Virus là những thực thể cực kỳ đơn giản và nhỏ bé, về căn bản thì chúng chỉ có một chút thông tin di truyền là DNA hoặc RNA chứa trong vỏ protein mà thôi. Tuy nhiên virus lại cực kỳ thành công, chúng xuất hiện khắp nơi và có một vị trí quan trọng trong bức tranh sự sống trên trái đất. Sau đây là những thông tin cơ bản mà chúng ta đã biết về nguồn gốc của virus, cách chúng ta nghiên cứu nguồn gốc của chúng và vấn đề liệu chúng có phải là sinh vật sống hay không. Hy vọng bài viết sẽ mang đến cho các bạn những thông tin thú vị.
Virus không để lại hóa thạch trên đá mà để lại dấu vết trên DNA của vật chủ, đó là cách chúng ta tìm được bằng chứng về chúng trong quá khứ
Để tìm hiểu được virus đến từ đâu thì trước tiên chúng ta phải nghiên cứu được cội nguồn của chúng, như ngành cổ sinh vật học nghiên cứu về những sinh vật trong quá khứ. Vấn đề ở đây là virus quá nhỏ, quá mong manh để có thể để lại hóa thạch trên đá trầm tích. Tuy nhiên may mắn (hoặc ghê rợn, tùy theo cách nghĩ của mấy bạn) là bọn virus đôi khi để lại dấu lấn lên DNA của vật chủ của chúng, tất nhiên là bao gồm cả con người. Và chính những dấu vết này chính là chìa khóa để các nhà khoa học truy vết được virus trong quá khứ.
Ngành nghiên cứu virus cổ là một lĩnh vực non trẻ trong ngành vi sinh học, vì nó được xây dựng dựa trên một ngành mới xuất hiện gần đây – di truyền học. Trong ngành nghiên cứu virus cổ, các nhà khoa học chủ yếu nghiên cứu các đoạn dấu vết của virus lên DNA vật chủ của chúng.
Những đoạn dấu vết này là sản phẩm phụ khi virus lây nhiễm cho một tế bào, tiếp cận bộ máy tái tạo DNA rồi lập trình lại bộ máy đó để sản xuất ra nhiều virus mới và tiếp tục lây nhiễm. Đôi khi những đoạn gen của virus có thể thêm vào DNA của vật chủ, miễn là nó không gây đột biến làm hại tế bào chủ thì nó có thể ở đó mãi mãi. Và nếu điều này xảy ra trong một tế bào hình thành tinh trùng hoặc trứng thì đoạn gen của virus thực sự có thể được di truyền qua các thế hệ sau của vật chủ.
Sở dĩ các nhà nghiên cứu virus cổ thường nghiên cứu chúng gián tiếp qua những đoạn gen của vật chủ thay vì “mổ xẻ” trực tiếp chúng là vì chúng quá đơn giản và sinh sản cực nhanh, vì thế mà luôn đột biến và thay đổi với tốc độ chóng mặt. Chỉ cần qua vài trăm năm thôi là đủ để một chủng virus thay đổi đến mức bộ gen gốc không còn lại nhiều. Tuy nhiên những dấu vết chúng để lại trong DNA của vật chủ thì khác, chúng thay đổi chậm như tốc độ tiến hóa của vật chủ vậy, vì vật chủ sinh sản chậm hơn và tỷ lệ đột biến cũng không cao bằng. Dù những dấu vết này không hoàn hảo nhưng đem ra nghiên cứu thì vẫn được, và chắc chắn nó sẽ lưu trữ được thông tin lâu hơn một con virus trôi nổi đâu đó.
Truy tìm dấu vết virus giống nhau trên DNA của các loài vật chủ có cùng tổ tiên, các nhà khoa học nắm trong tay những bằng chứng có niên đại hàng trăm triệu năm
Các nhà khoa học có thể tìm ra tuổi của các dấu vết virus trong bộ gen của các loài động vật bằng cách so sánh chúng với nhau. Nếu 2 loài động vật có cùng một dấu vết thì nó đã xuất hiện từ lúc 2 loài đó có chung một tổ tiên, và loại virus để lại dấu vết đó có tuổi đời ít nhất bằng chính loài tổ tiên đó.
Ví dụ đầu tiên chúng ta có thể kể đến là circovirus. Đây là một nhóm virus gây ra bệnh dạ dày ở chó. Các nhà khoa học đã từng nghĩ bọn này xuất hiện khá muộn, cách đây tầm 500 năm là cùng. Thế nhưng dấu vết mà chúng để lại trên bộ gen của chó cũng được tìm thấy trên mèo và gấu trúc nữa. Vì thế chúng phải xuất hiện ít nhất từ lúc những loài này chưa tách ra, tức là khoảng 68 triệu năm trước, vào khoảng cuối kỷ Phấn Trắng.
Bằng chứng lâu đời nhất về virus cho đến thời điểm hiện tại được tìm ra trong một nghiên cứu hồi năm 2011. Các nhà nghiên cứu đã xem xét lịch sử của bracovirus trên ong bắp cày. Và họ tìm thấy bằng chứng cho thấy rằng thời điểm mà nhóm virus này xuất hiện có thể là lâu đời như chính nguồn gốc của côn trùng. Đó là vào kỷ Than Đá, khoảng 310 triệu năm về trước.
Một nghiên cứu khác vào năm 2009. Một gen được tìm thấy ở động vật có vú, được gọi là CGIN1 có nguồn gốc từ tận những ngày đầu tiên khi động vật lớp thú xuất hiện, từ 125 đến 180 triệu năm trước đây. Và gen này được cho là có nguồn gốc từ virus, vì các thành phần của nó giống với một loại RNA của một loại virus là retrovirus.
Có thể loại virus này đã lây nhiễm vào tế bào trứng hoặc tinh trùng của những tổ tiên của động vật lớp thú của chúng ta hàng trăm triệu năm trước. Và bây giờ con người cũng như vô số loài động vật lớp thú khác cũng thừa hưởng nó luôn. Trên thực tế, ước tính có 8% bộ gen của con người có bao gồm các trình tự sắp xếp có khởi nguồn từ virus.
Ngành nghiên cứu virus cổ đã tìm ra được bằng chứng về sự tiến hóa virus cách đây hàng trăm triệu năm. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu virus cổ tin rằng chúng được hình thành từ trước đó rất rất rất lâu, hàng tỷ năm trước – khi sự sống bắt đầu hình thành.
Virus có thể tự hình thành trước cả tế bào, thoái hóa từ một loại tế bào nào đó hoặc tách ra từ DNA của sinh vật sống
Có nhiều giả thuyết khác nhau về nguồn gốc của virus, và chúng vẫn luôn được các nhà khoa học tin theo tranh luận sôi nổi.
Virus-First Model (virus tự hình thành từ trước cả các tế bào đầu tiên)
Giả thuyết này cho rằng vì virus đơn giản hơn các tế bào rất nhiều nên chúng phải xuất hiện đầu tiên, trước cả các tế bào lâu đời nhất. Chúng tồn tại một thời gian cho đến khi sự sống xuất hiện và các tế bào bắt đầu có khả năng tự sao chép. Sau đó virus tiến hóa để ký sinh trên các dạng sống phức tạp hơn.
Escape Hypothesis (virus tách ra từ DNA của sinh vật sống)
Giả thuyết này cho rằng virus phát triển từ các tế bào, bên trong DNA của chúng. Bộ gen của chúng ta có chưa những phần có khả năng tự sao chép và dán vào nơi khác. Vì thế mà một số chuyên gia cho rằng nếu một phần như thế có khả năng tạo ra một lớp áo protein thì nó có thể dễ dàng thoát ra khỏi tế bào và trở thành một loại virus.
Regressive Model (virus thoái hóa từ một sinh vật sống)
Giả thuyết này được sinh ra khi các nhà khoa học tìm được một loại virus to đùng, mimivirus. Tên gọi này chính là viết tắt từ ”mimicking microbe”, tức là “bắt chước vi khuẩn”. Thứ này rất to lớn so với tiêu chuẩn của một con virus, khoảng 750nm, thậm chí còn to hơn một số vi khuẩn. May mắn thay là chúng chỉ ký sinh trên bọn amip mà thôi.
Cùng với kích thước siêu khủng khiếp, mimivirus cũng có nhiều gen hơn, bao gồm cả một số gen có khả năng tổng hợp protein – khả năng mà đáng lẽ virus không thể làm được. Trong khi mimivirus vẫn dựa vào vật chủ để sinh sôi, vậy thì tất cả những gen đó được dùng để làm gì? Một số nhà khoa học cho rằng các gen này là còn sót lại từ một thời mà miuivirus to lớn hơn, phức tạp hơn và giống một tế bào hơn.
Giả thuyết này cho rằng đã từng có một thời virus sống tự do, sau đó phát triển một mối quan hệ cộng sinh với các sinh vật khác. Dần dần, mối quan hệ đó từ cộng sinh trở thành ký sinh, và khi càng phụ thuộc nhiều vào vật chủ thì virus sẽ càng mất dần tính phức tạp của chúng.
Một vài nghiên cứu gần đây đã nghi ngờ về giả thuyết này. Một số nhà khoa học cho rằng mimivirus chỉ đơn giản là có những đoạn gen đó khi nó thu được chúng từ vật chủ qua thời gian mà thôi.
Virus không thực sự là một sinh vật sống, các nhà khoa học xem nó là một thứ không sống cũng không chết
Việc định nghĩ virus có phải là một sinh vật sống hay không chẳng phải chuyện đơn giản. Nhiều nhà khoa học đề nghị đặt virus vào “vùng xám bán sinh”, giữa trắng của sự sống và đen của các chất vô cơ. Chúng không sống nhưng cũng không chết hẳn. Những người khác thì lại đang tranh cãi về việc tìm một chỗ của virus trên cây sự sống, nhưng vấn đề là “nếu thật sự có thì đặt ở đâu thì mới hợp lý?”.
Để trả lời được câu hỏi virus có phải là sinh vật sống hay không thì chúng ta cần thống nhất về định nghĩa của sự sống. Giới khoa học thường đồng ý rằng sự sống có thể tự sinh sản, tạo năng lượng cho chính nó, duy trì sự ổn định của môi trường bên trong các tế bào và có thể tiến hóa.
Virus có thể sinh sản nhưng nó không thể tự làm thế. Virus cũng có thể đột biến, tiến hóa nhưng chúng chẳng có cách nào để tạo ra năng lượng. Ngoài ra chúng cũng không tự kiểm soát được môi trường bên trong cơ thể luôn. Lý do chúng nằm trong “vùng xám bán sinh” là vì chúng đạt một số điều kiện của sự sống trong khi những điều kiện khác thì không.
Một số nhà khoa học đã gợi ý rằng tuy không phải là một nhánh trong cây sự sống nhưng virus có thể được xem là những sợi dây leo quấn quanh. Hình ảnh này có thể được xem là lãng mạn hoặc ghê rợn tùy theo cách nghĩ của bạn nhưng dù sao thì bọn virus giờ cũng đã có mặt ở khắp nơi và có một vị trí trong sự sống trên trái đất.
Trên đây là bài viết về cách mà loài người chúng ta nghiên cứu virus cổ, các giả thuyết về nguồn gốc của chúng cũng như vị trí của chúng trong cây sự sống. Cảm ơn các bạn đã quan tâm theo dõi và chúc các bạn luôn an toàn trước mọi loại virus nhé.