Proponuję eksperyment myślowy. Wyobraź sobie, ze zostałeś uwięziony w ciasnym pomieszczeniu pozbawionym grawitacji zawierającym miliony obiektów o różnych kształtach, które z zawrotną prędkością pędzą we wszystkich możliwych kierunkach. Są tak szybkie, że nie jesteś w stanie dostrzec nadciągającego zagrożenia, zanim nie poczujesz uderzenia. Otaczają cię wszechobecny niepohamowany pęd i nieokiełznany chaos. Terminem, który chyba najlepiej opisuje te wizję jest koszmar. Nie chciałbyś aby się spełnił.
Tymczasem jesteś aglomeratem 10 biliardów takich koszmarów. Jedynka z 16 zerami. 1 000 000 000 000 000. To twoje komórki. Jeśli postrzegasz komórkę jako stateczną strukturę jakiej obraz fundują nam podręczniki szkolne, czyli cytoplazmę z wakuolą, kilkoma mitochondriami, rybosomami i innymi organellami oraz jądrem komórkowym, a wszystko to ograniczone błoną – to wiedz, że obraz ten jest dalece uproszczony i daleki od rzeczywistości. Wnętrze typowej komórki somatycznej wypełniają niezliczone ilości najrozmaitszych funkcjonalnych obiektów. Samych tylko cząsteczek białek naliczyć można by jakieś 100 milionów. A wszystkie one nieustannie przemieszczają się z oszołamiającą prędkością i bombardują miliony innych obiektów do miliarda razy na sekundę! Przy czym wokół brak pustej przestrzeni, choćby o wielkości pojedynczego atomu. Nie istnieje też rozróżnienie na górę i dół – w skali molekularnej grawitacja ma bardzo znikome znaczenie. Gdyby jednak spojrzeć na wnętrze komórki raz jeszcze, tym razem w w zwolnionym tempie, okazałoby się, że wrażenie chaosu i nieuporządkowania jest pozorne. Zdarzenia nie są przypadkowe – tkwi w nich głęboki sens. Przeciętna komórka zawiera 20 tysięcy różnych typów białek (w tym enzymów) i maszyn biologicznych o najwymyślniejszych kształtach, które wypełniają instrukcje i zadania powierzone im przez geny. Przekazują i odbierają informacje, tworzą nowe mikrostruktury, pozyskują i produkują energię, usuwają śmieci, unieszkodliwiają niepożądanych gości, naprawiają szkody… Pojedyncza nić DNA jest atakowana przeciętnie 10 tysięcy razy w ciągu doby. Co 8.4 sekundy. Część z tych niepożądanych ingerencji powoduje uszkodzenia, które muszą być naprawione.
Na szczególną uwagę zasługują nasze komórkowe elektrownie, mitochondria. Dawno temu żyły jako autonomiczne organizmy, lecz zostały zaadoptowane w procesie fuzji międzykomórkowej. Obecnie non-stop produkują molekularne bateryjki, czyli cząsteczki ATP. Pojedyncza komórka w każdej sekundzie zasilana jest miliardem takich bateryjek. I trzeba zaledwie 2 minut, aby wszystkie one zostały rozładowane i zastąpione kolejnym miliardem. W ciągu doby mitochondria produkują tyle cząsteczek ATP, że łącznie stanowią one połowę masy ciała dorosłego człowieka.
Mitochondrium Źródło: https://mt-portal.de/aktuell/wie-zellen-auf-stressreaktionen-reagieren/
Istnieją również komórki o znacznie uproszczonej strukturze wewnętrznej oraz funkcjonalności i wyraźnie mniejsze od pozostałych. Komórki linii płciowej, plemniki. 85 000 razy mniejsze od komórki jajowej, połączenie z którą stanowi cel i sens ich istnienia.
Mitochondrium poświęciło suwerenność dla korzyści płynących z kooperacji. Jednak większość bakterii wciąż wiedzie życie w pełni autonomiczne. Są wszędzie obok nas, na nas i wewnątrz nas (choć istnieją sterylne enklawy, jak choćby płyn rdzeniowo-kręgowy). Na centymetrze kwadratowym ludzkiej skóry pasie się do miliarda bakterii. Na całym ciele jest ich mniej więcej bilion. Znacznie więcej bakterii bytuje w nas. Ich łączną liczbę szacuje się na 100 biliardów. Ten różnorodny mikrobiom zapewnia nam przetrwanie. Bakterie mogą żyć bez nas. My bez nich – nie. Powszechnie kojarzą się negatywnie, ponieważ kojarzymy je z patogenami. W istocie tworzą wraz z naszymi komórkami specyficzny ekosystem o silnie wykształconych współzależnościach. Ekosystem ten byłby dysfunkcyjny bez tych użytecznych acz niedocenianych gości.
Bakterie od zarania dziejów toczą odwieczny bój ze swoim nieugiętym wrogiem. Jest to najbardziej bezwzględna i wyniszczająca, a jednocześnie najbardziej kreatywna wojna w historii życia na ziemi. Jeden z głównych napędów ewolucji. Konflikt między bakterią i jej pasożytem – wirusem. Zdecydowana większość wirusów to bakteriofagi – mogą się powielać jedynie przy użyciu aparatury molekularnej bakterii. Wbrew powszechnemu poglądowi i temu, co można przeczytać na Wikipedii (tak przypuszczam – nie zaglądałem, przyznaję), w świecie nauki brak konsensusu co do statusu wirusów jako istot żywych. Argumenty przeciwko postrzeganiu ich jako żywe są powszechnie znane, podam więc kontrargument. Zacząć należy od tego, ze nie wiadomo, co było pierwsze – wirus czy komórka(bakteria). Jedna z hipotez zakłada, ze powstały równocześnie. Jednak inna, bardziej frapująca przyjmuje, że wirus, tak jak większość pasożytów, został poddany w procesie ewolucji uproszczeniu. Bardzo daleko idącemu uproszczeniu. Sam był pierwotnie bakterią, która pozbyła się zbędnych atrybutów pozostawiając materiał genetyczny z kilkoma ledwie genami izolowany od otoczenia otoczką tłuszczowo-białkową. A skoro tak, wciąż żyje. Bo czy można ewoluować z życia do nie-życia? A przynajmniej żyje okresowo – od momentu wtargnięcia do genomu gospodarza. To dlatego wirusy są tak niepozorne i małe – poza wyjątkami. Niektóre z nich, tzw. megawirusy są 100-krotnie większe od reszty. I – co zaskoczyło badaczy – posiadają własne pasożyty. Mniejsze od nich wirusy, które nazwano wirofagami. Tutaj, na stronie poświęconej owadom, zjawisko nadpasożytnictwa znamy aż nadto dobrze. Okazuje się, ze jest ono zjawiskiem bardziej uniwersalnym, niż mogło by się wydawać.
Wirusów jest w nas jeszcze więcej niż bakterii. Znacznie więcej. Wdychamy je w niewyobrażalnych ilościach. Właściwie oddychamy deszczem wirusów. Każdego dnia z atmosfery opadają setki milionów wirusów na metr kwadratowy ziemi. Niemal wszystkie są neutralne i nie stanowią ani zagrożenia, ani też do niczego nie są przez nasz organizm wykorzystywane. W przeciwieństwie do tzw. retrowirusów, czyli jednostek wyspecjalizowanych. Inaczej niż bakteriofagi potrafią przeprowadzać odwrotną transkrypcję. Po wniknięciu do komórki dzięki genom kodującym odpowiedni enzym (RT – odwrotna transkryptaza) przepisują swoje RNA na DNA, po czym łączy się z genomem gospodarza. Zwykle na jakiś ograniczony czas pozostaje uśpiony, a potem uwalnia się z DNA gospodarza i wnika w kolejne, jeszcze nie zainfekowane komórki. Takie wirusy bardzo trudno wykryć naszemu systemowi odpornościowemu. Jednym z takich sprytnych retrowirusów jest hiv. Raz na jakiś czas zdarza się jednak, ze wirus się „myli”. Powiedzmy, ze wkleja w nasze DNA tylko część swojego materiału genetycznego, albo wycina tylko jego fragment. W takich przypadkach nie jest w stanie się uwolnić. Staje się integralną częścią genomu człowieka. Większość odcinków niekodujących (dawniej nazywanych śmieciowym DNA) składa się z takich właśnie uwięzionych retrowirusów. Do niedawna sądzono, że pozostają one bez znaczenia dla fenotypu. Dziś coraz częściej przyznaje się takim niekodującym fragmentom istotną rolę. Jeśli tak jest, to konsekwencje są daleko idące i mają wpływ m.in. na ewolucję rodzaju Homo. Zresztą, tak wpływ istnieje tak czy inaczej. Niektóre z retrowirusów zintegrowały się z kodującymi fragmentami naszego DNA i na stałe weszły w skład naszej genetycznej biblioteki. Niemal 8% wszystkich genów może mieć genezę wirusową. Niektóre z nich stały się wręcz niezbędne – odpowiadają m.in. za powstawanie synaps w mózgu i za zdolność zagnieżdżenia się komórki jajowej. Tak jak nie możemy istnieć bez asymilacji jednej z bakterii, która stała się mitochodnrium, tak nie możemy funkcjonować bez genów pierwotnych retrowirusów. Życie nie jest czarno-białe.
Retrowirus Źródło: https://www.turbosquid.com/pl/3d-models/retrovirus-3d-model/708558
A przecież to nie wszystko. Poza wirusami i bakteriami istnieją wiroidy – RNA bez otoczki białkowej. I ich odwrotność, priony – rodzaj białka pozbawionego materiału genetycznego; otoczka białkowa bez RNA. Bardzo niedawno, bo w w 2021 roku w kominach termalnych odkryto borgi – czyste DNA pozbawione ochrony z białka. Wszystkie one nie zasługują na miano organizmu. Na pytanie, czy są na pewno są martwe nie ma już tak jednoznacznej odpowiedzi. Priony potrafią się kopiować. Bez RNA! (choć istnieją podejrzenia, że to nie do końca tak jest). A poza tym obalają centralny paradygmat genetyki. Czynią to zresztą także retrowirusy. Życie nie dość że nie jest czarno-białe, to na dodatek wciąż zaskakuje, choć wiemy już tak wiele. Pradawne jak i wciąż toczące się konflikty na różnych poziomach prowadzą do wyścigu zbrojeń i ewolucji kreującej najwspanialsze twory i widowiska we wszechświecie. Rywalizacja między żywicielami a ich pasożytami napędza ewolucję. Proces ten zyskał miano hipotezy Czerwonej Królowej i przyczynił się m.in. do powstania płci i śmierci. Ale o tym innym razem.
Spojrzenie w głąb nas samych, w dosłownym tego słowa znaczeniu, pozwala odkryć nowy świat. Bardziej zadziwiający, niezwykły i piękniejszy nawet od tego zwanego Kosmosem. Przynajmniej ja tak go odbieram. Natomiast światy fantastyczne, wymyślone, nieistniejące – te są mniej fascynujące z całą pewnością.
Wykorzystałem fragmenty książki Billa Brysona „Krótka historia prawie wszystkiego”
Łódź 30.11.2023