Viren: Winzig und seit Urzeiten auf der Erde

Seit wann gibt es Viren auf der Erde? Wo kamen sie her? Und welche Forschung dazu findet am Museum für Naturkunde Berlin statt? Im Folgenden nehmen wir Sie mit auf eine Reise in die Welt der Viren. Im zweiten Teil erfahren sie im Anschluss mehr über Viren als Krankheitserreger – und welche Rolle sie in der Evolution gespielt haben könnten.

Winzig und gemein: Was sind Viren?

Viren sind infektiöse, eigenständige, nichtzellige, unbewegliche Partikel. Im Inneren enthält das Virus eine Erbsubstanz. Ihre Außenhülle hat oft die Form von geometrischen Körpern. Die meisten sind stäbchen- oder kugelförmig, manche sehen aus wie Fäden oder Quader. Die Außenhülle besteht aus Eiweißstoffen (Proteinhülle). Zusätzlich können sie eine Fetthülle (Lipid) aufweisen.

Viren gibt es in unvorstellbarer Anzahl – sie sind zehnmal häufiger als Bakterien. Dass sie nicht auffallen liegt an ihrer Winzigkeit. Sie sind nur mit dem Elektronenmikroskop sichtbar und noch hundertmal kleiner als Bakterien. Zu den kleinsten Erregern gehören die der Kinderlähmung, zu den größten die Pockenviren. Ein Grippevirus liegt mit 0,12 Tausendstel Millimetern im Durchschnitt.

Sind Viren Lebewesen?

Viren werden nicht zu den Lebewesen gezählt, da sie keinen eigenen Vermehrungsapparat (Replikationsapparat) und auch keinen eigenen Stoffwechsel haben. Sie können sich nur in lebenden Wirtszellen vermehren, da sie auf den Stoffwechsel ihrer Wirtszellen angewiesen sind. Daher befallen sie Pflanzen, Tiere und Menschen. Es gibt auch Viren, die Bakterien befallen. Diese Bakteriophagen werden in der Medizin beforscht, um sich diese zu Nutze zu machen.

Viren lassen Grundfunktionen des Lebens wie Stoffwechsel, Energiegewinnung, Atmung und Reizbarkeit vermissen. Sie verkörpern die höchste Form des Parasitismus. Wie echte Lebewesen besitzen sie jedoch die Fähigkeit zur Mutation. Sie überspannen als eigenständige Gruppe in schwer zu fassender Weise die unbelebte und belebte Natur. Viren sind mit einem Programm zu vergleichen, was in eine Zelle eingeschleust wird und nur das Ziel hat sich zu vermehren.

Wann gab es die ersten Viren und wo kamen sie her?

Bezüglich ihrer Herkunft gibt es nur Vermutungen. Eine These besagt, dass es sich um selbstständig gewordene Gene, also versprengte Chromosomenteilchen handelt, die durch die Wirtszellen nicht mehr gesteuert werden können. Oder sie entwickelten sich aus Bakterien, indem sie viele Zellbausteine verloren haben. Einer dritten gängigen Hypothese zu Folge ist schon die erste existierende Zelle in der Erdgeschichte mit Viren infiziert gewesen. Danach hätten sie alle Evolutionsschritte bis zum Menschen begleitet und dabei ständig neue Formen hervorgebracht.

Neueste Forschungsergebnisse gehen davon aus, dass Viren und Bakterien einander sehr nahestehen. Es wurden Gigaviren entdeckt, die größer als Bakterien sind und bereits Bausteine besitzen, um eine Proteinsynthese durchführen zu können – was eigentlich den Bakterien als Lebewesen vorbehalten ist. Charles Darwin sagte, dass man den Anfang des Lebens unter heutigen Bedingungen nicht mehr nachvollziehen kann.

Derzeitiger Stand der Forschung  ist: Vor 4,5 Milliarden Jahren entstand die Erde und vor 3,8 Milliarden Jahren das erste Biomolekül. Wie diese Riboenzyme entstanden, darüber ist sich die Wissenschaft noch uneins. Einige Forschende meinen, das Leben käme aus dem Weltraum. Diese Moleküle hatten die Fähigkeit, sich durch Anlagerung neuer Moleküle zu verdoppeln und damit zu vermehren, sie stellten also Kopien von sich selbst her. Manchmal funktionierte das nicht richtig, es gab Mutationen.

Die ersten Viren entstanden vor allem Leben. Sie passten sich im Laufe der Zeit an immer neue Wirte an. Direkt nachweisen können die Forscher so alte Viren nicht. Älteste Nachweise von Bakterien gibt es zum Beispiel in sogenannten Stromatolithen, wovon die ältesten 3,6 Milliarden Jahre alt sind und in Australien gefunden wurden. Ein direkter Nachweis uralter Viren ist nicht bekannt. Es handelt sich um eine gängige Hypothese, wie Viren entstanden sein könnten.

Die eben erwähnten Gigaviren sind übrigens vor einigen Jahren in Nordostsibirien, 30 Meter tief im Permafrost gefunden worden, bei minus 13 Grad Durchschnittstemperatur – und sie wurden von einem Forscherteam nach 30.000 Jahren im Eis wieder „zum Leben“ erweckt.

Forschende schätzen die heutige Zahl auf etwa 100 Millionen Virustypen, die überall vorkommen, wo es Leben gibt – von der Tiefsee bis in die Antarktis. Man nimmt an, dass Viren in der Tiefsee dafür sorgen, dass Mikroorganismen absterben und Kohlenstoff in großem Maßstab freisetzen. Dieser Kohlenstoff steht dann wieder anderen Organismen zur Verfügung. Viren können damit Ökosysteme beeinflussen.

Forschung am Museum für Naturkunde

Im Museum für Naturkunde Berlin wird für Natur geforscht. In einem Forschungsfeld untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler alle Arten von Krankheiten, die sich im Skelett fossiler Wirbeltiere manifestieren. Die sogenannte Paläopathologie eröffnet einen Blick in die Tiefe der Urzeit, stellt Fragen über den evolutionären Ursprung und die Geschichte von Krankheiten und sucht Antworten.

• Ein Forschungsobjekt war Tyrannosaurus rex Tristan Otto bzw. weitere Exemplare aus aller Welt. Hier erfahren Sie mehr über die Forschungskooperationen.
• Ein Team von Paläontologen und Medizinern aus Deutschland, Kanada und den USA unter Beteiligung des Museums für Naturkunde Berlin publizierte eine Krebserkrankung bei Pappochelys rosinae. Es handelt sich um ein Exemplar der ältesten Schildkröte der Welt aus der Trias-Zeit vor 240 Millionen Jahren.
• Ein eidechsenähnliches Tier, das vor 289 Millionen Jahren in der Permzeit lebte, litt an einer Erkrankung des Knochenstoffwechsels, die der Paget-Krankheit des heutigen Menschen ähnelt. Dies veröffentlichten die Forscherin Yara Haridy vom Museum für Naturkunde Berlin und ihre Kooperationspartner 2019. Es ist der bei weitem älteste bekannte Nachweis einer derartigen Krankheit, an der masernartige Viren beteiligt sind.
• Trug eine vor 49 Millionen Jahren in Bernstein eingeschlossene Zecke (Ixodes succineus) bereits die heute bekannten Krankheitserreger (Viren, Bakterien, Protozoen) in sich? Ein Forscherteam unter Leitung von Jason Dunlop, Museum für Naturkunde Berlin, veröffentlichte Fakten über diese seltene fossile Zecke.
• Die Forschungssammlung des Museums für Naturkunde Berlin organisiert die Sammlung, Speicherung und globale Verfügbarmachung der Daten von Mikrofossilien in Tiefseesedimenten, zum Beispiel von Kieselalgen um die Klima- und Ökosystemforschung voranzutreiben.
• Das Museum für Naturkunde Berlin erforscht die Entwicklung des Sonnensystems, die Auswirkung von Meteoriteneinschlägen und die Entwicklung der Erde vom Magmaball zum blauen Planeten. Dabei werden Modellierungen vorgenommen – im Prinzip die gleiche Methode, mit der heute auch der aktuelle Pandemieverlauf berechnet wird.