З російської переклав: Глушак Д. Д. 2018р. Зміст



жүктеу 4.03 Mb.
бет3/31
Дата20.04.2019
өлшемі4.03 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31

Глава 1.

Живі острови

Вік Землі – 4,54 мільярда років. Осмислити такий величезний проміжок часу просто так не вийде, так що ми зараз спробуємо подумки стиснути всю історію існування планети в один календарний рік [6].

Зараз, коли ви читаєте цю книгу, 31 грудня – ось-ось повинні пробити куранти ( на щастя, 9 секунд назад винайшли феєрверки). Люди існують уже півгодини, може, трохи менше. До вечора 26 грудня світом керували динозаври, але всі вони, крім птахів, вимерли після зіткнення астероїда з Землею. Квіти й ссавці з'явилися трохи раніше, також у грудні. У листопаді планету заполонили рослини, а в океанах з'явилися майже всі основні групи тварин. І рослини, і тварини складаються з безлічі клітин – подібні багатоклітинні організми вже точно існували до початку жовтня. Можливо, вони з'явилися й раніше – по скам'янілостях не можна сказати напевно, – але тоді вони були нечисленні. У переважній більшості живі організми до початку жовтня були одноклітинними. Їх неможливо було б розглянути неозброєним оком, якби тоді взагалі існували очі. Так усе й тривало з моменту появи життя на Землі десь у березні.

Підкреслю, що всі відомі нам видимі живі організми – усі ті, хто приходить на розум, коли ми згадуємо про «природу», – з'явилися тут зовсім недавно, до епілогу. Протягом більшої частини історії єдиними представниками життя на Землі були мікроби. У нашому уявлюваному календарі з березня по жовтень планета була в їхньому повному розпорядженні.

І за цей час вони дуже круто її змінили. Бактерії збагачують ґрунт і розщеплюють забруднюючі його речовини. Вони підтримують геохімічні цикли вуглецю, азоту, солі й фосфору, перетворюючи їх у складові, які споживаються тваринами й рослинами, а потім повертаючи їх у ґрунт шляхом розкладання органічних тіл. Вони стали першими організмами, здатними готувати собі їжу, використовуючи сонячну енергію в процесі фотосинтезу. Їхній головний продукт життєдіяльності – кисень, і вони виділили його стільки, що атмосфера планети змінилася назавжди. Саме завдяки їм ми живемо у світі з киснем. Навіть зараз бактерії-фотосинтетики в океані роблять половину кисню, яким ми дихаємо, і зв'язують стільки ж вуглекислого газу [7].

Вважається, що ми живемо в


антропоцені


- новій геологічній епосі, відмітною ознакою якої є величезний ступінь впливу людину на планету. Але з тим же успіхом можна заявити, що ми усе ще живемо в

мікробіоцені


- епосі, яка почалася з зародженням життя на Землі й буде тривати до його зникнення.

Мікроорганізми насправді всюдисущі. Вони живуть у воді найглибших океанських западин і серед скель на дні. Виживають в, безперестану викидаючих «чорних курцях», гарячих джерелах і антарктичних льодах. Навіть у хмарах вони є: допомагають дощу й снігу випасти на землю. На нашій планеті вони існують в астрономічних кількостях. Навіть більше, чим в астрономічних: у вашому кишечнику мікробів більше, ніж зірок у нашій галактиці [8] .

У такому багатому мікробами й ними ж зміненому світі й з'явилися тварини. Як помітив палеонтолог Ендрю Нолл, «якщо тварини на еволюційному торті – вишенька, то бактерії – це сам торт» [9].

Вони завжди були частиною екології нашого світу. Ми розвилися в тих, ким є, посередині них – причому саме з них ми й розвинулися. Тварини відносяться до


еукаріотів


- групи, що включає в себе також усі рослини з водоростями й гриби. Незважаючи на всі наші очевидні відмінності, організми еукаріотів складаються з клітин з однаковою базовою будовою, що й відрізняє їх від інших живих організмів. Практично вся ДНК еукаріотів зібрана в центральному ядрі клітини, що й послужило основою для їхньої назви: «еукаріота» походить від грецького «дійсне ядро». Ще в них є внутрішній «кістяк», що забезпечує опору, що й переміщає молекули з місця на місце. І звичайно, мітохондрії – маленькі бобоподібні генератори, які забезпечують клітини енергією.

Для всіх еукаріотів ці риси є загальними, тому що ми походимо від одного предка близько двох мільярдів років тому. До того життя на Землі була розділена на два табори, або домени:


бактерії,


про яких ми вже знаємо, і

археї,


про яких мало кому відомо і які відрізняються талантом до колонізації середовищ з найбільш несприятливими умовами. Організми обох груп – одноклітинні, тобто набагато менш складні, чому еукаріоти. У них відсутній внутрішній кістяк, як і клітинне ядро. Мітохондрій, що постачають їх енергією, у них також немає – скоро ви зрозумієте чому. До того ж на перший погляд вони подібні зовні, тому спочатку вчені вважали, що археї – також бактерії. Але зовнішність оманна – біохімічно археї відрізняються від бактерій приблизно так само, як Windows від Mac.

Протягом приблизно двох з половиною мільярдів років від зародження життя на Землі бактерії й археї еволюціонували роздільно. А потім бактерія якимось невідомим чином з'єдналася з археєю, втративши тим самим можливість існувати незалежно, і так і залишилася укладена в новому організмі-хазяїні. Саме так, на думку багатьох учених, з'явилися еукаріоти. Це повість про те, як створювалися ми з вами, – про злиття двох доменів життя в третій, про найбільший симбіоз усіх часів. Архея утворювала тіло клітини-еукаріоти, а бактерія згодом перетворилася в мітохондрію.

Цей доленосний союз і дав початок усім еукаріотам [10].

Саме тому в наших геномах утримується безліч генів архейної природи й тих, що більше нагадують гени бактерій. По тій же причині мітохондрії присутні у всіх наших клітинах. Ці приручені бактерії змінили все. Еукаріотичні клітини змогли використовувати це джерело енергії для росту, нагромадження більшої кількості генів і розвитку в більш складні організми. Біохімік Нік Лейн називає все це « чорною дірою в серці біології». Відстань між простими клітинами бактерій і більш складними клітинами еукаріот величезне, і життя перетнуло її лише один раз за чотири мільярди років. З тих пір бактеріям і археям жодного разу не вдалося знову створити еукаріотичну клітину, незважаючи на те що розбудовуються вони дуже швидко. Як таке можливо? Інші складні конструкції – очі, покриви, багатоклітинні тіла – не раз розбудовувалися в ході еволюції незалежно одне від одного, але поява еукаріоти – це одиничний випадок. Як стверджують Лейн і інші вчені, злиття археї й бактерії, що створило еукаріот, було настільки малоймовірним, що так і не повторилося, а якщо й повторилося, то не привело до подібного результату. Своїм союзом ці два мікроорганізми всупереч усім очікуванням дали поштовх до появи всіх існуючих у світі рослин, тварин, грибів і взагалі всього видимого неозброєним оком. Саме завдяки їм я пишу цю книгу, а ви її читаєте. У нашому уявлюваному календарі це злиття відбулося десь у середині липня. Ця книга – про те, що відбулося після.

Після виникнення еукаріот деякі з них незабаром почали взаємодіяти й поєднуватися. Так з'явилися багатоклітинні – до них відносяться й рослини з тваринами. Уперше живі організми стали великими, настільки великими, що в них з'явилася можливість приймати у власні тіла великі співтовариства бактерій і інших мікроорганізмів[11].

Порахувати їх – завдання вкрай складне. Вважається, що в середньому в організмі людини на кожну людську клітину доводиться десять мікробних, так що можна сказати, що ми – не більш ніж погрішності у своєму власному тілі. Але відношення 10 до 1, що згадується в книгах, журналах, конференціях TED і практично в кожному науковому огляді на цю тему, насправді не більш ніж груба прикидка, заснована на вкрай неточних підрахунках, яку, на жаль, багато прийняли за факт [12].

За останніми підрахунками, наших власних клітин у нашому організмі близько 30 трильйонів, а клітин мікробів приблизно 39 трильйонів – майже порівну. Ці результати також не відрізняються точністю, так воно й неважливо: ми в кожному разі вміщаємо безлічі.

Якщо ми розглянемо свою шкіру під збільшенням, ми побачимо їх: круглі намистинки, угодовані палички й хвостаті квасолинки, кожна розміром у кілька мільйонних метра. Вони настільки малі, що, незважаючи на їхню кількість, усі разом вони важать усього кілька кілограмів. Дюжина цих хлопців або навіть більше змогли б зручно розміститися по ширині людського волосся. Мільйон зміг би влаштувати вечірку на шпильковій голівці.

У більшості з нас немає доступу до мікроскопа, так що мало кому вдасться розглянути цих крихіток прямо. Усе, що ми зауважуємо, – це наслідки їхньої діяльності, причому звичайно погані. Ми почуваємо, як болить запалений кишечник, і чуємо, як хтось чхає за два кроки від нас. Побачити бактерію

Mycobacterium tuberculosis


неозброєним оком у нас не вийде, а ось кров у слині хворого туберкульозом – цілком.

Yersinia persis,


іншу бактерію, ми також не помітимо, але прогледіти викликану нею епідемію чуми складно. Це хвороботворні мікроби, так звані патогени. За всю історію людства вони нанесли нам чимало збитку й, безсумнівно, залишили свій культурний слід. Багато з нас досі вважають мікробів шкідливими рознощиками хвороб, від яких потрібно триматися подалі. У жовтій пресі частенько попадаються страшилки, що розповідають про те, що предмети повсякденного користування, такі як клавіатури, мобільні телефони й дверні ручки, виявляється – жах-то який! – кишать бактеріями. Навіть більшою мірою, чим сидіння унітаза! Подібні розповіді натякають на те, що мікроби – це погано й що їх присутність указує на бруд, занедбаність, хвороби, що визирають з-за рогу. Стосовно мікробів це дуже несправедливо. Більшість із них патогенами не є. Вони не стають причиною захворювань. Існує менш сотні видів хвороботворних бактерій, небезпечних для людини[13], разом з тим у нашому кишечнику живуть тисячі видів, і майже всі невинні. У найгіршому разі вони – пасажири, автостопом подорожуючі по організмах, у кращому ж – невід'ємна частина наших тіл, що опікує їх від напастей. Їх не можна побачити, але вони не менш важливі, чому шлунок або очі. Це своєрідний орган, що складається з мільярдів клітин, тільки вони не утворюють єдине скупчення, як прийнято в нормальних органів, а копошаться окремо одна від одної.

Мікробіом набагато більш мінливий, чим кожна з відомих нам частин нашого тіла. Ваші клітини містять від 20 до 25 тисяч генів, а клітини мікробів у вашому тілі – в 500 раз більше[14]. Завдяки своїй генетичній різноманітності разом з високою швидкістю розвитку вони здатні пристосуватися до будь-яких труднощів. Вони допомагають нам перетравлювати їжу, вивільняючи живильні речовини, до яких у нас інакше не було б доступу. Вони роблять вітаміни й мінеральні речовини, що не надходять в організм з їжею. Вони розщеплюють токсини й небезпечні хімічні речовини. Вони захищають нас від хвороб, витісняючи більш небезпечних мікробів або відразу вбиваючи їх антибіотиками. Вони роблять речовини, що впливають на те, як ми відчуваємо запахи. Вони з'являються настільки неминуче, що ми передали їм контроль над часом несподіваними аспектами нашого життя. Вони керують розвитком нашого тіла, виробляючи сигнальні молекули, відповідальні за ріст наших органів. Вони вчать нашу імунну систему відрізняти гарних мікробів від поганих. Вони безпосередньо впливають на розвиток нашої нервової системи й, можливо, навіть на нашу поведінку. Їхній вплив на наше життя величезний, вони знайшли собі роботу в кожному куточку нашого організму. Ігнорувати їх – значить дивитися на своє життя в замкову щілину.

Дана книга покликана ці двері розкрити. Ми займемося дослідженням неуявного всесвіту, що існує в нашому власному тілі. Ми довідаємося, звідки бере початок наш союз з мікроорганізмами, як вони надають форму нашому тілу й нашому життю і яким чином ми не дозволяємо їм виходити за рамки дозволеного й підтримуємо з ними мир. Ми глянемо з боку на те, як, самі того не усвідомлюючи, руйнуємо цей мир і тим самим піддаємо своє здоров'я небезпеці. Ми довідаємося, як підійти до цих проблем з іншої сторони й використовувати мікробіом у власних інтересах. А ще ми почуємо розповіді веселих учених-ентузіастів з відмінною уявою, що присвятили своє життя тому, щоб розібратися в мікроскопічному світі, незважаючи на часті глузування, відмови й невдачі.

Між тим, нас цікавлять не тільки люди [15].

Ми довідаємося, як мікроби поділилися із тваринними незвичайними здатностями, новими можливостями розвитку й навіть власними генами. Візьмемо удодів, наприклад: ці пташки, у профіль, що змахують на кирку, а офарбленням, що нагадують тигра, змазують відкладені яйця секретом куприкової залози, утримуючим велику кількість бактерій. Ці бактерії виробляють антибіотики, які не дозволяють шкідливим мікробам потрапити в яйця й заподіяти пташенятам шкоду. Мурахи-листорізи спеціально возять на собі мікробів, що роблять антибіотики, – вони знезаражують гриби, які мурахи вирощують у себе на підземних плантаціях. Голкобрюх за допомогою бактерій виробляє тетродотоксин – наймогутнішу отруту, здатну уразити будь-якого хижака, що вирішив цієї рибою поласувати. У слині всім нам відомого колорадського жука утримуються бактерії, що пригнічують захисні механізми рослин. Риби сіфамії з сімейства кардиналових дали притулок у себе на тілі світним бактеріям, які притягують здобич. Мурашині леви, хижі комахи з грізними щелепами, паралізують своїх жертв токсинами, які виробляються бактеріями в їхній слині. Деякі круглі хробаки вмертвлюють комах, викидаючи в їхні тіла блювотні маси з токсичними світними бактеріями [16] , а інші завдяки украденим у мікробів генам пробираються прямо в клітини рослин, що приводить до значних збитків у сільському господарстві.

Союзи з мікробами не раз змінювали курс еволюції тварин і приводили до змін у навколишньому світі. Зрозуміти, наскільки такі партнерства важливі, буде простіше всього, якщо ми довідаємося, що трапиться, якщо їх зруйнувати. Уявіть, що всі мікроби на Землі взяли й зникли. З одного боку, звичайно, інфекційні хвороби кануть у небуття, а багато комах-шкідників не зможуть харчуватися своєю звичною їжею, але на цьому гарні звістки закінчуються. Травоїдні ссавці – корови, вівці, антилопи, олені – вимруть від голоду, адже для розщеплення грубої клітковини, що утримується в рослинах, їм без мікробів не обійтися. Зникнуть череди, що живуть на пасовищах Африки. Терміти при травленні також покладаються на допомогу мікробів, так що й вони зникнуть – а заодно й тварини більші, які харчуються термітами або використовують термітники як притулки. Тлі, цикади й інші комашки, що харчуються соком рослин, також вимруть без бактерій, які роблять живильні речовини, відсутні в соку. Багато хробаків, молюски й інші тварини з тих, що проживають на дні океану, отримують енергію саме завдяки бактеріям. Без мікробів вимруть і вони, і тоді будуть зруйновані харчові мережі темних, незвіданих глибин. У місцях, де мілкіше, ситуація буде майже такою ж. Корали, що покладаються на мікроскопічні водорості й на безліч різноманітних бактерій, ослабнуть і стануть украй уразливі. Богатирі-рифи зблякнуть і почнуть поступово руйнуватися, тому постраждає все живе поруч з ними.

А ось люди, як не дивно, переживуть. На відміну від інших тварин, для яких стерильність означає швидку загибель, ми протягнемо тижні, місяці, навіть роки. Наше здоров'я зрештою погіршиться, але спочатку нам буде не до того. Кількість відходів почне швидко рости, адже розкладають їх саме мікроби. Разом з іншими травоїдними ссавцями вимре домашня худоба. Про врожай також можна буде забути: мікроби виробляють необхідний рослинам азот, а без нього вони зникнуть. (У цій книзі будуть розглядатися тільки тварини – прийміть мої найглибші вибачення, аматори ботаніки.) «Думаємо, що протягом року суспільство чекає повний колапс, адже харчовий ланцюжок катастрофічно порушиться, – написали мікробіологи Джек Гілберт і Джош Нойфельд, ретельно обміркувавши цей гіпотетичний сценарій [17]. – Більша частина видів на Землі вимре, а чисельність тих, що виживуть, значно скоротиться».

Мікроби важливі. Ми їх ігнорували. Ми боялися їх і ненавиділи. Прийшов час оцінити їх по гідності, адже, якщо цього не зробити, ми не зможемо зрозуміти власне тіло. У цій книзі я покаджу вам, як насправді виглядає царство тварин і наскільки більш дивним воно починає здаватися, якщо розглядати його як світ безперервного співробітництва, яким воно в дійсності є. Це розповідь про історію природи, яка розширить уже наявні знання про неї, отримані від найбільших дослідників минулого.

У березні 1854 року британець Альфред Рассел Уоллес, розмінявши четвертий десяток, відправився в грандіозний круїз по островах Малайзії й Індонезії[18]. За вісім років він зустрів на своєму шляху вогненно-рудих орангутанів, кенгуру, що скачуть навколо дерев, чудових райських птахів, величезних метеликів-птицекрилок, свиней-бабірусс, чиї бивні проростають крізь рило, і навіть жабу, що планерує від дерева до дерева на лапах-парапланчиках. Усі ці приголомшливі істоти потрапили в колекцію Уоллеса, що складається з більш 125 тисяч експонатів, – там і черепашки, і рослини, і тисячі різних комах на шпильках, а ще шкіри й опудала птахів і ссавців. На відміну від інших колекціонерів Уоллес привласнив кожному експонату бирку з вказівкою,

де саме


був зібраний той або інший зразок.

Місце впіймання було надто важливо. Завдяки цим деталям Уоллес зміг виявити закономірності. Він помітив, наприклад, що в певних місцях тварини відрізняються значною різноманітністю, навіть у межах свого ж виду. З'ясував, що на деяких островах живуть унікальні види тварин. А під час подорожі від Балі до Ломбока – між ними всього 35 кілометрів – він відзначив, що тваринний світ Азії різко змінювався зовсім не подібною на нього фауною Австралазії, немов ці два острови були розділені невидимим бар'єром (пізніше його назвуть лінією Уоллеса). Нині Уоллеса цілком заслужено називають батьком біогеографії – науки про поширення різних видів на нашій планеті. Але, як стверджує Девід Куаммен у своїй книзі «Пісня додо», «біогеографія в руках обачних учених відповідає не тільки на запитання,


який це вид


і

де він живе,


але й

чому.


І що іноді ще більш важливо –

чому ні » [19].


Вивчення мікробіомів починається точно так само: першою справою потрібно перелічити мікробіоми різних тварин або різних ділянок тіла на одній тварині. Де які види живуть? Чому? І чому не живуть там, де не живуть? Перед тим як зайнятися дослідженням їх впливу на організм, потрібно звернутися до їхньої біогеографії. Дослідження Уоллеса і його колекція дозволили йому сформулювати найважливіший постулат біології: види мінливі.

«Виникнення кожного виду збігається в просторі й у часі з уже існуючим


близькоспорідненим видом»,


 – писав він багато раз, іноді курсивом [20]. Тварини постійно змагаються між собою, а найсильніші з них виживають і розмножуються, передаючи свої переваги своєму потомству. Іншими словами, вони еволюціонують шляхом природного добору. Це стало найважливішим осяянням за всю історію науки, але ж почалося все з невтомного бажання довідатися більше про навколишній світ і досліджувати його, а також зі схильності помічати, хто де живе.

Крім Уоллеса по світу в пошуках скарбів природи мандрували і багато інших натуралістів. Чарлз Дарвін зробив кругосвітню подорож на борті корабля «Бігль»: за п'ять років він виявив скам'янілі кістки гігантських лінивців і броненосців в Аргентині, зустрів гігантських черепах, морських ігуан і різноманітних пересмішників з Галапагосських островів. Його пригоди й колекції заронили інтелектуальні насіння тієї ж ідеї, що дала паростки й у думках Уоллеса, – теорії еволюції, яка пізніше стане нерозривно пов'язана з іменем Дарвіна. Томас Генрі Гекслі, якого охрестили «бульдогом Дарвіна» за активну пропаганду ідеї природного добору, побував в Австралії й Новій Гвінеї, де вивчав морських безхребетних. Ботанік Джозеф Хукер добрався аж до Антарктиди, по шляху збираючи зразки рослин. А вже зовсім недавно Едвард Осборн Уїлсон, закінчивши вивчати мурах Меланезії, написав навчальний посібник по біогеографії.

Багато вважають, що ці знамениті вчені звертали увагу лише на видимий світ тварин і рослин, ігноруючи прихований світ мікробів. Це не зовсім так. Дарвін, безсумнівно, поповнив свою колекцію мікробами, що потрапили на палубу «Бігля», – він їх називав

інфузоріями[21] .


Також він вів переписку із провідними мікробіологами [22] . З обладнанням того часу в нього просто не було можливості заглибитися в цю тему.

А ось сучасні вчені здатні збирати зразки мікроорганізмів, розділяти їх на частини, витягати ДНК і розпізнавати їх шляхом секвенування генів. Таким чином, вони роблять усе те ж саме, що й Дарвін з Уоллесом у свій час. Вони збирають зразки в різних місцях, пізнають і ставлять головне запитання: що де живе? Вони також займаються біогеографією, тільки в іншому масштабі. На зміну розмахуванню сачком для метеликів приходять акуратні мазки ватяною паличкою. Прочитати дані генома – однаково що пролистати визначник. А день, проведений у зоопарку, можна порівняти з подорожжю на «Біглі» – він ішов від острова до острова, а мікробіологи переходять від вольєра до вольєра.

Дарвін, Уоллес і їхні колеги відносилися до островів з особливою цікавістю. Воно й зрозуміло – адже найбільш вигадливі й прекрасні форми життя зустрічаються саме там. Завдяки ізоляції островів від навколишньої природи і їх обмежених розмірів еволюція там може розгулятися на всю котушку. Принципи, по яких працює біологія, там проявляються куди чіткіше, чим на великому материку по сусідству. Але острів – це не тільки оточена водою ділянка суші. Для мікробів будь-який організм-хазяїн є островом – цілим світом, навколо якого порожнеча. Рука, якою я гладжу Бабу в зоопарку Сан-Дієго, – це пліт, на якому мікроскопічні мешканці острова-людини переїжджають на острів-панголін. Доросла людина, що злягла з холерою, – немов острів Гуам, захоплений завезеними туди зміями. Людина – не острів? А ось і неправда: для бактерій ми всі – острови [23].

Кожний з нас має свій власний унікальний мікробіом. Його формують успадковані нами гени, прийняті ліки, рукостискання, вік, а також те, де ми жили й що ми їли. У плані мікробів ми дуже подібні, але при цьому такі різні. Коли мікробіологи тільки зайнялися складанням повного списку людських мікробів, вони планували відкрити якусь основу мікробіома – групу видів, що живуть в організмі кожного. Зараз сам факт існування такої основи є спірним [24]. Деякі види зустрічаються часто, але не скрізь. Якщо основа і є, то на рівні функцій, а не організмів. Є певні завдання, наприклад, перетравити якісь живильні речовини або виконати який-небудь особливий метаболічний трюк, і виконують їх завжди мікроби – ось тільки не ті самі. Цю же тенденцію можна спостерігати й у світі тварин. Птахи ківі в Новій Зеландії риються в смітті в пошуках хробаків, а в Англії цим займаються борсуки. Тигри й димчасті леопарди – гроза лісів на Суматрі, тим часом на Мадагаскарі, де котячі не водяться, ту ж роль виконують фосси, ссавці з сімейства мадагаскарських вивірок, а на Комодо головним хижаком у харчовому ланцюжку є величезний варан. Ті самі завдання виконуються різними видами на різних островах. Острови ці можуть представляти собою як ділянки суші, так і різних людей.

Насправді людина швидше нагадує архіпелаг – ланцюжок островів. На кожному окремому острові Галапагосів живуть свої різновиди в’юрків і черепах, а на кожній частині нашого тіла – своя мікробна фауна. На шкірі мікробіом по більшій частині складається з бактерій

Propionibacterium, Corynebacterium і Staphylococcus; Bacteroides


правлять у кишечнику,

Lactobacillus


- у піхві, а

Streptococcus


- у порожнині рота. У самих органах бактерії також неоднорідні. Мікроорганізми, що живуть на початку тонкої кишки, відрізняються від тих, що проживають у прямій кишці. Над десневим краєм і під ним живуть різні мікроби. Жирні ділянки на обличчіі й грудях заселили одні мікроби, жаркі й вологі зарості в області паху й під пахвами – інші, а треті захопили сухі пустелі на передпліччях і долонях. До речі, про долоні: населення вашої правої долоні всього на одну шосту збігається з населенням лівої [25] . Різниця між частинами тіла в цьому плані в багато разів перевершує різницю між людьми. Простіше говорячи, бактерії у вас на передпліччя більше нагадують бактерій на моєму передпліччі, чим у вас же в роті.

Мікробіом змінюється не тільки територіально, але й з часом. Коли дитина при народженні залишає ідеально чистий світ маминого живота, її тіло відразу заселяють вагінальні мікроби матері. Майже три чверті штамів мікроорганізмів немовляти збігаються з материнськими. Потім починається експансія. Дитина отримує нові види бактерій від батьків і навколишнього світу, і мікробіом її кишечника поступово стає усе різноманітнішим [26] . Чільні в кишечнику види поміняють один одного, адже раціон дитини змінюється: на зміну


Bifidobacterium,


що спеціалізуються на переварюванні молочних продуктів, приходять

Bacteroides,


любителі вуглеводів. Разом з мікробами змінюється і їхня поведінка. Вони починають робити різноманітні вітаміни й підготовляють кишечник до перетравлювання дорослої їжі.

Це дуже бурхливий період, але його етапи цілком передбачувані. Уявіть, що буде відбуватися в лісі після пожежі або на новонародженому острові, що тільки що висунувся з океану на поверхню. І там, і там незабаром з'являться найбільш немудрі мешканці – мохи й лишайники. За ними підтягнуться трава й дрібні чагарники, а потім і дерева. Екологи називають цей процес

сукцесією,

або зміною співтовариств, і до мікробів дане поняття також застосовне. Мікробіому немовляти потрібно від одного до трьох років, щоб досягнути зрілого стану, а потім наступає стабільність. Так, мікробіом змінюється день у день, від світанку до заходу, навіть від обіду до вечері, але ці зміни незначні в порівнянні з тими, що відбулися в перші роки життя. Мікробіом дорослої людини динамічний, але лише на тлі загальної стабільності [27] .

У різних тварин зміна мікробних співтовариств відбувається по-різному, тому що ми – досить вибагливі хазяї. Колонізувати нас дано не будь-яким мікробам, а тим, що дано, ми можемо самі підбирати товаришів. Як саме це робиться, ми довідаємося трохи пізніше, а доки будемо мати на увазі, що мікробіом людини відрізняється від мікробіома шимпанзе, який відрізняється від мікробіома горили, – приблизно як ліси Борнео з орангутанами, карликовими слонами й гібонами не подібні на ліси Мадагаскару з лемурами, фоссами й хамелеонами, а ті, у свою чергу, на ліси Нової Гвінеї з райськими птахами, валлабі й казуарами. Ми знаємо про це завдяки вченим, які пройшлися ватяною паличкою по усьому тваринному світу. Вони описали мікробіоми панд, валлабі, комодских варанів, дельфінів, лорі, дощових хробаків, п'явок, джмелів, цикад, погонофор, попелиць, білих ведмедів, дюгоні, пітонів, алігаторів, мух цеце, пінгвінів, папуг какапо, устриць, капібар, кажанів, морських ігуан, зозуль, індичок, грифів-індичок, павіанів, палочників і багатьох інших тварин. Вони секвенували мікробіоми немовлят, недоношених, дітей старших, дорослих, літніх, вагітних жінок, близнюків, жителів великих міст США й Китаю, сільських жителів з Буркіна-Фасо й Малаві, мисливців і збирачів з Камеруну й Танзанії, деяких представників, що раніше не контактували з цивілізованим світом, амазонських племен, струнких і повних людей, а також здорових і хворих.

Подібні дослідження зараз набирають обороти. Мікробіологія існує вже не одне століття, але в останні кілька десятиліть вона кардинально прискорила крок завдяки розвитку технологій і усвідомленню того, що мікроби, виявляється, мають значення – особливо в плані здоров'я. Адже саме вони відповідають за те, як наш організм сприймає щеплення, скільки енергії діти отримують із їжі й у якому ступені рак у хворих піддається лікуванню. Багато хвороб, у тому числі ожиріння, астма, рак товстої кишки, діабет і аутизм, супроводжуються змінами в мікробіомі, а виходить, можна припустити, що ці мікроби як мінімум служать ознакою хвороби, а як максимум – її причиною. Якщо причиною, то, можливо, нам удасться суттєво зміцнити здоров'я, внісши певні зміни у свої співтовариства мікроорганізмів – можна додавати й знищувати різні види, пересаджувати цілі співтовариства з організму однієї людини в організм іншої й навіть створювати штучні мікроорганізми. Можна навіть управляти мікробіомами інших тварин – руйнувати партнерства, що дозволяють червам-паразитам заражати нас моторошними тропічними хворобами, і створювати нові симбіози, що дозволяють кровосцальним комахам самим боротися з вірусом, що викликає лихоманку денге.

Мікробіологія – швидко мінлива галузь науки, яка дотепер укрита завісою невідомості, незбагненності й розбіжностей. Ми не можемо навіть ідентифікувати багатьох мікробів у власному тілі, а з'ясувати, як вони впливають на наше життя й здоров'я, – тим більше. Але ж це так захоплююче! Бути на хвилі й смакувати те, що спереду, куди крутіше, чим виявитися прибитим до берега. Зараз на цій хвилі сотні вчених. Мікробіологію активно фінансують. У багато разів збільшилася кількість значимих досліджень. Мікроби завжди управляли нашою планетою, і тепер нарешті вони ввійшли в моду. «Раніше мікробіологія була нікому не відомою наукою, а зараз вийшла в перші ряди, – посміхається біолог Маргарет Макфолл-Най. – Забавно спостерігати, як усі навколо усвідомлюють, наскільки важливі мікроби, і як квітне ця галузь. Тепер ми знаємо, що мікроби становлять величезну й різноманітну частину біосфери, що вони живуть у безпосередній близькості до тварин і мають великий вплив на їхню природу. Як по мені, так це найкрутіший переворот у біології з часів Дарвіна».

Критики стверджують, що мікробіом не заслужив такої популярності й більшість досліджень у цій області представляють не більшу цінність, чим колекціонування марок. Ми знаємо, які мікроби живуть на морді панголіна, а які – у кишечнику людини, і що з того? Це дає відповіді на запитання «що?» і «де?», але не « як?» і «чому?». Чому на одних тваринах деякі мікроби живуть, а на інших – ні? Або чому в деяких особин вони є, а в більшості їх немає? Чому мікроби живуть лише на певних частинах тіла, а не на всіх? Чому ми спостерігаємо той розподіл, який спостерігаємо, і як він виникає? Як мікроби попадають у хазяїна і як вони там залишаються? Як мікроби й хазяї міняють один одного, уклавши союз? І як вони поводяться, коли цей союз руйнується?

В кінцевому підсумку саме на ці питання мікробіологія й намагається відповісти. У цій книзі я розповім вам, як ми просунулися в пошуках відповідей, які перспективи закладені у вивченні мікробіома й керуванні ним і що нам доведеться зробити, щоб їх досягнути. Поки що будемо мати на увазі, що відповісти на ці питання можна, лише крок за кроком збираючи дані, так само як Дарвін і Уоллес у свій час. «Колекціонування марок» необхідне. «Щоденник Дарвіна також усього лише описував його подорожі й розповідав про барвистих тварин і мальовничі місця, про теорію еволюції там не було ні слова, – писав Девід Куаммен [28] . – Теорія з'явилася після». Спочатку була довга й завзята праця. Систематизація. Складання описів. Збір матеріалу. «Якщо материки ще не досліджені, перед тим як з'ясовувати, чому все розташоване так, а не інакше, потрібно з'ясувати, як саме воно розташоване», – зауважує Роб Найт.

Заради дослідження Найт і відправився в зоопарк Сан-Дієго. Він вирішив взяти мазки з морд і шкір різних ссавців, щоб описати їх мікробіоми й хімічні речовини – метаболіти, які мікроби роблять. Ці речовини формують середовище, у якому живуть і розбудовуються мікроби, а також служать індикатором не тільки самого факту їхнього існування, але й того, які завдання ці мікроби виконують. Спостереження за метаболітами подібне на опис творів мистецтва, харчових продуктів, винаходів і поставок у місті замість звичайного перепису населення. Недавно Найт спробував зайнятися описом метаболітів на обличчіі людини, але з'ясував, що косметичні засоби – сонцезахисні засоби й креми для обличчя – заглушують природні метаболіти, виділювані мікробами [29] . Що робити? Взяти мазки у тварин, звичайно! Панголін Баба, зрештою, зволожуючим кремом не користується. «Сподіваюся, удасться ще добути мазки з порожнини рота, – ділиться планами Найт. – І вагінальні також». Я здивовано піднімаю брову. « У рамках програм по розведенню гепардів і панд отут установлені морозилки, і вони набиті мазками з піхов», – запевняє мене він.

Працівник зоопарку проводжає нас до колонії голих грабарів – гризунів, що бігають по з'єднаних між собою пластмасових трубах. Красою природа їх явно обділила – вони змахують на зубасті зморшкуваті сардельки. А ще вони дуже дивні: нечутливі до болю, несприйнятливі до раку, дуже довго живуть, майже не вміють контролювати температуру тіла, а сперма в них украй низької якості. Вони живуть колоніями, як мурахи, з королевою й робітниками. Ще вони норні, що робить їх особливо цікавими для Найта. Він зовсім недавно отримав грант на дослідження мікробіомів тварин з однаковими рисами й способом життя: живучих у норах, що літають, водних, що вміють пристосовуватися до високих або низьких температур і навіть розумних. «Поки що це лише припущення, але, можливо, у мікробів є преадаптації, завдяки яким хазяйський організм отримує необхідну для всього цього енергію», – ділиться він. Не можна сказати, що це припущення неправдоподібне. Мікроби відкрили для тварин безліч можливостей. Завдяки їм багато тварин змогли вести незвичайний спосіб життя, який інакше був би для них недоступний. А якщо у тварин подібні звички, то й мікробіоми часто виявляються подібні один на одного. Наприклад, Найт і його колеги одного разу з'ясували, що в кишечнику у всіх ссавців, що харчуються мурахами або термітами (панголінів, броненосців, мурахоїдів, трубкозубів, земляних вовків), живуть подібні співтовариства кишкових мікробів, хоча вони розбудовувалися незалежно одне від одного протягом ось уже ста мільйонів років [30] .

Ми проходимо повз колонію сурикатів – деякі, зачувши чужинців, встають на задні лапи, інші продовжують гратися. Найту потрібно зняти мазок у самки, але єдина підходяща для цього самка – матріарх колонії – уже стара, і в неї хворе серце. У сурикатів це часто зустрічається. Іноді вони нападають на дитинчат інших сурикатів або залишають власних. Коли таке трапляється, працівники зоопарку втручаються й вигодовують дитинчат вручну. Вони виживають, але доглядач говорить, що в старості в них починаються проблеми з серцем з невідомих причин. «Цікаво, – говорить Найт. – А ви що-небудь знаєте про молоко сурикатів?» Він запитує тому, що молоко ссавців містить спеціальні цукри – діти не можуть їх перетравити, а деякі мікроби можуть. Коли жінка вигодовує дитину грудьми, вона її не тільки годує, але й піклується про те, щоб у її кишечнику поселилися «правильні» мікроби. Найт задається питанням: а в сурикатів так само? Можливо, покинуті дитинчата починають жити не з тими мікробами в кишечнику через те, що не мають можливості харчуватися молоком матері? Чи впливає цей недолік на їхнє здоров'я в майбутньому?

Найт працює й над іншими проектами, спрямованими на поліпшення здоров'я мешканців зоопарку. Ми проходимо повз вольєр гривистих тонкотілів – це такі симпатичні мавпи з виблискуючою оловом вовною, що й стирчить в усі сторони пушком на морді, – і він розповідає, що намагається з'ясувати, чому одні види мавп у неволі часто занедужують колітом (запаленням товстої кишки), а інші – ні. Є всі підстави вважати, що отут замішані мікроби. У кишечнику людини при запальному захворюванні, як правило, виникає надлишок провокуючих імунну систему бактерій, а ось тих, що її втихомирюють, саме не вистачає. Подібне проявляється й при інших захворюваннях, таких як ожиріння, діабет, астма, алергія й рак товстої кишки. Вважається, що ці захворювання мають екологічний характер – окремо мікроби ні при чому, справа у всьому співтоваристві відразу. Це означає, що в симбіозі щось пішло не так. І якщо причиною захворювань дійсно стають порушення в мікробіомі, грамотне керування співтовариством мікробів допоможе їх вилікувати. Навіть якщо зміни в мікробних співтовариствах –

результат

хвороби, а не причина, завдяки їм можна буде поставити діагноз до прояву видимих симптомів захворювання. Тому Найт і досліджує мавп, порівнюючи здорових представників, і тих, що хворіють колітом, різних видів, – він прагне з'ясувати, чи існують ознаки, по яких доглядачі зоопарку зможуть визначити, що така, що не проявляє ніяких симптомів тварина занедужала. Подібні дослідження можуть допомогти нам зрозуміти, що змінюється в мікробіомі людей – або собак – з запальними захворюваннями кишечника.

І ось нарешті ми заходимо в приховане від сторонніх очей приміщення, куди тимчасово помістили декількох тварин. В одному вольєрі ми бачимо величезний силует покритої чорним хутром істоти довжиною близько метра – по обрисах щось начебто ласки, тільки вираження морди як у ведмедя. Це бінтуронг – один з найбільших і кошлатих представників сімейства вивіркових. Джеральд Даррелл описав його як «недбало витканий килимок». За словами доглядача, зняти мазки з морди й лап нам не важко буде, але нас-то цікавить дещо подалі. У бінтуронгів по обидва боки анального отвору перебувають пахучі залози – запах, які вони виділяють, чимсь нагадує попкорн. Швидше за все, такий аромат виходить саме завдяки бактеріям. Учені вже описали мікробні запахи, виділювані пахучими залозами борсуків, слонів, сурикатів і гієн. Бінтуронг, ти наступний!

«А мазок з заднього проходу можна буде зняти?» – цікавлюся я.

Доглядач повільно переводить погляд на застрашливого звіра у вольєрі, а потім назад на нас. « Н-не думаю…»

Якщо глянути на тваринний світ, враховуючи при цьому мікроорганізми, навіть найбільш звичні сфери життя стають дивними. Там, де гієна треться в траву пахучими залозами, мікроби записують її автобіографію, яку зможуть прочитати інші гієни. Мама-сурикатиха, вигодовуючи дитинчат молоком, будує в їхніх кишечниках цілі світи. Броненосець, набиваючи черево мурахами, годує трильйони бактерій, які, у свою чергу, забезпечують його організм енергією. Коли мавпа або людина занедужують, їхні організми стають подібніі з затягнутим тванню озером або зарослим бур'янами полем – в екосистемі щось пішло не так. Наші життя перебувають під контролем зовнішніх сил, які насправді в нас усередині. Вони залежать від мільярдів істот, які живуть самі по собі й у той же час є частиною нас. Запахи, здоров'я, травлення, ріст і розвиток, а також десятки інших речей, які звичайно приписують окремим особинам, – це насправді результат складної спільної роботи організму-хазяїна й мікробів.

Яке ж визначення ми дамо слову «особина», знаючи все це [31]?


Якщо дати визначення з анатомічної точки зору й сказати, що особина – це власник певного тіла, прийдеться згадати, що мікроби живуть у тому ж тілі, що й ми. Можна спробувати підійти до цього питання з погляду розвитку плода, тоді особина – це істота, що виросла з однієї заплідненої яйцеклітини. Але це також не підійде: організми деяких тварин, серед яких миші й рибки даніо-реріо, розвиваються по інструкціях, закладених як у їхніх генах, так і в їхніх мікробах. Вони не зможуть нормально розбудовуватися в стерильному середовищі. Можна вдатися до визначення з погляду фізіології – особина складається із частин (органів і тканин), які взаємодіють на благо всьому організму. Але як же комахи, що отримують необхідні живильні речовини завдяки спільній роботі як власних ферментів, так і бактеріальних? Мікроби – це частина цілого, причому невід'ємна. Генетичне визначення, по якому особина складається з клітин з однаковим геномом, зустрічається з тією ж проблемою.

У будь-якій тварині є як його власний геном, так і безліч мікробних, які впливають на її життя й розвиток. Іноді гени мікробів впроваджуються в геноми хазяїв і так там і залишаються. Чи має зміст розглядати їх як різні сутності? Варіантів залишається усе менше – може, спробувати звалити все на імунну систему? Адже вважається, що вона існує саме для того, щоб відрізняти клітини нашого організму від чужорідних, не плутати себе й не себе. Тільки ось і це не зовсім так: живучі в нас мікроби, як ми побачимо пізніше, беруть участь у побудові імунної системи, а вона замість вчиться їх не кривдити. Як би ми до цього питання не підходили, ясно одне: мікроби перевертають саме поняття індивідуальності з ніг на голову. Вони ж її й формують. У цілому ваш геном майже такий же, як мій, а ось мікробіоми в нас можуть бути зовсім різними (а віроми – тим більше). Можна сказати, що я не вміщую безлічі – я і є безлічі.

Подібні думки можуть запросто спантеличити. Незалежність, самосвідомість і свобода волі відіграють у нашому житті найважливішу роль. Як одного разу помітив першопрохідник світу мікробіомів Девід Релман, «втрата почуття самосвідомості, пов'язані з ним ілюзії й відчуття контролю з боку» є потенційними ознаками психічного розладу [32] . « Не дивно, що останні дослідження симбіотичних відносин породили значний інтерес до цієї теми, – писав він, але також додавав: – [Подібні дослідження] підкреслюють усю принадність біології. Ми, буваючи істотами соціальними, намагаємося зрозуміти, як ми пов'язані з іншими істотами. Симбіоз – це неперевершений приклад того, як співробітництво приводить до успіху і які переваги нам дають близькі відносини».
І я з ним згідний. Симбіоз указує нам на ниточки, якими з'єднано все живе на Землі. Яким чином у таких різних організмів, як люди й бактерії, виходить співіснувати й співробітничати один з одним? Уся справа в тому, що ми походимо від одних предків. Ми всі зберігаємо інформацію про себе в ДНК і користуємося тим самим кодом, а в якості енергетичної валюти в нас у всіх аденозинтрифосфат. Уявіть собі звичайний сендвіч: кожний інгредієнт – від помідорів і листів салату до свинки, що надала для сендвіча бекон, від дріжджів, на яких спекли булочку, до мікробів, які напевно на ній сидять, – говорить на тій самій молекулярній мові. Як сказав Алберт Ян Клюйвер, нідерландський біолог: «Що слон, що маслянокисла бактерія – усе одне!»

Варто лише зрозуміти, наскільки ми схожі і як сильно між собою зв'язані, – і наше сприйняття світу стане в багато разів яскравіше. Моє, наприклад, уже стало. Я з дитинства обожнюю природу. Удома в мене повно документальних фільмів і книг, з яких так і просяться назовні сурикати, павуки, хамелеони, медузи й динозаври. Але про мікроби і їх вплив на життя хазяїв там ні слова, а виходить, вони недосконалі – як картини без рам, торти без вишеньок або Леннон без Маккартні. Тепер я знаю, що життя всіх описаних там створінь багато в чому залежать від невидимих істот, з якими вони співіснують, самі того не підозрюючи, яким вони частково або повністю зобов'язані своїми здатностями і які живуть на нашій планеті набагато довше них самих. Приголомшуюча зміна погляду на світ, і яка важлива!

Коли мене вперше взяли в зоопарк, я був занадто малий, щоб що-небудь запам'ятати (і щоб знати, що у вольєр до слонячих черепах краще не лазити). Зараз я перебуваю в зоопарку Сан-Дієго з Найтом (і Бабою), і тепер усе інакше. Тут панує буйство фарб і шуму, але я розумію, що більшу частину живого тут не можна побачити й почути. Тут одні посудини з мікробами платять за те, щоб глянути на інші посудини з мікробами, що живуть у вольєрах і клітинах. По пташниках, сховавшись в оперені посудини, літають трильйони мікробів. Ще трильйони розгойдуються на галузях дерев і шастають по виритих у землі тунелях. Купка бактерій, що живе в недбало витканому чорному килимку, наповнює повітря навколо себе стійким ароматом попкорну. Саме так і виглядає навколишній світ, і, хоч неозброєним оком його не розглянути, я його нарешті бачу.



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет