Chúng ta vẫn nghĩ virus không phải sinh vật sống nhưng khám phá mới này có thể thay đổi hoàn toàn quan niệm đó

Cái quái gì thế nhỉ? Đây là câu hỏi mà các nhà khoa học luôn đặt ra mỗi ngày, khi họ cố gắng tìm hiểu các sinh vật sống trên Trái Đất có mối liên hệ với nhau như thế nào. Khỉ có họ với vượn, tinh tinh và con người – chắc rồi. Nhưng nhiều khi câu trả lời không dễ dàng và tầm thường như vậy.

Đi xuống những sinh vật nhỏ bé, thậm chí là những gì đang đứng ở ranh giới sự sống và sự không sống, virus sẽ cho bạn một ví dụ tuyệt vời.

Virus làm đau đầu các nhà sinh học. Bởi nó không phải là một tế bào hoàn chỉnh, virus không thuộc bất kỳ một trong 3 nhóm sinh vật sống nào: từ vi khuẩn cổ đại, vi khuẩn cho đến sinh vật nhân chuẩn (thực vật, động vật, nấm…).

Virus không thể tự sinh sản và bởi vậy, một số nhà khoa học cho rằng nó không thể được coi là sinh vật sống. Thế nhưng, một số người khác lại cho rằng virus nên được xếp vào một dạng sống thứ tư, bởi chúng được tiến hóa tối giản đi từ một sinh vật cổ, từng sống trong quá khứ và có dạng tế bào.

Virus sống hay không sống? Bây giờ các nhà khoa học nói chúng giống zombie.

Mười năm trở lại đây, giả thuyết thứ 2 đang được củng cố mạnh, khi các nhà khoa học phát hiện ra nhiều loại virus khổng lồ có cấu trúc tương tự dạng sống tế bào. Nhưng rồi mới đây nhất, một nghiên cứu công bố trên tạp chí Science lại đặt ra một nghi vấn ngược lại.

Liệu virus tối giản từ một tế bào sống, hay chúng tiến hóa phức tạp lên từ một dạng “không sống” đơn giản hơn. Vậy là, các nhà khoa học một lần nữa phải bắt đầu đi tìm lại nguồn gốc của virus, sau khi cán cân giữa các giả thuyết bị kéo trở lại điểm cân bằng.

Bây giờ, phải trở lại những gì chúng ta đã chắc chắn. Quan sát hiển vi đã khẳng định cho chúng ta một thực tế: Virus rất rất nhỏ và mang cấu trúc hết sức tối giản. Sự tối giản của nó đạt đến độ chẳng virus nào có nổi những sắc thái và đặc trưng sống của tế bào.

Nhìn vào bên trong phần tử virus hoàn chỉnh, bạn thường chỉ thấy một dạng vật liệu di truyền, có thể là DNA hoặc RNA, được bao bọc bởi một lớp protein gọi là capsid. Đôi khi, virus có thể khoác lên trên nó một lớp chất béo, nhưng là mượn từ tế bào chủ.

Vì cấu trúc quá tối giản, virus không thể tự sinh sản. Nó cần đột nhập vào tế bào vật chủ, chiếm quyền kiểm soát quá trình trao đổi chất để nhân lên.

Sự phụ thuộc quá lớn vào tế bào vật chủ đẩy virus đến giới hạn của định nghĩa sự sống. Một số nhà khoa học nói rằng virus sống, nhưng số khác sẽ có cơ sở để nói rằng chúng chết. Tranh cãi vẫn đang tiếp tục, nhưng có lẽ chúng ta nên tạm chọn một bên để xem xét nó.

Nếu coi virus không phải là thứ gì đó đã chết, một câu hỏi lớn được đặt ra: Chúng đến từ đâu?

Cấu trúc của virus cực kỳ đơn giản: chỉ cần một lõi DNA hoặc RNA với vỏ capsid là bạn đã có một virus

Có rất nhiều lý thuyết đang cạnh tranh nhau nhằm giải thích quá trình tiến hóa của virus. Một trong số đó nói rằng virus là hậu duệ của một dòng sinh vật cổ. Loài sinh vật này đã từng có dạng sống tế bào. Nhưng cũng như virus, chúng sống kí sinh trong tế bào khác.

Lâu dần, có thể chúng đã nhận ra rằng nếu cứ sống một cuộc sống ký sinh như vậy thì cũng không cần thiết có bào quan nữa. Tổ tiên của virus tự đơn giản hóa bản thân nó và trở thành virus bây giờ. Vậy là virus có thể đã tiến hóa từ một sinh vật sống.

Theo giả thuyết này thì ở hiện tại, chúng có thể được coi là một dạng sinh vật sống thứ 4.

Những kẻ ất ơ "sống" lang chạ?

Nhưng có một giả thuyết khác, đề xuất rằng virus ban đầu là những tác nhân di truyền không có chỗ đứng trong bộ gen. Bởi vậy mà chúng di chuyển khắp nơi, lêu lổng và thoát cả khỏi sự giam cầm của tế bào.

Tại thời điểm đó, nó có thể liên quan đến những phần tử chuyển vị hay còn gọi là gen nhảy. Những gen này có thể sự sao chép hoặc cắt chúng ra từ một bộ gen. Sau đó chúng cũng tự dán mình vào các phần khác của DNA.

Nếu đúng như vậy thì khả năng cao, virus chỉ là kết quả của một vụ tai nạn phân tử sau đó ổn định trong quá trình tiến hóa. Nó cũng có nghĩa là virus chưa từng, cả trong quá khứ và hiện tại, là một sinh vật sống hoàn chỉnh. Cũng giống như virus máy tính, chúng không phải một cỗ máy tính.

Virus có điểm khởi đầu từ những vật chất di truyền lêu lổng?

Mặc dù vậy, khi chất vấn lại cả hai giả thuyết kể trên, các nhà khoa học vẫn tìm ra những lỗ hổng của chúng. Chẳng hạn như, nếu virus bắt nguồn từ một sinh vật sống, quá trình tối giản hóa của chúng đã diễn ra như thế nào?

Ngược lại ở giả thuyết thứ hai, nó chưa thể giải thích nổi tại sao virus có thể trở nên phức tạp hơn các tác nhân di truyền trôi nổi. Điều gì đã tạo nên lớp vỏ capsid của những con virus ngày nay? Các nhà khoa học chưa biết.

Phải đến tận năm 2004, một phát hiện mới nghiêng cán cân về phía giả thuyết nói virus có xuất phát điểm từ sinh vật sống. Các nhà khoa học tìm thấy một loại siêu vi khuẩn khổng lồ, và gọi nó là girus. Trong so sánh với một virus cúm thông thường chỉ chứa 11 gen, những girus có kích thước lớn gấp 10 cả về cấu trúc và độ dài bộ gen. Chúng chứa tới 2.500 gen bên trong mình.

Những vật liệu di truyền có trong girus bao gồm cả những bản hướng dẫn cho chúng tạo ra được protein, một khả năng bị khuyết thiếu ở virus nhưng các sinh vật sống khác đều có.

Chỉ có điều giống như virus, girus không có bào quan hoàn chỉnh thể tự sinh sản. Chúng vẫn phải đi ký sinh và xâm chiếm các tế bào, thì mới có thể nhân lên được.

Thêm một điều nữa, bởi virus có thể liên quan đến các gen nhảy, chúng rất dễ hút gen của các sinh vật khác. Điều này khiến cho một số nhà khoa học lập luận rằng tất cả những gen bổ sung mà một virus khổng lồ có được, đều là do chúng ăn cắp trong quá khứ.

Virus khổng lồ

Mới đây, một nghiên cứu mới đã khẳng định bản chất “đi mượn” của tất cả các gen được đề cập trong virus. Đó là một dự án nghiên cứu, sử dụng những phương pháp tiên tiến nhất hiện tại, được gọi là Next Generation Sequencing (NGS).

Trong đó, các nhà khoa học dành rất nhiều thời gian để xác định DNA trích xuất từ mẫu nước của một nhà máy xử lý nước thải ở Klosterneuburf, Áo. Công việc đã diễn ra trong nhiều năm và họ đã khám phá ra vô số các dạng sinh vật mới từ NGS. Một trong số đó là một dòng virus khổng lồ mới, được gọi là Klosneuviruses.

Những virus khổng lồ chứa đựng cả các gen sản xuất protein, thứ mà chỉ sinh vật tế bào mới có mà virus không hề có

Trong số rất cả các girus, Klosneuviruses có một tập hợp gen lớn nhất, liên quan đến quá trình sản xuất protein. Bằng cách so sánh bộ gen của các loài virus khổng lồ với nhau, các nhà khoa học có thể cẩn thận tái tạo lại quá trình tiến hóa của chúng.

Cuối cùng, họ đã đi đến được một kết luận khá thuyết phục, rằng các cấu trúc sản xuất protein là một thứ gì đó mà những virus chỉ mới có được trong thời gian gần đây. Chúng hoàn toàn không phải một thứ gì đó còn sót lại từ một sinh vật tổ tiên của virus, đã từng có bào quan và sống trong quá khứ.

Nghiên cứu nói rằng bởi virus thường xâm nhập tế bào vật chủ, các tế bào này cũng phải phát triển những cơ chế để giấu protein khỏi “kẻ ăn cắp”. Virus lại phải thích nghi lại bằng cách kết nạp một số gen vào bộ gen của chúng.

Kết quả là những virus khổng lồ ra đời, chúng đã tiến hóa lên nhiều lần, bắt nguồn từ những virus nhỏ hơn. Điều này phủ nhận giả thuyết virus là sinh vật, được tối giản hóa từ một dạng sống tế bào trong quá khứ.

Mặc dù vậy, bằng chứng mới trong dự án NGS không phủ nhận hoàn toàn sự sống của virus. Những đầu mối mới trên nhánh cây sự sống vẫn đang được khám phá mỗi ngày.

Có thể là một vài năm sau, hoặc cũng có thể ngay ngày mai, một phát hiện mới nào đó lại chứng minh điều ngược lại. Bản thân những con virus đang bị giằng xé giữa sự sống tế bào và phi bào. Cho tới lúc mọi thứ ngã ngũ, chúng ta còn phải suy nghĩ nhiều về bản chất sự sống của chúng.

Tham khảo Theconversation