Evolutionen formade inte bara det som vår planet ser ut idag, den fortsätter att förändra världen i liten skala varje dag. Och medan du inte (vanligtvis) inte kan se hur organismer utvecklas dagligen, har alla evolutionära händelser i liten skala potential att påverka oss som art. Exempel: mikrober, som bakterier och virus. Eftersom de utvecklas så snabbt ger mikrober en glimt av hur evolutionen sker på en accelererad tidslinje och ge ett exempel på hur evolution kan påverka människors hälsa, ibland med katastrofala effekter.
Medan forskare har studerat utvecklingen av mikrober i århundraden, forskare nyligen upptäckte en ny utvecklingsväg som fördjupar vår förståelse för hur virus anpassar sig till deras miljö. Läs vidare för att lära dig mer om hur evolutionen formar vårt förhållande till mikrober och de nya upptäckterna som ger ett nytt lager av komplexitet till viral evolution.
A Refresher: The Roll of Mutations in Evolution
Medan den biologiska mångfalden på jorden idag talar om de djupgående effekterna av evolution, sker evolution i mikroskala med slumpmässiga genetiska förändringar. En genetisk mutation som förändrar det resulterande proteinet på ett sätt som gynnar en organisms reproduktiva framgång, såsom öka energieffektiviteten eller öka motståndet mot sjukdomar, är mer benägna att gå vidare från generation till generation. Å andra sidan genetiska mutationer som förändrar det resulterande proteinet på ett negativt sätt och minskar ett individens reproduktiva framgång är mindre benägna att vidarebefordras och kan fasas ut ur genen slå samman.
Det enklaste sättet att se utvecklingen i handling idag är antimikrobiell resistens. Bakterier och virus är bland de snabbast muterande arterna, eftersom de replikerar extremt snabbt (särskilt jämfört med människor). Detta innebär att de både kan få mutationer snabbt och snabbt genomgå generationer av tillväxt som förstärker fördelaktiga mutationer och minskar skadliga. Genetiska mutationer som ger antibiotikaresistens ger en stark reproduktionsfördel för de bakterier som ha dem till exempel, varför utvecklingen av mycket resistenta superbugs är ett sådant folkhälsoproblem.
Så hur gäller detta virus?
Virus använder också genetiska mutationer för att utvecklas och bibehålla förmågan att infektera värdceller. Virus infekterar sina värdar genom att identifiera specifika receptorer på värdcellmembran - receptorer som gör att de kan komma in i cellen. Speciella värdidentifieringsproteiner på viruset fäster på värdreceptorerna, som ett lås som passar i en nyckel. Viruset kan sedan komma in i cellen (infektera värden) och "kapa" värdens system för att generera fler virus.
Virus följer de vanliga "reglerna" för evolution, och genetiska mutationer kan påverka deras förmåga att infektera en värd. En genetisk mutation som skapar effektivare "nycklar" gynnar till exempel viruset. Å andra sidan kan genetiska mutationer till värdens "lås" sluta låsa ut ett virus. Tänk på det som ett katt- och musspel: Viruset gynnar mutationer som gör att det kan påverka värdar och reproducera mer effektivt, medan värden gynnar mutationer som skyddar den mot viruset infektion.
Även om dessa grundläggande principer för evolution inte är nya, upptäcker forskare just nu hur flexibla virus kan vara på att utveckla den bästa "nyckeln" för att infektera nya värdar.
Ny forskning, publicerad i Vetenskap i 2018 fann att virus också kan anpassa hur deras gener översätts till protein. Istället för att följa det allmänna paradigmet "en gen, ett protein" fann forskarna att virus kunde anpassa sig till sin omgivning genom att skapa flera olika proteiner från samma gen. Med andra ord kan virusen använda en gen för att skapa två helt olika "nycklar", som kan passa in i två värdlås.
Vad betyder dessa resultat?
Även om det är för tidigt att förstå den fulla effekten av denna nyligen upptäckta form av evolution, kan det hjälpa oss förstå spillover infektioner, som uppstår när en sjukdom som börjar i en art kan börja dyka upp i annan. Eftersom SARS, ebola och HIV alla började som överföring av utsläpp, är det lätt att se varför förståelse av utsläppsinfektioner är viktigt för folkhälsan.
Naturligtvis visar det också att evolution inte bara sker på genetisk nivå. Och detta nyligen upptäckta evolutionära fenomen kan ge oss insikt i var några smittsamma sjukdomar kom ifrån och vart fältet går.