Имат ли вирусите “съзнание”? Какво е известно на науката за тяхното странно поведение

Общуване, кооперация и маскиране са едни от многото странни действия, на които са способни тези възбудители на болести. Вирусът не може да бъде убит. Той не се храни, не може самостоятелно да се предвижва и да се размножава. Той не живее. И по тази причина не може да бъде убит. Той може единствено да бъде „счупен“ или разрушен, както ние правим с предметите. Биологическият вирус не е същество, а по-скоро вещество. Но веществата едва ли могат да общуват? А вирусите могат.

Социалният живот на вирусите

Учените са открили този феномен само преди три години. Станало е случайно, както много често се случва в науката. Целта на изследването била да се провери могат ли бактериите Bacillus subtilis да се предупреждават едни други при атака от бактериофаги, които представляват особен вид вируси, избирателно поразяващи бактериите. При добавянето на бактериофаги в епруветка с Bacillus subtilis, изследователите фиксирали сигнали на неизвестен молекулярен език. Но „преговорите“ на този език не се водили между бактериите, а между вирусите.

Оказало се, че след проникването в бактериите вирусите ги карали да синтезират и да изпращат към съседните клетки специални пептиди. Тези къси протеинови молекули сигнализирали на останалите вируси за поредната успешна атака. Когато нивото на тези сигнални пептиди (а значи и на завладяните клетки) достигало определено критично ниво, всичките вируси, като по заповед, прекратявали активното деление и се прикривали. Ако не е била тази заблуждаваща маневра, бактериите е можело да осъществят колективна отбрана или напълно да умрат, лишавайки по този начин вирусите да паразитират върху тях. Вирусите решили да приспят бдителността на своите жертви и да им дадат възможност да се възстановят. Пептидът, който им помагал да осъществяват това, бил наречен „арбитриум“ (решение).

Следващите изследвания показали, че вирусите са способни да вземат и по-сложни решения. Те могат да се жертват по време на атака към имунната защита на клетка, за да осигурят успех на втората или трета вълна от настъплението. Те са способни координирано да се предвижват от клетка в клетка в транспортни балони (везикули), обменяйки генетичен материал, помагайки си един на друг да се маскират от имунитета, могат да се кооперират с други щамове, за да използват техните еволюционни преимущества.

Много е голяма вероятността, че тези удивителни примери са само върха на айсберга, смята Ланин Цзен, биофизик от Тексаския университет. С изучаването на социалния живот на вирусите се е заела цяла една нова наука – социовирусология. Един от нейните създатели, микробиологът Сам Диас-Муньос прави уточнение, че не става въпрос за това, че вирусите притежават съзнание. Но социалните връзки, езикът за комуникиране, координирането на предвижването им, взаимната помощ и планирането са признаци на разумен живот.

Разумни ли са вирусите?

Може ли да притежава разум и съзнание нещо, което не е жив организъм? Съществува математически модел, който допуска такава възможност. Теорията за интегрираната информация е разработена от италианския невробиолог Джулио Тонони. Той разглежда съзнанието като съотношение между количеството и качеството на информацията, която се измерва със специална мерна единица – ϕ (фи) и до съзнателният човешки мозък (максимума ϕ) има ред предходни състояния, подредени във възходящ ред. Минималното ниво на ϕ притежава всеки обект, който е способен да приема, обработва и да генерира информация. В този смисъл има и неживи обекти, притежаващи такива свойства, например термометъра и светодиода. Тъй като те могат да преобразуват температурата и светлината в данни, означава, че „информационността“ е тяхно фундаментално свойство, както масата и заряда за елементарните частици. В този смисъл вирусът явно превъзхожда много неживи обекти, тъй като самият той е носител на генетична информация.

Съзнанието е по-високо ниво на обработване на информацията. Тонони нарича това интеграция. Интегрираната информация е нещо, качествено превъзхождащо елементарното събиране на данни. Например това не са отделните характеристики на предмет с жълт цвят, закръглена форма и излъчващ топлина, а съставения от тях образ на светнала лампа.

Смята се, че на такава интеграция са способни само биологичните организми. За да провери дали могат да се адаптират и да събират опит неживи организми, Тонони заедно с група невробилози са разработили компютърен модел, напомнящ аркадна игра за ретро-конзола. В ролята на опитни обекти са били 300 „анимати“, тоест 12- битови елементи (юнити), притежаващи базов изкуствен интелект, симулация на органи на чувства и двигателен апарат. На всеки от тях е била зададена произволно генерирана инструкция за функциониране и всички те били пускани във виртуален лабиринт. Изследователите избирали и копирали аниматите, които демонстрирали най-добра координация. Следващото поколение е наследявало от своите „родители“ същия код. Неговият обем не се е променял, но в него били внасяни случайни „цифрови“ мутации, които можели да укрепят, да отслабят или да допълнят връзките между „мозъка“ и „крайниците“. Като резултат на такъв естествен отбор след 60 хиляди поколения ефективността за преминаване на лабиринта нараснала от 6% до 95%.

Аниматите имат едно преимущество пред вирусите. Те могат самостоятелно да се предвижват. На вирусите им се налага да се преместват от носител на носител на пътническите места в слюнката и другите физиологични отделяния. Но шансът да се увеличи нивото на ϕ в тях е по-голям. Една от причините е ,че вирусните поколения се сменят по-бързо. Оказвайки се в жива клетка, вирусът я кара да щампова до 10 хиляди свои генетически копия на час. Но има и едно условие: за да се интегрира информацията до ниво съзнание, е нужна сложна система.

Но колко сложна система е вирусът? Да погледнем примера с коронавируса SARS-CoV-2, виновникът за пандемията. По своята форма той прилича на морска мина с рога. Отвън има сферична обвивка от липиди. Това са мазнини и подобни на мазнините вещества, които трябва да защитават вируса от механични, физически и химически повреди. Именно тази обвивка се разрушава от сапуна и дезинфектантите. Над обвивката се намира така наречената корона, тоест шиповидните израстъци от S-протеини, с помощта на които вирусът прониква в клетката. Под обвивката се намира РНК-молекула, къса верига от 29 903 нуклеотиди (за сравнение, нашата ДНК се състои от повече от 3 милиарда нулкеотиди). Вирусът има достатъчно елементарна конструкция, но на него не му е нужна по-сложна. Главното е да стане ключов елемент в друга по-сложна система.

Научният блогер Филип Бушар сравнява вирусите със сомалийските пирати, които на своите малки лодки могат да завземат огромни танкери. Но по своята същност вирусът по-скоро прилича на малка компютърна програма, свита с архиватор. На вирусът не му е необходим целият алгоритъм за управление на прихваната клетка. Достатъчен е кратък код, който да накара цялата операционна система на клетката да работи за него. Именно за тази цел кодът на вируса е идеално оптимизиран в процеса на еволюцията. Може да се предположи, че вътре в клетката вирусът „заживява“ точно толкова, колкото му позволяват ресурсите на системата. В проста система той е способен да се дели и да контролира обменните процеси. В сложна система (като нашия организъм) могат да се задействат допълнителни опции, например такива, които да позволят да се достигне такова ниво за обработка на информацията, което по модела на Тонони граничи с разумния живот.

Какво искат вирусите?

Но какво въобще им е нужно на вирусите: да се жертват един за друг, да си помагат един на друг, да усъвършенстват процесите на комуникация? Каква е тяхната цел, ако те не са живи същества?

Колкото и да е странно, отговорът има пряко отношение към нас. В края на краищата вирусът е ген. Първостепенна задача на всеки ген е максимално да копира себе си, за да се разпространи във времето и пространството (справка – Ричард Докинс ). В този смисъл вирусът не се отличава много от нашите гени, които са заинтересовани преди всичко в своето оцеляване и тиражиране на записаната в тях информация. Даже приликата е още по-голяма. Ние самите в някакво отношение сме вируси. Приблизително 8%. Толкова са вирусните гени в нашия геном. Но откъде са се взели те там?

Има вируси, за които внедряването в ДНК-то на клетките-носители е необходима част от „жизнения цикъл“. Това са ретровирусите, към които се отнася например HIV. Генетичната информация на ретровирусите е шифрирана в молекулата на РНК. Вътре в клетките вирусът стартира процес за създаване на ДНК копия на тази молекула, а след това я вкарва в нашия геном, превръщайки го в конвейер за сглобяване на своето РНК по този шаблон. Но клетките имат възможност да подтиснат синтеза на вирусната РНК. И вирусът, намираш се в ДНК на клетката, губи своята способност да се дели. В този случай вирусният геном става генетичен баласт, предаващ се в новите клетки. Възрастта на най-старите ретровируси, чиито „изкопаеми останки“ са се съхранили в нашия геном са датирани отпреди 10 до 50 милиона години. За времето на еволюция ние сме натрупали около 98 хиляди ретровирусни елементи, с които са се заразявали нашите предци. Сега те представляват около 30-50 семейства, които се разделят почти на двеста групи и подгрупи. По пресмятания на генетиците, последният ретровирус, успял да стане част от нашата ДНК, е инфектирал човешката популация преди 150 хиляди години. Тогава нашите прародители са преживяли масова пандемия.

Какво правят тези реликтови вируси сега? Някои от тях не се проявяват . Или просто на нас така ни се струва. Други работят, например защитават човешкия ембрион от инфекции, стимулират синтеза на антитела в отговор на появата в организма на чужди неразпознати молекули. Но като цяло мисията на вирусите е доста по-голяма.

Как вирусите общуват с нас?

С появата на нови научни данни за влиянието на микробиома (съвкупността от микрорганизмите с техните гени в нашия организъм) върху нашето здраве, ние започнахме да осъзнаваме, че бактериите не са само вредни, но и полезни, а в много случаи жизнено необходими. Следващата крачка, според Джошуа Ледербърг, автор на „История на инфекциите“, трябва да бъде отказ от демонизирането на вирусите. Те действително често ни носят болести и смърт, но целта на тяхното съществуване е не унищожаването на живота, а еволюцията.

Като пример могат да се посочат бактриофагите, при които загиването на всички клетки на организма-носител означава поражение за вирусите. Хиперагресивните щамове, които твърде бързо убиват или лишават от подвижност своите стопани, губят възможност свободно да се разпространяват и се превръщат в задънени отклонения на еволюцията.

Вместо тях шанс да размножат своите гени получават „дружелюбните“ щамове.

„По време на своето развитие в нова среда вирусите, като правило, престават да предизвикват тежки усложнения. Това е добре и за организма на носителя, и за самия вирус“ – обяснява нюйоркският епидемолог Джонатан Ъпстейн.

Така беше и с коронавируса SARS-CoV-2 в началото на пандемията. Той беше толкова агресивен, защото той съвсем наскоро беше преодолял междувидовата бариера.

По думите на имунобиолога Акико Ивасаки от Йелския университет, „Когато вирусите за пръв път попадат в човешкия организъм, те не разбират, какво се случва“.

Това са анимати от първо поколение във виртуалния лабиринт. Но и ние не сме по-добри. При сблъсък с неизвестен вирус нашата имунна система може да излезе от контрол и да отговори на заплахата със „цитокинова буря“, тоест неоправдано силно възпаление, разрушаващо собствените тъкани на организма. Именно в такава хиперреакция на имунитета се крие причината за толкова много смъртни случаи по време на „испанската“ пандемия през 1918 година. За да живеем в баланс с четирите човешки коронавируса, предизвикващи у нас безобидна „простуда“ (OC43, HKU1, NL63 и HCoV-229E), е трябвало ние да се адаптираме към тях и те към нас.

Но нашите организми не са само среда за вирусите да еволюират, но съществува и обратна връзка, когато нашият организъм въздейства на вирусите. Нашите клетки непосредствено участват в монтажа и модифицирането на вирусните РНК. А вирусите директно контактуват с гените на своите носители, внедрявайки своя генетичен код в техните клетки. Вирусът, това е една от формите за общуване на нашите гени с външния свят. За радост или съжаление понякога диалога дава неочаквани резултати.

Появата на плацентата, структурата съединяваща плодът с майчиния организъм, е станала ключов момент в еволюцията на млекопитаещите. Трудно е да си представим, че необходимият за нейното образуване протеин синцитин се кодира от ген, представляващ „одомашнен“ ретровирус. В далечното минало синцитинът се е използвал от вирусите за унищожаване на клетките на живи организми.

Историята на нашия живот с вирусите може да се опише като една безкрайна война или надпревара във въоръжаването, пише антропологът Шарлота Биве. Този епос се строи по една схема: зараждане на инфекция, нейното разпространение чрез глобалната мрежа на контакти, след това нейното овладяване и унищожение. Всички тези сюжети са свързани със смърт, страдания и страхове. Но има и други истории.

Например, историята как се е появил невронния ген Arc. Той е необходим за пластичността на синапсите в мозъка, тоест способността на нервните клетки да формират и закрепват нови нервни връзки. Мишките, при които е изключен този ген, не могат да се обучават и да формират дългосрочна памет. Намирайки кашкавала в лабиринта, те на следващия ден забравят пътя до него.

За да изучат произхода на този ген Arc, учените са анализирали протеините, които той произвежда. Оказало се, че тези молекули самопроизволно се събират в структури, напомнящи вирусните капсиди на HIV, протеинови обвивки, защитаващи РНК на вируса. След това те се отделят от невроните в транспортни мембранни балончета, сливат се с другия неврон и изпускат там своето съдържание. Тоест спомените се предават като вирусната инфекция.

Преди 350-400 милиона години в организма на бозайник е попаднал ретровирус, при което се формирал гена Arc. А сега този вирусоподобен ген помага на нашите неврони да осъществяват висши мисловни функции. Може би вирусите няма да придобият съзнание в контакта с нашите клетки, но в обратната посока това работи. Или в крайна сметка веднъж вече е проработило.