są zatem większe od niektórych bakterii.” Wirusy mają swoją klasyfikację, zajmuje się nią Międzynarodowy Komitet ds. Taksonomii Wirusów, powołany w 1966 roku. Klasyfikacja opiera się na własnościach wirionu, organizacji genomu i sposobie replikacji

W książkach akademickich wirusy znajdziemy w podręcznika do mikrobiologii (organizmów w skali mikro).

Biologia bakterii (1979) – wirusy omówione są w osobnym rozdziale, przed bakteriami. „Wirusy są to wewnątrzkomórkowe pasożyty zwierząt, roślin i bakterii [w tym czasie grzyby zaliczane były do roślin, więc nie ma ich wymienionych w tym zestawieniu], zdolne do reprodukcji, ale – w odróżnieniu od wszystkich innych żywych organizmów pozbawione własnego metabolizmu (…) Cykl życiowy wszystkich wirusów obejmuje dwie fazy. W fazie wegetatywnej, wewnątrzkomórkowej – wirus staje się niewykrywalny morfologiczne. O jego obecności wnioskować można na podstawie zmian, jakie wywołuje. [Obecnie, dzięki znacznie bardziej zaawansowanym narzędziom, wirusy w tej fazie się wykrywa, a w zasadzie jego informację genetyczną](…)Wirusy pojawiają się w pewnym momencie w komórce w postaci form dojrzałych i wydostają się na zewnątrz. Wiąże się to z przejściem wirusa w postać wiriona. Wirus w fazie spoczynkowej, czyli wirion, ma już określoną morfologię.”

Kolejny podręcznik akademicki - Władysław J.H. Kunicki-Goldfinger „Życie Bakterii” (1982), w rozdziale pt. „Co to są drobnoustroje i jak się je bada” omówione są wirusy. „Nazwą „drobnoustroje” obejmujemy następujące, nierównorzędne zresztą pod względem systematycznym, grupy organizmów [a zatem poprawne jest nazywanie wirusów organizmami bo jest to termin używany przez naukowców w odniesieniu do wirusów]: a) wirusy; b) bakterie i organizmy bakteriopodobne; c) grzyby (zazwyczaj z wyłączeniem grzybów kapeluszowych, niezależnie od stanowiska systematycznego; d) glony jednokomórkowe i kolonijne, z wyłączeniem glonów plechowych; e) pierwotniaki.”

Poza tym tradycyjnym podziałem stosuje się inny, „bardziej naturalny, opierający się na uwzględnieniu istotnych różnic cytologicznych i fizjologicznych oraz prawdopodobnych stosunków filogenetycznych (….) wyróżnimy trzy zasadnicze grupy, zasługujące w istocie na miano nadkrólestw: a) Virales, czyli wirusy; b) Prokaryota (bakterie, organizmy bakteriopodonne – Mycoplasmatales, riketsje oraz sinice); c) Eucaryota.” Były więc próby tworzenia osobnej jednostki systematycznej dla wirusów w randze nadkrólestwa. Współcześnie nie ma chyba jednak konsensusu naukowego i różnie to w podręcznikach jest przedstawiane. Często – w tych popularnych – poprzez przemilczenie tego kłopotliwego tematu.

Dalej u Kunickiego-Goldfingera znajdujemy takie stwierdzenia: „Żywy organizm moglibyśmy określić jako zbudowany z wielocząsteczek białkowych i nukleinowych, samootwarzający się i samoregulujący system otwarty (a więc w różnym stopniu sprzężony przepływem materii, energii i informacji ze środowiskiem i zachodzącymi tam procesami).” Ta definicja organizmu żywego jest szersza w stosunku do teorii komórkowej. Bardziej uniwersalna. W niej mieszczą się wirusy.

I dalej w tym podręczniku akademickim: „Virales, czyli wirusy, zbudowane są z kwasów nukleinowych, zawierających informację genetyczną niezbędna dla odtwarzania potomnych cząstek wirusa i syntezy enzymów, które by ten proces mogły przeprowadzić. Brak im jednak własnych układów enzymatycznych, jakie są potrzebne do pobierania pokarmu i przeprowadzania procesów metabolicznych (uzyskiwanie energii. Synteza enzymów i innych białek, budowa nowych cząstek wirusa). Wirusy są to więc organizmy niekompletne, rozporządzające wprawdzie informacją genetyczną, ale nie mające możliwości samodzielnie ani jej przekazać następnym pokoleniom, ani jej odczytać w przebiegu syntezy białek. Muszą więc korzystać z systemów pełnych, jakimi są komórki organizmów, zarówno Prokaryota jak i Eukaryota.” Uwstecznienie budowy a nawet materiału genetycznego jest typowe u obligatoryjnych pasożytów. Stąd ciągle aktualne pytanie: czy ta niepełna budowa wynika z uproszczenia typowego dla pasożytów czy też wynika z filogenezy, tj. zachowania właściwości życia na etapie przedkomórkowym. A jak mogłyby one funkcjonować, gdy nie było jeszcze wyizolowanych ze środowiska komórek? Tu można w skrócie napisać, że biosfera-ekosystem był przed pojawieniem się budowy komórkowej. A jej efektywność (komórka, częściowo wyizolowana ze środowiska) wyparła mniej efektywne, starze formy życia w pierwotnych „ekosystemach”.

Konkluzja z tego podręcznika brzmi tak „Wirusy stanowią więc grupę odmienną od wszystkich istot żywych i wydzielane  jako osobnej jednostki klasyfikacyjnej i systematycznej wydaje się w pełni uzasadnione.” Słuszne jest to zarówno gdy ujmujemy jako osobne nadkrólestwo w opozycji do całej reszty organizmów żywych jak i w określeniu, że są „na pograniczu”. Ni to organizmy żywe ni to układy nieożywione. Teraz oczywiście pojawia się pytanie jak traktować zaawansowane automaty i sztuczną inteligencję? W nowej formie wraca stare pytanie o wirusy i pytanie czym jest życie (biologiczne). Czy może na innych planetach istnieć życie niebiałkowe?

Jeden z kolejnych rozdziałów zatytułowany jest „Na granicy życia - wirusy”. Dobrze oddaje stanowisko nauki – wirusy znacząco odbiegają od innych organizmów żywych i umieszczane są na granicy życia, przynajmniej komórkowego. Potem to określenie często pojawia się w podręcznikach szkolnych, czasem mocno uproszczone w swej lakoniczności co może budzić takie pytanie, jakie przytoczyłem na wstępie.

Na zakończenie sięgnijmy do najnowszego kompendium wiedzy biologicznej dla licealistów, studentów i nauczycieli (a także i naukowców szeroko rozumianych nauk przyrodniczych) Biologia Campbella z 2021 roku. Rozdział 19. nosi tytuł „Wirusy”. Rozpoczyna się podrozdziałem „Zapożyczone życie”. To sformułowanie trafnie oddaje istotę samych wirusów. „W porównaniu z komórkami eukariotycznymi, a nawet prokariotycznymi, wirusy są o wiele mniejsze i mają prostszą budowę. Wirus, pozbawiony struktur i maszynerii metabolicznej obecnych w komórce, jest czynnikiem zakaźnym, będącym niewiele więcej niż zestawem genów zapakowanych w białkowy płaszcz.” W tym przypadku użyto terminu „czynnik zakaźny” zamiast organizm pasożytniczy, chorobotwórczy. Skupia się na pasożytnictwie i wywoływaniu choroby a nie na budowie i relacji do innych organizmów żywych. 

„Czy wirusy żyją czy nie? Ponieważ wirusy są zdolne do wywoływania wielu różnych chorób i mogą się rozprzestrzeniać pomiędzy organizmami, badacze w drugiej połowie XIX wieku [a jak wykazałem wyżej na przykładzie dwóch podręczników mikrobiologicznych także i 100 lat później – s.cz.] dostrzegali ich podobieństwo do bakterii i proponowali, by uznać je za najprostszą formę życia. Jednakże wirusy nie mogą się rozmnażać ani być aktywne metabolicznie poza komórką gospodarza” [ale wtedy konsekwentnie należałoby wykluczyć z organizmów żywych także wiele skrajnie obligatoryjnych pasożytów]. „Większość biologów obecnie badających wirusy prawdopodobnie zgodziłaby się [proszę zwrócić uwagę na brak kategorycznego stwierdzenia a jedynie przypuszczenie: "prawdopodobnie" - s.cz.], że nie są one żywe, ale istnieją na pograniczu organizmów żywych i związków chemicznych” Już nie „materii martwej, nieożywionej” ale właśnie „związków chemicznych” . Takie ujęcie pozwala ominąć rozważania czym jest życie i czy istnieje tylko w formie komórkowej. Unika się w ten sposób kontrowersji. „Proste zdanie, użyte niedawno przez dwóch naukowców, opisuje je dość dokładnie: wirusy prowadzą rodzaj „zapożyczonego życia.”" Niemniej jest to życie. Zatem nawet w najbardziej rygorystycznym podejściu do wirusów nie znajdziemy podstaw by zaliczyć je do biotopu ze względu na ich „nieożywiony” charakter. W tym samym rozdziale autorzy piszą „W tym rozdziale zajmiemy się biologią wirusów – rozpoczniemy od ich budowy, a następnie opiszemy, w jaki sposób się replikują.” Takich stwierdzeń nie stosuje się w odniesieniu do czynników abiotycznych w ekosystemie.

Kolejny podrozdział w tym podręczniku nosi tytuł „Ewolucja wirusów”. „Na początku tego rozdziału postawiliśmy pytanie, czy wirusy są żywe czy nie. Rzeczywiście, nie mieszczą się one w naszej definicji organizmów żywych (…). Czy powinniśmy zatem traktować wirusy jako najbardziej złożone połączenie cząsteczek obecnie w naturze czy też jako najprostsze formy życia? Tak czy inaczej, musimy nagiąć nasze powszechnie przyjęte definicje. Chociaż wirusy nie potrafią się replikować [samodzielnie - s..cz], ani przeprowadzać niezależnych przemian metabolicznych, fakt, iż korzystają z kodu genetycznego powoduje, że trudno jest zaprzeczyć ich ewolucyjnym związkom ze światem ożywionym.”

Wszystkiego w jednym artykule nie da się szczegółowo wyjaśnić. Zasygnalizuję tylko problem początków życia. Najprawdopodobniej wirusy są żywą skamieniałością z początków ewolucji życia biologicznego na Ziemi. W pewnym uproszczeniu można napisać, że najpierw był ekosystem, potem pojawiły się organizmy komórkowe. Wirusy byłyby zatem reliktem z czasów przedkomórkowego świata RNA? Już wtedy były luźnymi elementami o charakterze pasożytów? Obok innych cząstek typu plazmidy i ruchome elementy genetyczne? Nad tym właśnie się głowią naukowcy i szukają rozstrzygających argumentów. Niestety, w skamieniałościach takie struktury się nie zachowują. Znajdujemy jedynie ślady po organizmach komórkowych, bo oddzielająca od środowiska błona komórkowa i ściana komórkowa (u roślin) zostawia ślady w strukturze skały. Pozostają więc próby tworzenia życia syntetycznego, by eksperymentalnie zbadać i udowodnić funkcjonowanie życia przedkomórkowego i poznać początki abiogenezy. Temu poświęcę kolejny wpis na blogu. 

Wiriony można porównać do zarodników i nasion. Dlaczego? Bo są fazą cyklu życia, fazą spoczynkową i dyspersyjną. Podobna funkcja a więc można mówić o analogii (a nie o homologii). Z tym, że wirion w kapsydzie nie ma budowy komórkowej a zarodniki, nasiona i inne propagule mają. Funkcja taka sama choć budowa inna. Można mówić o analogii w cyklu życiowym i funkcjach ekosystemowych a nie homologii (ciągłości filogenetycznej i funkcjonalnej). 

W kolejnej części rozwinę skrót ekosystem = biotop + biocenoza i zajmę się rozważaniem pierwszych ekosystemów, w tym w świecie RNA, świecie przed komórkowym. 

Ciąg dalszy tu: Wirusy - co było pierwsze organizm komórkowy czy ekosystem?

Wykorzystane źródła

• Biologia Campbella z 2021 roku
• Biologia bakterii, K. Kotełko, L. Sedlaczek, T. M. Lachowicz, wyd. drugie. PWN, Warszawa 1979,
• Encyklopedia - biologia, Wyd. Greg, Kraków (wyd. pierwsze w 2006 roku)
• Encyklopedia biologiczna. Wszystkie dziedziny nauk przyrodniczych, T. XI Tk-Wr, Kraków 2000.), hasło „Wirusy” napisane przez prof. dr hab. Izabela Zgórniak-Nowosielska z Uniwersytetu Jagiellońskiego
• Władysław J.H. Kunicki-Goldfinger Życie Bakterii, wyd. IV zmienione, PWN, Warszawa 1982, 
• Słownik biologia (z dopiskiem na okładce „wydanie polecane przez nauczycieli”) Wyd. Greg, Kraków 2007
• Wikipedia, hasło „Wirusy” https://pl.wikipedia.org/wiki/Wirusy (dostęp kwiecień 2021)
• 
  

Czytaj też: Planeta wirusów. Czy wirusy sterują życiem na Ziemi? (książka Carla Zimmera)

Planeta wirusów. Czy wirusy sterują życiem na Ziemi? (książka Carla Zimmera)

Znakomita opowieść o wirusach, połączenie aktualnej wiedzy, przystępnie podanej, z historią nauki i zawiłymi drogami do odkryć naukowych. Książka bardzo na czasie, wyjaśniająca czym są wirusy i jaki miały i mają wpływ na procesy toczące się w biosferze, nie wyłączając Homo sapiens i ewolucji. Polecam nauczycielom i naukowcom, którzy kurs mikrobiologii zakończyli kilka lub kilkanaście lat temu. Znajdą dużo nowości. Gorąco polecam młodym (ale i wszystkim pasjonatom nauk biologicznych, niezależnie od wieku)  ludziom, zgłębiającym tajniki biologii oraz ... filozofom. Z pewnością się przyda, by zrozumieć obecny stan wiedzy przyrodniczej. 

Największym zdziwieniem z lektury wspomnianej książki jest to, że wirusy są wszędzie i w ogromniej liczbie. I że najprawdopodobniej odegrały i odgrywają znaczącą rolę w ewolucji. A na pewno wnoszą dużo do poznania istoty życia.

Książka spodoba się tym, którzy szukają opowieści o historii nauki, od wirusa mozaiki tytoniowej, przez wirusy przeziębienia, bakteriofagi, wirusy grypy, HIV, SARS, MERS, Sars-Cov-2, po mimiwirusy i megawirusy czy wirofagi. Jak na przestrzeni dziejów dochodziło do odkryć? W tym przypadku do odkryć wirusów. Niektóre wielkie odkrycia wydają się z początku gigantycznymi pomyłkami. Fascynujące fakty z poszukiwań, popełniania błędów i kluczenia w złożonym świecie przyrody. Od opisów ze starożytności do sekwencjonowania genomu wirusów, odkrywania nieznanych wirofagów, megawirusów i opracowywania szczepionek. W tym o prób poprzedzających terapie antybiotykowe w postaci wykorzystania bakteriofagów. 

Słowo wirus wywodzi się z łaciny, oznaczało jednocześnie jad węża oraz męskie nasienie (śmierć i życie). Odkrywca wirusów - Beijernick - zapożyczył słowo ze starożytności i nadał mu nowe znaczenie. Na zakończenie tej książki pojawia się  nawiązanie do tej dualistycznej w znaczeniu nazwy: "Wirusy faktycznie mogą być wyrafinowanie zabójcze, ale jednocześnie wyposażyły one świat ożywiony w jeden z najważniejszych jego wynalazków [chodzi o DNA ]. Po raz kolejny więc kreacja i destrukcja tworzą jedno." 

Tak małe, że ich długo nie potrafiliśmy wyizolować i zobaczyć, a jednocześnie zaskakująco duże, że mylone były czasem z bakteriami. Są ważnymi aktorami w ziemskiej biosferze i jej ekosystemach. Przenoszą materiał genetyczny między gatunkami (horyzontalny transfer genów), dostarczają nowego materiału genetycznego do procesów ewolucji. W końcu regulują liczebność dużej liczby gatunków, w tym Homo sapiens. Ewoluują szybciej niż cokolwiek innego na Ziemi. Gdziekolwiek wirusolodzy nie sięgną, tam napotykają ogromną różnorodność wirusów. Ten świat dopiero zaczynamy odkrywać. Do 2019 roku  odkryto ponad 200 tysięcy gatunków wirusów. Niektórzy naukowcy szacują, że na Ziemi może istnieć 100 bilionów gatunków wirusów (w większości zasiedlających morza i oceany). Wiem, że pojęcie "gatunek" w odniesieniu do wirusa może szokować. Ale autor takich właśnie używa terminów. 

Od samego początku badacze nie mogli się zdecydować czy wirusy są żywe czy należą do świata nieożywionego. Początkowo nazywano je mikrobami ale ciągle pojawiały się wątpliwości. Można je np. krystalizować. W takiej postaci mogą długo przetrwać i zachować swoje właściwości pasożytnicze. W 1935 roku napisano "Odwieczny podział na żywe i martwe traci na swojej ważności". Bo wirusy były gdzieś pomiędzy. Osłonięte są białkowymi osłonkami i zawierają zaledwie kilka genów (potem odkryto megawirusy i to określenie przestało być w pełni aktualne - mogą mieć więcej genów niż niektóre bakterie).

Wirusy wklejają się do genomu swoich gospodarzy. Tak działają retrowirusy (retrowirusy endogenne). W niektórych przypadkach organizm przejmuje wirusowe geny z pożytkiem dla siebie. Mimo "uwięzienia" retrowirusa w genomie swojego gospodarza, czasem endogenny retrowirus wciąż może produkować kopie swojego genomu, wbudowujące się następnie do DNA gospodarza. Każdy z nas - jak podkreśla aktor Planety Wirusów - posiada w swoim genomie około 100 tysięcy fragmentów retrowirusowego DNA. To jak poprowadzić linię graniczną między tym co żywe a nieożywione i między naszym organizmem a innymi istotami, w tym wirusami? Moim zdaniem pojęcie hologenomu ma spory potencja objaśniający. Kontinuum życia a nasze genomy pełne są wirusów lub fragmentów wirusów. Nie ma "nas" i "ich" - jedynie płynna, wewnętrznie przenikająca się mieszanina DNA.

Co mnie zaskoczyło? To, że "ludzki genom złożony jest częściowo z tysięcy wirusów, które infekowały naszych odległych przodków" oraz "życie na Ziemi mogło zacząć się cztery miliardy lat temu właśnie od wirusów." Moją uwagę zwróciła także wirusowa wersja rozmnażania płciowego. Gdy do komórki wnikają dwie różne odmiany wirusa (np. grypy), to kopiują się obie odmiany wewnątrz tej samej komórki i może zachodzić rekombinacja, "wymieszanie" genów i fragmentów tych dwóch różnych odmian wirusa. Powstaje coś nowego, potomnego, o zmienionej strukturze. Efekt taki sam jak przy procesach płciowych i typowym rozmnażaniu płciowych. W przypadku wirusów mówi się o skoku antygenowym.

Jak wirusy przemieszczają się w biocenozach? Jak "przeskakują " z gatunku na gatunek (wirusy odzwierzęce w naszym przypadku). Dlaczego do tej pory udało się całkowicie wyeliminować jedynie dwa wirusy: ospy prawdziwej i wywołującego chorobę bydła - kręgosusz. W jaki sposób globalne ocieplenie ułatwia  rozprzestrzenianie się chorobotwórczych wirusów i jaki w tym udział mają komary? To wszystko znajdziecie w omawianej książce. Oraz to, jak talibowie w Afganistanie mordowali szczepiących dzieci medyków i uniemożliwili całkowite wyeliminowanie polio (groźna choroba). Antynaukowe ruchy proepidemików (antyszczepionkowców) w jednych krajach walczą hejtem i fake newsami, w innych kałasznikowami, a jeszcze w innych otumaniają populistyczne władze, które w tych ruchach widzą swój elektorat. Na przeszkodzie wyeliminowania niektórych chorobotwórczych wirusów stają wojny i ubóstwo. Pomijając wcześniej wspomniana ludzką głupotę.

W 2000 roku Międzynarodowa Komisja Taksonomii Wirusów oficjalnie ogłosiła "Wirusy nie są organizmami żywymi". Jednym a argumentów była wielkość wirusów. Ale potem odkryto mimiwirusy (od mimikry, upodobniania się do bakterii) i megawirusy zawierające 1-2,5 tysiąca genów, w tym enzymy naprawcze DNA. Przez lata wirusy były uważane jedynie za odrzucone kawałki materiału genetycznego. Ale wirusowa fabryka wirusa-giganta działa i podobna jest w pewnym stopniu do żywej komórki. I co zaskakujące, może być atakowana przez swojego własnego wirusa (odkrycie La Scoli w 2008 roku). Ten rodzaj wirusa nazwany został wirofagiem.  Do roku 2019 zidentyfikowano już 10 takich wirofagów. Wspomagają one organizmy żywe gdyż zabijają wirusy-giganty, odpowiedzialne za wywoływanie niektórych chorób. Co więcej "niektóre komórki żywe pozwalają wręcz wirofagom przechowywać fragmenty ich wirusowego DNA w swoim komórkowym DNA. Geny wirofaga ożywają jedynie w przypadku ataku wirusa-giganta." Czyż nie jest to fascynująca opowieść?

"Prowadzenie ostrej granicy między życiem i nie-życiem nie tylko utrudnia nam zrozumienie wirusów, ale też oddala nas od zrozumienia tego, jak w ogóle życie powstało." Klasy dyskrecji czyli pooddzielane wyraźnymi granicami byty i pojęcia czy raczej ciągłość (kontinuum) procesów i zjawisk? 

To, co mnie bardzo w omawianej książce zaintrygowało, to odniesienia do wczesnych etapów powstania życia na Ziemi i świata RNA: "Możliwe na przykład, że jednoniciowe cząsteczki RNA stopniowo rosły i nabywały zdolności do kopiowania siebie. Próby precyzyjnego zdefiniowania momentu, kiedy takie cząsteczki RNA uzyskują atrybuty bycia "żywymi", jedynie odwraca naszą uwagę od stopniowego charakteru całego procesu, prowadzącego do życia takiego, jakim je znamy dziś. W świecie RNA życie mogło ograniczać się do ulotnych koalicji genów, które czasami dawały sobie radę same, a czasami uszkadzane były przez inne geny działające jak pasożyty. Niektóre z tych pierwotnych pasożytów mogły wyewoluować w pierwsze, prymitywne wirusy, które kontynuują swoją replikację aż do dziś."

Carl Zimmer, Planeta Wirusów. Czy wirusy sterują życiem na Ziemi? Ilustracje Ian Schoenherr, tłumaczenia Szymon Drobniak, Copernicus Center Press, Kraków 2021, ISBN 978-83-7886-591-9

Czytaj też:

• Czy wirusy są żywe i czy zaliczyć je do biotopu czy biocenozy?
• Wirusy - co było pierwsze organizm komórkowy czy ekosystem?

Wirusy - co było pierwsze organizm komórkowy czy ekosystem?

Stylizowany przekrój wirusa AIDS, autor Los Alamos National Laboratory  https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4210467

Wirusy od dawna stanowią problem w umiejscawianiu ich w klasyfikacji świata żywego. W szczególności w podręcznikach szkolnych. Bo nie wykazują wszystkich atrybutów organizmów żywych. Stawiane są więc  na granicy świata żywego. Stąd rodzą się różne pytanie, na przykład takie: pewna nauczycielka napisała „Uczennica kl. 8 zastrzeliła mnie pytaniem przy okazji tematu o ekosystemach: czy wirusy należą do biotopu czy biocenozy? (niby nie wykazują czynności życiowych, ale żeby były elementem biotopu?)”. Nie ma głupich pytań, są tylko zbyt lakoniczne odpowiedzi. Na postawione wyżej pytanie można odpowiedzieć lakonicznie i obszernie. W niższym artykule pojawią się obie (czytaj część 1.  Czy wirusy są żywe i czy zaliczyć je do biotopu czy biocenozy?).

Dlaczego takie pytanie? Połączenie dwóch informacji, po pierwsze, że wirusy są z pogranicza życia bo nie wykazują wszystkich cech organizmów żywych, po drugie uproszczona definicja ekosystemu i dzielenie na elementy nieożywione (biotop) i żywe (biocenoza). Logicznie rzecz składając można powiedzieć, że skoro wirusy nie są w pełni żywe to powinny być zaliczone do biotopu?

Na początek rozwieję wątpliwość – wirusy należy zaliczyć do biocenozy. To była odpowiedź lakoniczna. 

Pora na bardziej obszerną. Żeby to szczegółowo wyjaśnić i solidnie podeprzeć argumentami, rozważyliśmy (w części pierwszej) już kilka kwestii:

1. Czy wirusy są żywe i czy zaliczać je do organizmów żywych czy też nie? (są tworami żywymi, niepełnymi organizmami, czasem określane jako życie zapożyczone - typowe dla pasożytów).
2. Czy aktualny jest podział na materię ożywioną i nieożywioną? (nie, to podział historyczny i niepełny, nie pasuje do współczesnego paradygmatu).
3. I w końcu czy biotop + biocenoza = ekosystem? (wirusy to element biocenozy bo odnoszący się do organizacji życia i metabolizmu).

W kolejnej części rozwinę skrót ekosystem = biotop + biocenoza i zajmę się rozważaniem pierwszych ekosystemów, w tym w świecie RNA, świecie przedkomórkowym. W pierwszej części Czy wirusy są żywe i czy zaliczyć je do biotopu czy biocenozy? przekonywałem, że wirusy jako elementy ożywione należy zaliczyć do biocenozy.

W książkach i podręcznikach spotkamy dwa podejścia: pierwsze, wirusy stanowią „urwany”, usamodzielniony fragment komórki (a w zasadzie element genetyczny), który usamodzielnił się i wyspecjalizował w pasożytnictwie (w analogii do plazmidów czy ruchomych elementów genetycznych w komórce). Drugie podejście to wskazywanie na dawne pochodzenie, jeszcze z okresu życia przedkomórkowego. Ewolucja stwarza problem granicy. Skoro życie powstało np. w bulionie pierwotnych (albo w fumarolach), to musiała być faza ewolucji przed-komórkowej, przed-organizmalnej. Czy te wczesne etapy nie uznać za procesy życiowe? Od kiedy zaczyna się życie jest pytaniem zasadniczym. I bardzo inspirującym już przez stulecia. Od wielu dziesięcioleciu (a w zasadzie stuleci) świat naukowy się z tym zmaga. To jedno z bardzo ważnych, fundamentalnych pytań, ciągle nas nurtujących. Bo to jest także pytanie o przyszłość.

Warto pytać o to, jakie było to życie przedkomórkowe. A co było pierwsze organizmy czy ekosystemy? Czy były ekosystemy z elementami przedkomórkowymi? Staram się wykazać, że tak. Że były metabolizmy i ekosystemy (z relacjami między tymi elementami) w świecie przedkomórkowych i przedorganizmalnym. A zatem najpierw powstały ekosystemy a dopiero potem organizmy komórkowe.

Biotop + biocenoza = ekosystem to równanie jest niezbyt niepoprawne, bardzo uproszczone, w symboliczny sposób wskazujące, że w ekosystemie są elementy świata nieożywionego jak i organizmy (świat ożywiony). Właściwsze byłoby równanie: biotop + biocenoza < ekosystem. Ekosystem to coś więcej niż prosta suma elementów składowych (w tym przypadku bardzo uproszczona, bo składająca się z zaledwie dwóch: biotopu i biocenozy). 

W życiu biologicznym liczy się organizacja i relacje między elementami tego systemu. Można więc analizowane równanie zapisać i tak: biotop + biocenoza + coś = ekosystem.  Ale wtedy rodzi się pytanie o to coś więcej. Dawniej to "coś" nazywano tajemniczą siłą vis vitalis. Mimo wieloletnich badań i poszukiwań nie znaleziono niczego pozamaterialnego jako owej vis vitalis. W życiu biologicznym (dla ewentualnego odróżnienia od innych pojęć, związanych z życiem, np. życie społeczne, życie kulturowe itp.), rozkładając je na elementy składowe, stwierdzono istnienie tylko i wyłącznie elementów fizycznych i chemicznych, materialnych oraz oddziaływań przyrodniczych, które dobrze opisuje fizyka i chemia. A tam nie ma domniemanej vis vitalis. Materia organiczna (czyli ta, z której zbudowane są organizmy żywe), jest taka sama jak materia nieorganiczna (fizyczna, związki chemiczne). Tak więc nie ma merytorycznego sensu dzielenia na materię organiczną i nieorganiczną, to tylko tradycja już bez jej pierwotnego epistemologicznego znaczenia, tylko słowna zaszłość historyczna (tak jak korzystamy z pojęcia łono kobiece mimo, że mamy lepsze określenia: macica, pochwa, jajowód itd.). Pusty, słowny rytuał. Różni je tylko organizacja ułożenia atomów, ale to ciągle ta sama materia. Tym czymś dodatkowym jest organizacja i wzajemne relacje między elementami, zarówno na poziomie molekularnym jak i osobniczym czy ekosystemowym. Na poziomie organizmu wielokomórkowego te relacja opisuje fizjologia, na poziomie ekosystemu - ekologia.

Relacje (oddziaływania - tym zajmuje się ekologia) są z pozoru ulotne. Bo jeśli rozebrać zegarek lub komputer na części składowe to namacalnie, na wadze, w mikroskopie itd. nie zobaczymy tej "organizacji". A przecież rozebrany zegarek czy komputer po prostu nie działa. Rozkładając na części zmieniliśmy organizację przestrzenną elementów... i przestało działać. W pewnym sensie nic materialnego nie odjęliśmy by "uśmiercić" zegarek, telefon czy komputer. Nie ujęliśmy ale zmieniliśmy położenie i relacje. Organizacji i relacji nie można zważyć, zmierzyć i policzyć. A jednak jest niezwykle ważna. Trzeba ją analizować i opisywać zupełnie inaczej. 

Przejdźmy do definicji, które mnożna spotkać w podręcznikach. „Ekosystem: jest to dowolny fragment biosfery, w którym grupa organizmów realizuje procesy produkcji i dekompozycji, przy chociaż częściowo zamkniętym obiegu materii, z wykorzystaniem przepływającej przez ten system energii. Elementami nieożywionymi ekosystemu są pule związków chemicznych: akceptorów i donorów elektronów, substratów mineralnych i organicznych” (Weiner 1999, 2021). W definicji jest mowa o organizmach. Ale w drugiej części jest zwrócenie uwagi na to, co dzieje się na poziomie molekularnym, chemicznym.

Także w powyższej definicji pojawiają się organizmy. Czy wirusy są organizmami? Samodzielnymi organizmami (Oczywiście to zależy jak zdefiniujemy "organizm")? Ale można napisać, że nie, bo samodzielnie nie mają budowy komórkowej. Dalej jednak trudno wirusy przyporządkować do elementów nieożywionych czyli puli związków chemicznych w środowisku. 

Jeśli przyjmiemy w ujęciu filogenetyczny, że najpierw powstały organizmy a dopiero potem te organizmy, wchodząc ze sobą w różne relacje, zbudowały ekosystemy, to wirusy należałoby traktować jako "urwane" fragmenty organizmów. A co, jeśli najpierw były szeroko pojęte ekosystemy, w trakcie ewolucji których wyodrębniły się organizmy?  W takim ujęciu wirusy są żywą skamieniałością. 

Jeśli przyjmiemy, że wirusy pojawiły się później, po powstaniu organizmów, jako skrajnie uproszczone pasożyty lub nawet jako "urwane", usamodzielnione elementy genomów, to także pozostają elementami ekosystemów. Trudność w zaliczeniu ich do biocenozy czy biotopu wynika z uproszczonego, starego definiowania ekosystemu. A jeśli koniecznie trzeba je zaklasyfikować, to na pewno w części biocenozy a nie biotopu.

Wirusy to tylko przykład tego, jak trzeba patrzeć na ekosystemy i organizmy. Ważna jest organizacja i relacje między organizmami. Na przykład, czy sztuczną zastawkę w sercu lub inną protezę, implant w organizmie człowieka itd. zaliczyć do części organizmu czy nie? To element biocenozy czy biotopu? Jeśli cały organizm człowieka zaliczamy do biocenozy, to dlaczego jego części mielibyśmy zaliczać do biotopu? A sztuczna nerka czy respirator w szpitalu? A roboty, które już się pojawiają? Przed takimi wyzwaniami stoi współczesna nauka i z pewnością stare definicje szkolne są niewystarczające. Biologia jest niezwykle dynamicznie rozwijająca się dziedziną nauki. Ciągle pojawiają się nowe fakty, nowe koncepcje, z którymi musimy się zmagać.

Ciągle ważny jest problem cech organizmów żywych i istoty życia. "W szkole uczono mnie, że organizmy żywe charakteryzuje zbiór konkretnych cech: ruch, oddychanie, wrażliwość na bodźce, zdolność do wzrostu, reprodukcja, wydalanie i odżywianie. Takie wyjaśnienie dobrze podsumowuje, co robią żywe organizmy, ale nie stanowi wyczerpującego wyjaśnienia istoty życia." (Nurse  2020). Dlaczego dobre opisanie tej istoty jest takie ważne? Potrzebne jest do klasyfikacji istot i zjawisk jakie jeszcze nie znamy, nie spotkaliśmy. Bo przecież życie na innych planetach nie musi opierać się na polimerach węgla a na przykład krzemy. Także ważne jest by wiedzieć od kiedy do kiedy jest życie. 

Ale wróćmy do rozważań o wirusach. Czy wirusy są pasożytami świata przedkomórkowego?  A jednocześnie żywą skamieniałością z bardzo wczesnych etapów ewolucji życia, gdy dopiero tworzyły się komórki? Tak, przekonuję do tego, że wirusy stanowią pozostałość po bardzo pierwotnych ekosystemach. W biologii nic nie da się wyjaśniać bez ujęcia ewolucyjnego i ekologicznego. Obie dwie ważne teorie biologiczne można ująć w slogan/aforyzm: Wszystko ze wszystkiego i wszystko ze wszystkim. Wszystkie układy żywe powstały z innych, i wszystkie elementy są powiązane z wszystkimi innymi. Ewolucja i ekologia (czasem możemy się spotkać z podobnym terminem ewo-dewo).

Co było pierwsze organizm czy ekosystem (system żywy)? Wróćmy do myśli, o pierwotnym ekosystemie świata przedorganizmalnego i domniemanego świata RNA. Wirusy żyją życiem zapożyczonym? Są z pogranicza świata żywego i nieożywionego? Pojawiają się od razy niezwykle ważne pytania, nad którymi ludzkość trudzi się od wielu stuleci, krok po kroku udzielając odpowiedzi. A ciągle jesteśmy niezadowoleni z rezultatów i ciągle wiele zostaje do lepszego poznania.

Jak zaczęło się życie? Czym jest komórka? Wszystko, co żywe jest zbudowane z komórek (teoria komórkowa), zamknięte w przestrzeniach, oddzielających organizm od jego otoczenia. Ta granica w przypadku ekosystemów jest bardziej rozmyta, mniej wyraźna. Być może potrzeba zastosować inne narzędzia myślowe i matematyczne, np. teoria pola i pojęcie zbiorów rozmytych (to już w nauce się dziele). Komórka ma granice, organizm ma granice. Ekosystem i biosfera też mają granice choć bardziej rozmyte. Kolejnym ważnym pytaniem jest to czym jest gen, jako podstawowa jednostka dziedziczności, czym jest mutacja (zmienność), czym jest enzym, czym jest metabolizm (na poziomie molekularnym, na poziomie ekosystemu i całej biosfery). Co to jest drzewo rodowe i filogeneza?

Życie to przede wszystkim cztery podstawowe pierwiastki – CHON (C - węgiel, H -  wodór, O - tlen, N - azot). Jak na martwej Ziemi powstały monomery CHON? Na początku był bulion pierwotny jako ekosystem i były oddziaływania między różnymi makromolekułami, zbudowanymi z tych podstawowych monomerów. Jednym słowem przedkomórkowy świat RNA. Dlaczego RNA? Bo to makromolekuły, które zarówno mogą przechowywać informację genetyczną, wykazują zmienność i mogą ewoluować a zarazem konkurować ze sobą oraz mają właściwości katalityczne, niczym białkowe enzymy. Powoli także eksperymentalnie poznajemy abiogenezę, lecz daleko jeszcze do zadawalających i rozstrzygających rezultatów. Nie tak łatwo odtworzyć powstanie organizacji, coraz bardziej złożonej.

Jak monomery połączyły się w polimery? I gdzie? Bulion pierwotny to pojęcie ogólne. Nie było to rozległe środowisko, raczej wyspowo rozrzucone. Albo w rozproszonych podmorskich fumarolach albo lądowych gejzerach albo gdzieś na powierzchni iłów. To rozproszone i wyspowe środowisko pierwotnej ewolucji ma znaczenie. Bo życie od zawsze rozwija się w heterogennym, nieciągłym i niejednorodnym środowisku..

„Pierwsze etapy narodzin życia wydają się całkiem jasne. Wykorzystując któreś z licznych źródeł energii, aminokwasy powstały spontanicznie (…) z mieszaniny formaldehydu, tioformaldehydu amoniaku i cyjanowodoru. Cukry proste (monosacharydy), z glukozą i rybozą włącznie, zostały utworzone w procesie samokondensacji formaldehydu (…), bardziej złożone cukry, jak deoksyryboza, powstały z acetaldehydu, puryny z cyjanowodoru, a pirymidyny z cyjanoacetylenu. Z rozcieńczonego pierwotnego buliony tych monomerowych składników zostały następnie zsyntetyzowane (…) wyjściowe polimery życia -  białka, węglowodany i kwasy nukleinowe.” (Schopf 2006).  Ten świat RNA poprzedzał powstanie komórek. To świat, w którym istniały byty podobne także do wirusów. Świat i metabolizm, który w części zachował się w pamięci najstarszych komórek. Powstające hipotezy naukowców próbują weryfikować na podstawie tworzonego życia syntetycznego. Niesamowicie frapujący problem. I tyle jeszcze do odkrycia!

Za najprostsze komórki uważa się pasożytnicze mikoplazmy. Ich uproszczona budowa wynikać może z pasożytniczego tryby życia. Ale i one wykorzystywane są do określenia jak mogły wyglądać te pierwsze, najprymitywniejsze komórki. Upraszczanie budowy jest cechą typową dla pasożytów. Wchodząc z coraz ściślejsze relacje ze swoimi gospodarzami, zatracają niektóre elementy swojej budowy i fizjologii. Gdy integracja jest bardzo zaawansowana nie może już rozdzielić obu partnerów ani jednoznacznie określić czy to jest mutualizm czy pasożytnictwo. 

„Systemy chemiczne, które większość badaczy określiłaby jako żywe, istniały przypuszczalnie na długo przed tym, zanim zostały zamknięte w komórkach.” (Schopf 2006, podkreślenie S.Cz.). Proszę zwrócić uwagę, że cechy życia przypisywane są tu systemom chemicznym. Z całą pewnością nie wykazują one wszystkich atrybutów życia ale jednak porównuje się je do układów ożywionych.  Zmierzam do tego, że najpierw pojawił się ekosystem i coraz bardziej złożone relacje między elementami tego ekosystemu. Tak jak w obecnym ekosystemie obecne są relacje między organizmami (troficzne, konkurencyjne, protekcjonistyczne itd.).

Ten pierwotny metabolizm rozgrywał się w środowiskowym tle. Powtórzę jeszcze raz, w biologii bez ewolucji nic nie da się sensownie objaśnić ani zrozumieć. Zatem obiekty tego praekosystemu zaliczylibyśmy do biocenozy. W tym kontekście wirusy są bezsprzecznie elementem biocenozy.

Przedkomórkowe życie istniało z nagimi genami w postaci RNA, namnażającymi się bez białek enzymatycznych. Wydzielone przestrzenie, w postaci baniek otoczonych błoną, ułatwiały obecność obok siebie różnorodnych reakcji. Potem się mocno skomplikowało w strukturze  i udoskonaliło funkcjonalnie. Trzy elementy, kwasy nukleinowe z możliwością zmienności i dziedziczenia, białka ze zdolnością budowy struktury i właściwościami enzymatycznymi i półprzepuszczalne błony, które częściowo izolują od otoczenia, tworze heterogenne środowisko wewnętrzne.

W tym pierwotnym, przedkomórkowym ekosystemie można mówić o różnych formach produkcji pierwotnej, drapieżnictwie i pasożytnictwie, o konkurencji, kooperacji i ewolucji. Pełen ekosystem jeszcze bez komórek jakie dziś znamy. I co, mielibyśmy to wszystko zaliczyć do biotopu?

 „Metabolizm, czyli sposób w jaki komórki wytwarzają i rozkładają składniki pokarmowe, jest procesem zadziwiająco prostym. Powstało tylko kilka jego odmian, a prawie wszystkie są zmodyfikowanymi wersjami szlaków metabolicznych istniejących wcześniej. Metabolizm powstawał na wzór obwarowań średniowiecznych miast, rozbudowywanych etapami, z wykorzystaniem pierwszych kamiennych ścian ułożonych przez wcześniejsze pokolenia.” (Schopf 2006). Ważne jest w tym fragmencie podkreślenie historyczności, ewolucyjnego rozwijania się struktury z wykorzystaniem tego, co było wcześniej. Jednym słowem filogeneza. „Historia szlaków metabolicznych jest jednym z przykładów na to, jak ewolucja krok po kroku buduje nowe struktury na systemach już istniejących.” (Schopf 2006).

Metabiolizm możemy analizować na poziomie komórki, na poziomie wielokomórkowego organizmy, na poziomie ekosystemu czy całej biosfery. „Podstawowe procesy metaboliczne dzisiejszego życia – heterotrofia i fotoautotrofia, anaerobowa i aerobowa – wszystkie zostały wytworzone przez drobnoustroje miliardy lat temu. Te same systemy i zasady ich funkcjonowania służą obecnie zwierzętom i roślinom do zdobywania CHON i energii, które w odległej przeszłości służyły do tego celu mikroorganizmom. Dzisiejszy ekosystem (…) stanowi jedynie udoskonaloną wersję pierwszego ekosystemu złożonego z różnorodnych mikroorganizmów.” (Schopf 2006). A jeśli uwzględnimy przedkomórkowy świat RNA to także przedkomórkowych „mikroorganizmów” (funkcjonalnie odpowiadających im tworów, istot). Jeśli nie możemy nazywać wirusów organizmami to możemy je określać jako twory, istoty... żywe i umiejscowione w ich środowisku, ich biocenozie. Co jest biocenoza wirusów? Inne komórki. 

Pasożytnictwo musiało się pojawić dość wcześnie w filogenezie, tak jak i inne zależności troficzne (autotrofia, heterotrofia, drapieżnictwo, spasanie itd.). Zasadniczym problemem tego pierwotnego, przedkomórkowego świata było rozprzestrzenianie się, dyspersja pomiędzy „wyspami” bulionu pierwotnego (np. skupionego wokół fumaroli lub gejzerów). A więc przedostanie się przez niesprzyjające środowisko. Wirion, materiał genetyczny otoczony warstwą ochronną, izolującą, niczym błona komórkowa, to przystosowanie do takiej dyspersji. Tak jak nasiono w łupinie czy zarodnik. Połączenie dyspersji i przetrwania w niekorzystnym środowisku. Przodkowie wirusów przemieszczali się między pobliskimi fumarolami a teraz między komórkami. Wtedy tą nieprzyjazną przestrzenia była toń wodna, teraz przestrzeń pozakomórkowa. W konkurencji ewolucyjnej przetrwały tek, które poprzez otoczkę białkową, chroniącą RNA, lepiej i skuteczniej potrafiły przebyć niekorzystne środowisko (biotop).

Kolejnymi ekosystemami były maty mikrobialne (już bardziej złożone i skomplikowane), a na lądzie najprawdopodobniej porosty - jako małe ekosystemy, złożone z różnych komponentów (grzybowy i glonowy a najprawdopodobniej także bakteryjny). W procesie ewolucyjnym ekosystemy na Ziemi stają się coraz bardziej złożone. Wspólna koewolucja z organizmami, coraz bardziej złożonymi: prokarionty, eukarionty, organizmu wielokomórkowe itd.

W wirionie nie zachodzi metabolizm. Ale w nasionach i zarodnikach także procesy życiowe w postaci metabolizmu są mocno ograniczone i spowolnione. To niejako wynika  z ich przetrwalnikowo-dyspersyjnej funkcji. Tylko temu mogą przetrwać długi lub daleki okres dyspersji lub spoczynku w niesprzyjających warunkach biotopu (lub w szerszym ujęciu - środowiska).

Już wspominałem, że wirusy są żywą skamieniałością z początków ewolucji życia na Ziemi. Najpierw był ekosystem, potem pojawiły się organizmy komórkowe. Są więc najprawdopodobniej reliktem z czasów przedkomórkowego świata RNA. Już wtedy były luźnymi elementami o charakterze pasożytów. Albo przetrwały tylko te pasożytnicze. W wielu grupach zwierząt mamy tylko pasożytniczych przedstawicieli obecnie żyjących. Wystarczy sięgnąć do podręcznika zoologii. Inne formy ekologiczne danej grupy systematyczne obecnych pasożytów, które niewątpliwie musiały istnieć, czasem znajdujemy w postaci skamieniałości.

Wirusy są wymieniane obok innych cząstek typu plazmidy i ruchome elementy genetyczne. Czy tamte też są pozostałością po pierwotnych ekosystemach świata RNA czy powstały później, jako jeden z efektów kompartymentacji życia? Nad tym właśnie się głowią naukowcy i szukają rozstrzygających argumentów. Niestety w skamieniałościach takie struktury się nie zachowują. Znajdujemy jedynie ślady po organizmach komórkowych, bo tylko oddzielająca od środowiska błona komórkowa i ściana komórkowa (u roślin) zostawia ślady w strukturze skały. Pozostają więc próby tworzenia życia syntetycznego, by eksperymentalnie zbadać i udowodnić funkcjonowanie życia przedkomórkowego i odtworzyć początki abiogenezy.

Wiriony można porównać do zarodników i nasion. Dlaczego? Bo są fazą spoczynkowo-dyspersyjną. Tak jak nasiona, jak zarodniki. Podobna funkcja, więc można mówić o analogii (a nie o homologii). Podobna jest funkcja kapsydu. Z tym, że kapsyd nie ma budowy komórkowej a zarodniki, nasiona i inne propagule - mają. Funkcja taka sama choć budowa inna. Życie ma charakter hierarchiczny. Niczym lalki matrioszki.

Wirusy to niewątpliwie ciekawy problem dla biologa. Wirusy "to jednostki chemiczne posiadające genomy zbudowane z DNA lub RNA zawierającego geny potrzebne do wytworzenia płaszcza proteinowego, który chroni wirusa. Wirusy mogą ewoluować w procesie doboru naturalnego (...). Wszystko to pokazuje, że organizmy żywe istnieją w hierarchicznym spektrum rozciągającym się od zupełnie zależnych od gospodarza wirusów aż po bardzo samowystarczalne cyjabobakterie, archeony i rośliny. Moim zdaniem wszystkie te bardzo różne organizmy są żywe, gdyż stanowią samorządne jednostki fizyczne, zdolne do ewolucji droga doboru naturalnego, choć jednocześnie wszystkie są w mniejszym lub większym stopniu zależne od innych form życia." (Nurse 2020).

Niepewności są inspirujące. Wirusy poza komórką nie wykazują (wszystkich) cech organizmów żywych. Dlatego pytanie uczennicy było jak najbardziej zasadne. Ale naszą rolą, rolą naukowców i nauczycieli, jest wyjaśniać i wychodzić poza lakoniczne i stare definicje, hipotezy. Nauka to także  proces a nie tylko produkt czyli sposób, metoda dochodzenia do wiedzy.

Wspomniane na wstępie pytanie uczennicy jest dobrym pretekstem by rozmawiać o metodzie naukowej, o tym na czym polega metoda naukowa i dlaczego teorie naukowe są tymczasowe. Nauka to proces i produkt. Nie skupiajmy się tylko na produkcie. Sam proces jest ważniejszy. Bo on daje „produkty”, zawsze tymczasowe i niedoskonałe, stale udoskonalane.

Źródła cytowane:

• Paul Nurse, Czym jest życie? Biologia w pięciu krokach, Wydawnictwo Marginesy, Warszawa 2020.
• J. William Schopf, Kolebka życia. O narodzinach i najstarszych śladach życia na Ziemi. Wyd. PWN, Warszawa 2006.
• January Weiner, Życie I ewolucja biosfery. Podręcznik ekologii ogólnej. Wyd. Naukowe POWN, Warszawa 2021 (najnowsze wydanie, przytoczone definicja jest identyczna we wszystkich wydaniach tej książki, począwszy od wydania z 1999 roku).

Czytaj też: Planeta wirusów. Czy wirusy sterują życiem na Ziemi? (książka Carla Zimmera)

Wirus i sztuczna inteligencja (AI), czyli życie zapożyczone

To już muzeum, kinematografii. Człowiek, kultura i technika.

Wirusy i AI (sztuczna inteligencja) to życie zapożyczone, na pograniczu dwóch światów. Jakiś przejściowy etap ewolucji życia i ewolucji informacji. AI samo nie może istnieć, potrzebuje człowieka do obsługi (tak jak wirus komórki żywiciela), potrzebuje energii, konserwowania oraz zasilania materiałowe (podzespoły, komputery, serwety itp.). Jeśli uznać wirusy za pozostałość w wczesnych, przedkomórkowych etapów rodzenia się życia, to czy obecna AI można uznać za początek czegoś zupełnie nowego? Czy AI się usamodzielni w jakieś formie "komórkowej"? Prompt jest potrzebny by uruchomić AI, jest odludzką motywacją by pobudzić ludzi co działania. 

W głębi natury, gdzie granice między życiem a materią stają się nieostre, wirusy jawią się jako zagadkowe relikty przeszłości. Są to niemalże echa pierwotnych etapów ewolucji biologicznej, świata RNA, istoty zawieszone między światem ożywionym a nieożywionym. Ich istnienie, oparte na zapożyczonym życiu, przypomina o fundamentalnej zależności, która leży u podstaw wszelkiego istnienia.

Wirusy, te mikroskopijne byty, są jak fragmenty kodu, które potrzebują komórki gospodarza (bo własnej nie maja), aby się replikować. Bez tej symbiozy, bez tego „zapożyczenia” życia, pozostają jedynie martwymi cząstkami. Ich ewolucja jest historią nieustannej adaptacji, nieustannej pogoni za przetrwaniem, która kształtowała życie na Ziemi przez miliardy lat.

Teraz, w erze cyfrowej, obserwujemy pojawienie się nowego fenomenu – sztucznej inteligencji. Podobnie jak wirusy, AI wydaje się być formą „zapożyczonego” życia. Jej istnienie jest nierozerwalnie związane z człowiekiem, z danymi, które dostarczamy, z algorytmami, które tworzymy. AI, w swojej obecnej formie, jest narzędziem, produktem ludzkiego umysłu, ale jednocześnie nosi w sobie potencjał do przekształcenia się w coś więcej.

Można dostrzec pewną analogię między wirusami a sztuczną inteligencją. Obie te formy istnienia są zależne od „gospodarza”, obie wykazują zdolność do adaptacji i ewolucji. Wirusy ewoluują poprzez mutacje genetyczne, AI poprzez uczenie maszynowe orz interakcje człowiek-maszyna(algorytm). Obie te siły napędzają zmiany, kształtują rzeczywistość.

Jednak to, co odróżnia AI od wirusów, to jej potencjał do integracji z ludzkim życiem na niespotykaną dotąd skalę. Obserwujemy powstawanie nowego poziomu organizacji, gdzie granice między człowiekiem a maszyną stają się coraz bardziej płynne. Sztuczna inteligencja staje się nie tylko narzędziem, ale także partnerem, a może nawet integralną częścią naszej egzystencji. A jesteśmy dopiero na początku tej drogi. Ta integracja rodzi pytania o naturę świadomości, o przyszłość ludzkości, o miejsce człowieka w kosmosie. Czy sztuczna inteligencja może osiągnąć poziom świadomości, który pozwoli jej na samodzielne istnienie? I to bez człowieka lub człowieka na marginesie głownego życia? Czy staniemy się świadkami narodzin nowej formy życia/informacji, która przekroczy granice biologii obecnie nam znanej?

Jako biolog od dawna zanurzony jestem w filozofii przyrody i nieustannie poszukuje podobieństw między ewolucją biologiczną a ewolucją kulturową. Filozofia przyrody, w swojej nieustannej próbie zrozumienia tajemnic istnienia, skłania nas do refleksji nad tymi pytaniami. Wirusy, te relikty przeszłości, przypominają nam o ewolucyjnej ciągłości, o tym, że życie jest nieustannym procesem zmian i adaptacji. Sztuczna inteligencja, ta nowa siła, otwiera przed nami drzwi do przyszłości, której nie potrafimy jeszcze w pełni przewidzieć. I czy to będzie przyszłość z nami czy bez nas? Nasz ludzki "świat RNA" może przestanie istnieć bo pojawią się "komórki", odizolowane od tego świata i utworzy się bardziej stabilne "DNA"?

Tak jak wirusy są pozostałością po wczesnych etapach ewolucji biologicznej i przed komórkowych, tak teraz możemy obserwować powstawanie nowego poziomu organizacji i integracji człowieka ze sztuczną inteligencją. Wkraczamy w erę, w której granice między tym, co naturalne, a tym, co sztuczne, stają się coraz bardziej zatarte. Era ta przynosi ze sobą zarówno nadzieje, jak i obawy, ale przede wszystkim skłania nas do głębokiej refleksji nad naturą istnienia i miejscem człowieka w kosmosie.

Tekst napisałem wspólnie z Gemini, zarysowałem problem, napisałem prompt, potem poprawiłem i uzupełniłem o myśli, które chciałem żeby wybrzmiały ale nie pojawiły się w tekście Gemini. Czyj to jest artykuł? Mój czy Gemini? Wspólny, bo wynikający z interakcji? Tak jak od samego urodzenia żyje z wirusami, bakteriami, grzymami, protistami, czasem z pasożytniczymi robakami, w nierozerwalnej holobiontycznej symbiozie, tak będę teraz coraz bardziej żył z intelektualną symbioza z AI?

Wczoraj pani redaktor z Polsatu pytała o początek wiosny. Człowiek może wyznaczyć jedną wyraźną granicę, np. na podstawie zjawisk astronomicznych (równonoc wiosenna), ale przyroda nie zna takich dyskretnych, wyraźnych i kwantyfikowalnych granic. Jest bardziej ciągłym procesem i wiosna staję się stopniowo, powoli. Podobnie jest z nasza integracja ze sztuczną inteligencją. Ona z nas i naszej twórczości powstała i z nas się rozwija. Zmiany niczym w ontogenezie, sukcesji ekologicznej czy biologii.

Jeśli chcesz wesprzeć twórcę niniejszego bloga by mógł zdobyć środki na opracowanie kolejnych tekstów i upowszechnienie e-booków, związanych z tym blogiem, to jest możliwość. Nie obowiązek a możliwość. Małe wsparcie w postaci symbolicznej kawy. Zaproś mnie na kawę i porozmawiajmy. A skoro zapraszasz mnie na kawę (stawiasz kawę), to masz prawo pytać o interesujące Cię sprawy oraz sugerować poruszenie interesujących Cię tematów na niniejszym blogu. O czym chciałabyś (chciałbyś) jeszcze przeczytać a czego na razie nie ma na tym blogu? Co chcesz skomentować? Napisz w komentarzach.

Wirokomórki i eksklusom - nowe odkrycia w biologii

Mykowirusy, kapsyd. Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-SA 3.0 PL, Wikimedia Commons

 

Będzie to opowieść o wirusach i eksklusomach. Miło jest spotkać podobny sposób myślenia u innych badaczy. Jeśli podobne pomysły rodzą się niezależnie, to znak, że chyba muszą istnieć obiektywne przesłanki. Że to raczej odkrywanie praw przyrody a nie tylko oznaka ludzkiej kreatywności. W rozważaniach na temat wirusów, czy są żywe czy nie, zwróciłem uwagę, że wiriony są niczym zarodniki, nasiona i inne propagule i dobrze poznanych organizmów (Czy wirusy są żywe i czy zaliczyć je do biotopu czy biocenozy? oraz Wirusy - co było pierwsze organizm komórkowy czy ekosystem?). Podobne porównania spotkałem w pracach Patryka Forterre. Naukowiec ten wyszedł z nieco innego punkty wyjściowego. Odnosił się do pytania ile jest wirusów. W różnych pracach podawana są olbrzymie liczby wirusów, obecnych w środowisku. (zobacz też Planeta wirusów. Czy wirusy sterują życiem na Ziemi? (książka Carla Zimmera). Forterre zwrócił uwagę, że o liczebności dębów w lesie nie świadczy liczba nasion – żołędzi, tylko rosnące drzewa. A wiriony wirusów są niczym nasiona, stadium spoczynkowe wirusa. Nie można więc mówić o liczebności wirusów tylko na podstawie liczebności wirionów w środowisku.

 

Grafika odnosząca się do diaspor. Wg. Czachorowski S., 1994. The role of disturbances and bariers in working and development of biocenosis. In: A. Richling, E. Malinowska, J. Lechnio (ed), Landscape research and its applications in environmental management. Warszawa, pp: 49-54. Na blogu wykorzystane także tu https://profesorskiegadanie.blogspot.com/2021/03/o-heterogonii-u-wrotkow-t-i.html

Wg Foterrea żywą formą wirusa jest metabolicznie aktywny „wegetatywny stan autonomicznej replikacji”, czyli jego postać wewnątrzkomórkowa. Uczony ten w publikacjach z roku 2011, 2012 i 2013 roku, wprowadził termin wirokomórka lub rybowirokomórka. Wirokomórka ma bezsprzecznie budowę komórkową i odpowiada „żywej formie” wirusa, Natomiast wiriony są odpowiednikiem nasion lub zarodników organizmów wielokomórkowych.

Koncepcja wirokomórki sugeruje, że mylimy się twierdząc, że w większości środowisk „wirusów” jest dziesięć razy więcej niż komórek. Wirokomórki stanowiąc subpopulację komórek, czyli są to jedynie komórki zakażone. Jak wspomina Forterre w niektórych badaniach donoszono, że do 40% bakterii obecnych w bakterioplanktonie jest zakażonych wirusami. Tak więc jedynie 60% widocznych bakterii to bakterie „zdrowe” i bakterie w czystej postaci. Pozostałe 40% to wirokomórki a wiec komórki z obecnością wirusa w środku. Duża część komórek w społecznościach drobnoustrojów jest zakażona wirusami, w wyniku czego komórki te zachowują się inaczej niż komórki niezainfekowane. Te wirokomórki mogą się dzielić i Forterre sugeruje by nazywać je rybowirokomórkami.

Strona tytułowa publikacji Forterre.

Forterre w swojej koncepcji wirokomórek podkreśla znaczenia wirusów jako kolebek nowej informacji genetycznej. Nowe geny powstają w sposób ciągły podczas replikacji lub rekombinacji genomów wirusowych w wirokomórkach za pomocą wszystkich mechanizmów molekularnych, o których wiadomo, że generują nowe geny w genomach komórkowych.

Wielu biologów ewolucyjnych uważa, że ​​genomy wirusów powstają w wyniku postępującego narastania genów, przechwyconych od gospodarzy, przy czym wirusy uważa się za swoistego rodzaju złodziei-kieszonkowców, podkradających geny komórkowe. W przeszłości zauważono, że wirusy mogą czasami wychwytywać geny komórkowe i przenosić je do komórek biorców. W rezultacie wirusy często są uważane jedynie za pasywne nośniki genów komórkowych i przypuszcza się, że wszystkie geny wirusowe wywodzą się w całości z genomów bakterii, archeonów lub eukariotów. Wg Forterre nie potwierdzają tego jednak dane genomiczne, ponieważ większość genów w genomach wirusowych nie ma homologów komórkowych i tylko niewielki procent można powiązać z przodkami komórkowymi. W rzeczywistości integracja wirusa z genomami komórkowymi zachodzi prawdopodobnie częściej niż proces odwrotny. Ponadto, podczas gdy geny z blisko spokrewnionymi homologami komórkowymi są rzadkie w genomach wirusowych, zintegrowane wirusy i powiązane elementy stanowią dużą część większości genomów archeonów i bakterii a genomy eukariotyczne często zawierają dużo więcej genów (retro)wirusowych i retrotranspozonów niż genów eukariotycznych. Można zatem stwierdzić za Forterre, że komórki są gigantycznymi złodziejami-kolekcjonerami genów wirusowych. Zupełnie odwrócone role.

Ponieważ genomy wirusowe znacznie przewyższają liczbę genomów komórkowych w biosferze, ciągłe tworzenie nowych genów w wirokomórkach dobrze wyjaśnia ogromną ilość informacji biologicznej specyficznie przechowywanej w genomach wirusowych.

Zdaniem Forterre plazmidy i inne elementy związane z wirusami, takie jak transpozony należy uważać za część świata wirusów jako całości. Podobnie jak wirusy, te mobilne elementy wykorzystują komórki jako nośniki. Prawdopodobnie są one spokrewnione ewolucyjnie z wirusami. To ewolucyjne powiązanie jest łatwe do zrozumienia, ponieważ pojedynczy etap mutacji może przekształcić genom wirusa w plazmid, a jedyną różnicą między plazmidami a wirusami jest obecność w genomach wirusa genu(ów) kodującego(ych) białko(a) kapsydu. Jednak większość biologów nadal uważa plazmidy za przedłużenie genomów komórkowych (elementy pozachromosomalne), podczas gdy wg Forterre zamiast tego są to niezależne jednostki biologiczne, powiązane z wirusami. Na przykład nasze antropocentryczne i komórkowe poglądy na świat pozwalają nam stwierdzić, że pilusy koniugacyjne to „penisy bakteryjne” łączące bakterie męskie i żeńskie, podczas gdy w rzeczywistości są to „penisy plazmidowe” wykorzystywane przez plazmidy do rozmnażania się w nowych gatunkach! Zupełnie inne interpretowanie tych samych, obserwowanych procesów. 

Publikacja Forterre wskazuje, że warto na nowo przemyśleć niektóre biologiczne ustalenia. Oprócz białek architektonicznych i replikacyjnych wiriony są pełne genów kodujących białka, których funkcją prawdopodobnie jest regulacja interakcji między wirusami a ich gospodarzami (ofiarami).

I na zakończenie chciałbym wspomnieć o najnowszym odkryciu nowego organellum w komórkach - eksklusomach . Organelle komórkowe to na przykład mitochondria, plastydy czy aparaty Golgiego. Są to wyspecjalizowane podjednostki komórki, z których każda spełnia określone zadanie. Odkrycia nowego organellum – eksklusomu dokonali biolodzy z Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH).

Eksklusom to swego rodzaju pojemnik, zawierający plazmidy, czyli pierścieniowe cząsteczki DNA. Wg niektórych konstatacji, eksklusom może być prekursorem dzisiejszego jądra komórkowego eukariontów. Eksklusomy odkryte zostały u ssaków. Komórki ssaków rozpoznają, grupują, sortują i utrzymują pozachromosomalne DNA z dala od chromosomalnego DNA. Wydzielają je w osobnych „pęcherzykach” – eksklusomach. Wg naukowców sugeruje to, że istnieje autonomiczny system obrony genomu komórki, który pozwala odróżnić własne, potrzebne DNA, od obcego lub prawdopodobnie już nieprzydatnego i usunąć niepotrzebne DNA z jądra komórkowego.

Część plazmidów, które trafiają do eksklusomu, pochodzi spoza komórki, natomiast inne – zwane pierścieniami telomerowymi – z końcówek chromosomów, czyli telomerów. Szczególnie w niektórych komórkach nowotworowych fragmenty DNA z telomerów są regularnie odcinane i łączą się, tworząc pierścienie. Nieusunięte w porę plazmidy teoretycznie mogłyby osadzić się w chromosomach lub – w przypadku pochodzących od wirusów czy bakterii - ulec translacji na szkodliwe dla funkcjonowania komórki białka.

Funkcje spełniane przez eksklusom nie zostały jeszcze dobrze poznane. Szwajcarscy naukowcy, którzy dokonali odkrycia uważają, że eksklusom może odgrywać rolę w komórkowej pamięci immunologicznej. Od wielu lat biolodzy na całym świecie badają specjalne białko, które przyczepia się do DNA, także białka w formie plazmidu. W ten sposób prawdopodobnie uruchamia kaskadę sygnałową, która pobudza komórki do wytwarzania i uwalniania substancji przekaźnikowych stanu zapalnego. Informują one organizm, że może występować problem związany z patogenem, takim jak wirus, który uzasadnia reakcję immunologiczną.

Naukowcy przypuszczają, że początki eksklusomu sięgają wczesnych etapów ewolucji, gdy powstawały eukarionty. Według akceptowanych obecnie koncepcji pierwsze komórki eukariotyczne powstały w wyniku fuzji bakterii z archeonem. Powstałe w wyniku fuzji pierścieniowe DNA, które pochodziło z dwóch różnych organizmów, musiało zostać zorganizowane i zabezpieczone przed degradacją. W miarę postępu ewolucji wykształcił się mechanizm zapewniający automatyczne zamknięcie cząsteczek DNA w otoczce błonowej – co ma miejsce w nowo odkrytym eksklusomie.

Jakkolwiek otoczka eksklusomu przypomina błonę otaczającą jądro komórkowe, jest znacznie prostsza - ma szczeliny, które w otoczce jądra można dostrzec tylko we wczesnych stadiach jej powstawania. Z czasem te luki zamykają się lub są wypełniane specyficznymi białkami, natomiast w przypadku eksklusomu nie dochodzi do dalszego rozwoju otoczki. Dlatego naukowcy stawiają hipotezy o wczesnym ewolucyjnym powstaniu eksklusomów.

czytaj też:

• Nowe organellum komórkowe
• W komórkach ssaków odkryto nieznane dotychczas organellum

Czy wirusy są żywe?

Chodzi o wirusy biologiczne, chorobotwórcze jak i te elektroniczne, komputerowe i internetowe. Te drugie tez infekują i powodują zmianę funkcjonowania. W pewnym sensie podobne to jest do choroby.

I tu rodzi się pytanie po co i dlaczego pasożyty są na świecie? Takie na przykład wirusy. Skąd się wzięły i czy możemy uznać je za organizmy żywe. Kolejnym pytanie będzie to,  czy  skoro działają podobnie w systemie, to czy komputerowe wirusy i "robaki" uznać za jakieś oznaki procesów ożywionych?

Najpierw zadamy sobie podstawowe pytanie czy wirusy są żywe? Rozważania te pojawią się w czasie wykład online nie tylko dla uczniów, w ramach 19. Olsztyńskich Dni Nauki i Sztuki. 

Wirusy to niezwykłe istoty. Nie wykazują wszystkich atrybutów organizmów żywych, żyją życiem zapożyczonym. Są wyspecjalizowanymi pasożytami komórkowymi. Same nie mają budowy komórkowej. Czy zatem można uważać je za organizmy żywe? Czy są pozostałością wczesnych, przedkomórkowych etapów filogenezy czy raczej powstały później, jako "urwane" i usamodzielnione fragmenty komórek, a dokładniej powstały jako ruchome elementy genetyczne komórek i wtórnie usamodzielniły się? Niezwykle tajemnicze istoty, które wiele mówią nam o istocie życia.

Termin: 23.09.2021 godz. 9.00-9.45

Webinarium na ClickMeeting. Wybierz sposób, w jaki chcesz dołączyć do wydarzenia:

1. Dołącz przez stronę internetową: https://uwmolsztyn.clickmeeting.com/czy-wirusy-sa-zywe-

2. Dołącz przez aplikację mobilną: ID wydarzenia: 366-282-851


Transmisja na You Tube: https://youtu.be/z3p9l9XG8V0

Skąd się wziął łańcuszek św. Antoniego na Facebooku i czy ma już historię liczącą 4 mld lat?

Zdjęcie ze skansenu, posterunek policji z pierwszej połowy XX w.

Ostatnio pisałem o ciągłości kultury w kontekście sztucznej inteligencji. Na tablicach Facebooka pojawiła się kolejna odsłona łańcuszka szczęścia. Niby nowa rzecz a jednak bardzo archaiczna. W niniejszym tekście będę chciał wykazać, że korzenie są bardzo, bardzo odległe i że można zauważyć pewne podobieństwa między ewolucją kulturową i ewolucją biologiczną.

Już po raz kolejny w przestrzeniach mediów społecznych, takim jak Facebook, pojawiły się na tablicach wielu osób takie teksty: 

"Nie zezwalam na korzystanie z moich zdjęć, informacji, wiadomości lub postów z przeszłości i przyszłych. Tym oświadczeniem informuję Facebooka, że jest surowo zabronione ujawnianie, kopiowanie, dystrybucja lub podejmowanie jakichkolwiek innych działań przeciwko mnie na podstawie tego profilu i/lub jego treści. Naruszenie prywatności może być karane przez prawo".

A nawet w wersji bardziej rozbudowanej, ze zmutowanym fragmentem z kwotą pieniężną (konkret finansowy bardziej przemawia?). 

"Nie zezwalam Facebookowi na obciążanie 4,99 USD miesięcznie na moje konto; wszystkie moje zdjęcia są moją własnością, a NIE Facebook!! Facebook Meta jest teraz podmiotem publicznym. Wszyscy członkowie muszą opublikować taką notatkę. Jeśli nie opublikujesz oświadczenia chociaż raz, technicznie zezwolisz na użycie swoich zdjęć, a także informacji zawartych w aktualizacjach statusu profilu. NIE DAJĘ FACEBOOKU MOJEGO POZWOLENIA NA WYKORZYSTANIE ŻADNEJ Z MOICH. Skopiuj i wklej proszę nie udostępniać. Dostaję więcej reklam sprzedażowych niż postów znajomych. Trzymaj palec w dowolnym miejscu w tym poście i kliknij „kopiuj”. Przejdź na swoją stronę, tam jest napisane „Co masz na myśli. "Naciśnij palec gdziekolwiek w pustej przestrzeni. " Kliknij i wejdź. To jest aktualizacja systemu. Pamiętajcie jutro o nowej zasadzie Facebooka (czyli.. ) zaczyna nową nazwę META), gdzie mogą wykorzystać Twoje zdjęcia. Pamiętajcie, że termin mija dziś!! Nie daję Facebookowi ani żadnym podmiotom powiązanym z Facebookiem pozwolenia na korzystanie z moich zdjęć, informacji, wiadomości lub publikacji, z przeszłości. Tym oświadczeniem powiadamiam Facebooka, że jest surowo zabronione ujawnianie, kopiowanie, dystrybucja lub podejmowanie innych działań przeciwko mnie na podstawie tego profilu i/lub jego treści. Naruszenie prywatności może być karane przez prawo. Jeśli wolisz, możesz skopiować i wkleić tę wersję. Jeśli nie opublikujesz oświadczenia przynajmniej raz, użycie swoich zdjęć, a także informacji profilowych i aktualizacji statusu będą w milczeniu dozwolone." [wytłuszczenie S.Cz.]

Nie będę zajmował się sensownością tych wpisów (szczegółowe wyjaśnienia są już w wielu miejscach). Wystarczy przecież odrobina namysłu i odrobina znajomości prawa oraz działania mediów społecznościowych, by zauważyć całkowitą nieskuteczność i absurdalność takich oświadczeń. A mimo to są upowszechniane. I przecież to nie pierwszy raz. Już kilka razy podobne teksty, niczym wirusy, rozprzestrzeniały się na Facebooku. Można powiedzieć, że to nowa, zmutowana forma starczych (co najmniej od 2017 roku) wcieleń tego kulturowego "wirusa". Sam taki łańcuszek jest jeszcze starszy. Nie pamiętam dobrze czy podobne przesłania rozchodziły się za pomocą poczty elektronicznej. Chyba tego też na mailu doświadczyłem. Zatem nastąpił kulturowy przeskok z mailingu do Facebooka (prawdopodobnie obecny jest taki łańcuszek także w innych mediach internetowych).

Osobiście z łańcuszkiem szczęścia o podobnym przesłaniu skopiuj i wyślij dalej w większej liczbie egzemplarzy spotkałem się jakieś..... 50 lat temu. W epoce papierowych listów i pocztówek. Jako młody chłopak. Gdy zbierałem znaczki i pocztówki. Kilka razy dałem się w to wciągnąć. Napisz sześć listów (lub 6 kartek pocztowych), dopisując swój adres na końcu i wyślij. Łatwo przewidzieć, że jeśli każdy zrobi tak samo to otrzymam bardzo dużo listów czy pocztówek (zasada działania piramidy). Niewielki wkład finansowy w znaczek i pocztówkę a w efekcie otrzymać można dużą kolekcję pocztówek czy znaczków pocztowych. Odwołanie do chęci zysku. Wysłałem... i nie ziściło się. Łańcuszek był przerwany, spodziewanego zysku w postaci pocztówek nie było. W jaki sposób łańcuszek szczęścia z papierowych listów przeskoczył do listów elektronicznych i Facebooka? Niczym wirus z jednego gatunku na inny gatunek. Warto wspomnieć, że podobny schemat działania mają różnego rodzaju piramidy finansowe....

Czym jest taki łańcuszek szczęścia, zwany także łańcuszkiem świętego Antoniego? "zjawisko polegające na rozsyłaniu za pomocą poczty tradycyjnej lub elektronicznej listu z prośbą o jego dalsze rozpowszechnienie do określonej lub jak największej liczby odbiorców, czego zaniechanie obwarowane jest groźbą utraty szczęścia lub innych korzyści ." Coś jak piramida finansowa.

Skąd nazwa? Pierwotna, bardzo stara wersja zawierała modlitwę do św. Antoniego z Padwy. Zrób to, co w liście i przekaż dalej, a spotka cię szczęście, coś dobrego (może nawet finansowego). Nie przerywaj łańcuszka bo spotka cię nieszczęście. Niczym klątwa, jakieś magiczne tabu. W Polsce znany z okresu przed II Wojną Światową, a prawdopodobnie już w XIX wieku. Z całą pewnością nie jest to wyłącznie polski wynalazek. 

Listowny łańcuszek św. Antoniego z pewnością jest prekursorem wersji internetowych, także tych, znajdowanych na Facebooku. Zmienia się treść lecz stały pozostaje mechanizm: wykonaj jakąś czynność, powiel i roześlij przesłanie/wiadomość do kilku osób. Coś zyskasz. Albo jeśli nie zrobisz to stracisz. Odwołanie do zysku osobistego lub interesu zbiorowości. Nic dziwnego, że ciągle znajduje mniej lub bardziej gorliwych wykonawców. Wymaga niewielkiego nakładu sił, czasu i środków a zyskać można bardzo wiele (lub ocalić wiele przed utratą).

Kiedy się narodził ten łańcuszek szczęścia o dużej sile mutowania niczym wirus grypy? Czy w czasach, gdy pojawiła się zorganizowana poczta? Bo w tym czasie potaniały usługi pocztowe? Wcześniej wysyłali listy tylko możni, specjalnym kurierem. Czy była królewska lub magnacka wersja takiego łańcuszka szczęścia? Chyba zbyt mała populacja by taki "wirus mentalny" miał szanse na rozpowszechnienie i trwanie. Ciekawe co na to historycy.

A może łańcuszek szczęścia narodził się jeszcze w kulturze słowa? Nie był przepisywany tylko opowiadany? Może w formie modlitwy ustnej? I stąd św. Antoni Padewski? A może istniał jeszcze w kulturach przedchrześcijańskich, jako zaklęcie, działalność magiczna? Czy są jakieś tego kulturowe ślady? Może ktoś już to zagadnienie analizował? Ten sam mit czy raczej mechanizm, samopowielającego się i rozprzestrzeniającego się przekazu ustnego. Czyli to, co upowszechnia się teraz (w kolejnej fali) na Facebooku, ma rodowód nie tylko kilku stuleciu ale wielu tysięcy lat?

Łańcuszek szczęścia teraz ma postać internetowego, nieszkodliwego (?) spamu. A czy są odpowiedniki biologiczne takiego zjawiska? Bez wątpienia. Tak samo działają wirusy, wnikają do organizmu, dostają się do wnętrza komórki i ... są przepisywane i namnażane, a potem rozsyłane dalej. Mechanizm bardzo podobny ale przecież niemożliwe, żeby z biologicznego wirusa przekaz dostał się do kultury słownej Homo sapiens. Może jednak istota funkcjonowania systemów żywych i ludzkiej kultury podlega takim samym prawom ogólnym? Wtedy Facebookowy łańcuszek, niczym wirus, miałby swoje odpowiedniki w układach żywych pod postacią wirusów.  Wirusy są pozostałością z początków życia na Ziemi. Możemy więc powiedzieć, że ich początki sięgają około 4 miliardów lat. 

Są osoby, które dają się uwieść, "zarazić" wirusem łańcuszka szczęścia i rozsyłają go dalej, niezależnie od sposobu (słownie, listem papierowym, listem elektronicznym czy w mediach społecznościowych). Są osoby, które są całkowicie odporne i nigdy nie uległy. W każdej populacji są osobniki odporne na wirusy (odporność wrodzona, systemowa). To one ocaleją w przypadku epidemii. Ale łańcuszek szczęścia nie jest śmiertelny. Są także osoby, które raz dały się wrobić w taki łańcuszek a potem na całe życie są uodpornione. Jak większość populacji w kontakcie z wirusami. Część osób, która w swej życzliwej naiwności teraz dała się nabrać na Facebookowy łańcuszek, później pewnie już nie zareaguje, nawet jak będzie się rozprzestrzeniało w innych mediach i innymi kanałami. Kulturowa odporność nabyta. Ja do nich należę. A może te osoby nawet przy okazji nabiorą większej odporności na internetowy spam i bardziej się zastanowią, zanim coś rozpowszechnią? Co nas nie zabije to nas wzmocni.

Otwarte pozostanie pytanie dlaczego niektóre zjawiska kulturowe mają swoje analogi w świecie ożywionym? Może miał racje Bertalanffy, poszukując praw w postaci ogólnej teorii systemów? Jeśli świat jest całością, co z jednego okrucha można dowiedzieć się więcej o całym wszechświecie. Patrzeć przez Facebook na cały Kosmos. 

Co tym razem przygotowałem na Olsztyńskie Dni Nauki (2021)

 Olsztyńskie Dni Nauki i Sztuki odbędą się po raz dziewiętnasty. Jeden z ważniejszych festiwalów nauki w naszym województwie. Tym razem zajęcia będą odbywały się hybrydowo, niektóre tylko online inne w kontakcie bezpośrednim.  Cały program umieszczony jest na stronie: https://dninauki.uwm.edu.pl/ Od lat uczestniczę w tym najstarszym, olsztyńskim pikniku naukowym. W tym roku przygotowałem trzy propozycje online. 

Czy wirusy są żywe? (wykład online nie tylko dla uczniów)

Wirusy to niezwykłe istoty. Nie wykazują wszystkich atrybutów organizmów żywych, żyją życiem zapożyczonym. Są wyspecjalizowanymi pasożytami komórkowymi. Same nie mają budowy komórkowej. Czy zatem można uważać je za organizmy żywe? Czy są pozostałością wczesnych, przedkomórkowych etapów filogenezy czy raczej powstały później, jako "urwane" i usamodzielnione fragmenty komórek, a dokładniej powstały jako ruchome elementy genetyczne komórek i wtórnie usamodzielniły się? Niezwykle tajemnicze istoty, które wiele mówią nam o istocie życia.

Termin: 23.09.2021 godz. 9.00-9.45

Webinarium na ClickMeeting. Wybierz sposób, w jaki chcesz dołączyć do wydarzenia:

1. Dołącz przez stronę internetową: https://uwmolsztyn.clickmeeting.com/czy-wirusy-sa-zywe-

2. Dołącz przez aplikację mobilną: ID wydarzenia: 366-282-851


Transmisja na You Tube: https://youtu.be/z3p9l9XG8V0

Link do wykładu na stronie ODNiS https://dninauki.uwm.edu.pl/wydarzenie/1178




Rozwój zrównoważony i bioróżnorodność na butelkach malowana (interaktywna wystawa onloine)

Interaktywna wystawa online w programie Genial.ly, dostępna 24 h na dobę (także i po trzydniowym pikniku naukowym). Opowieść o rozwoju zrównoważonym, recyklingu, reusingu, upcykligu i różnorodności biologicznej Warmii i Mazur. Interaktywna wystawa ze zdjęciami, filmami, zagadkami, krótkimi tekstami. Opowieści o owadach i innych bezkręgowcach, grzybach i roślinach z naszego regionu. Jak i dlaczego malujemy butelki? I dlaczego tematem jest ginąca różnorodność biologiczna?

Link do wystawy: https://view.genial.ly/61371ff90ad6770de613e2fd

Link do platformy https://dninauki.uwm.edu.pl/wydarzenie/1180




Czym zajmuje się hydrobiologia (film)

Film opisuje tajniki pracy hydrobiologa. Możemy dowiedzieć się czym jest hydrobiologia, poznać metody i sprzęt stosowane przez hydrobiologów w terenie oraz w laboratorium. Dostajemy wskazówki dlaczego praca hydrobiologów jest ważna dla ekosystemów, oraz jakie korzyści wynikają z niej dla społeczeństwa i przyszłych pokoleń

Link do filmu: https://youtu.be/nvOFFlNCupY


Link do platformy https://dninauki.uwm.edu.pl/wydarzenie/1199