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



жүктеу 4.03 Mb.
бет5/31
Дата20.04.2019
өлшемі4.03 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31

Глава 3.

Тілобудівничі

« Те, що нам потрібно, розміром десь з м'ячик для гольфа», – пояснює Нелл Бекіерес

[79] .

Я стою в лабораторії Вісконсинського університету в Мадісоні, втупившись на невеликий акваріум. По-моєму, він порожній – нічого розміром з м'ячик для гольфа я точно не бачу. Власне кажучи, я там взагалі нічого не бачу, тільки пісок на дні. Бекіерес опускає руку у воду – і отут з піску раптом щось виривається й випускає густу хмару чорнила. Це самка гавайського молюска


Euprymna scolopes ,


розміром з мій великий палець. Бекіерес зачерпує воду з нею в миску, і вона продовжує стріляти в усі сторони чорнилом, сполотнівши від збудження, розчепіривши щупальця й несамовито махаючи плавцями. Незабаром вона заспокоюється, підбирає під себе щупальця й, завмерши на місці, змінює форму – тепер вона нагадує не дротик, а велику мармеладну горошину. Шкіра також змінюється: крихітні кольорові цятки моментально розширюються й перетворюються в темно-коричневі, червоні й жовті кола в переливчасту цяточку. Вона більше не біла – її фарбування більше нагадує осінній пейзаж, написаний Жорж-Пьером Сера.

«Коли вони коричневі, як зараз, вони задоволені, – посміхається Бекіерес. – Коричневий – це добре. Самці звичайно зліші – усе чорнило вистріляють, доки заспокояться. Буває, пальнуть тобі на обличчя або на груди водою – а ти потім вір, що вони не спеціально».

Я в захопленні. З цієї самки прямо-таки сочиться індивідуальність. І виглядає вона просто прекрасно.
Інших тварин у мисці немає, але молюск не самотній. Під мантією в нього розташовано дві камери – органи світіння, а в них – безліч люмінесцентних бактерій

Vibrio fischeri,

підсвічуючих його тіло знизу. При флуоресцентному лабораторному освітленні їхнє світло здається слабким, але на обмілині серед рифів навколо Гавайських островів його видно куди краще. Вважається, що світіння цих бактерій ночами подібне на падаюче зверху місячне світло й приховує силует молюска від очей хижаків. Тіні

E. scolopes


не відкидає.

Знизу цих молюсків, може, і не видно, зате зверху помітити їх дуже легко. Потрібно всього лишень прилетіти на Гавайї, дочекатися ночі й відправитися на мілководдя, озброївшись налобним ліхтариком і мережею. Якщо у вас гарна реакція, десь з півдюжини за ніч ви точно впіймаєте. Вони, до речі, прекрасно харчуються й розмножуються в неволі й не вимагають особливого догляду. «Якщо вже посередині Вісконсина вони вижили, виходить, виживуть де завгодно», – запевняє зоолог Маргарет Макфолл-Най, завідувачка цієї лабораторії. Елегантна, спокійна й урівноважена, Макфолл-Най ось уже майже тридцять років вивчає гавайських еупрімн і їхніх люмінесцентних бактерій. Вона перетворила їх у символ симбіозу, а сама в процесі стала символом ідеального мікробіолога. Колеги описують її по-різному – як сміливу бунтарку, захоплену скейтбордистку й невтомну захисницю мікробів, причому, що стала нею ще до того, як слово «мікробіом» увійшло в моду. «Коли Маргарет говорить про «нову біологію», здається, начебто вона капс не виключила», – поділився зі мною один біолог. І вона не завжди була такою – її змінив молюск [80] .

В аспірантурі Макфолл-Най вивчала риб, в організмі яких також жили світні бактерії. Вона була від них у захваті, але при цьому в сум'ятті. З'ясувалося, що в лабораторії ці риби не розмножуються, так що всі особини, з якими вона працювала, були вже заселені бактеріями. Через це Маргарет не могла відповісти ні на одне з тих, що цікавлять її запитань. Що відбувається, коли риба й бактерія зустрічаються вперше? Як вони встановлюють один з одним зв'язок? Чому організм-хазяїн не заселяють інші мікроби? А потім колега запитав у неї: «Слухай, ти ось про цього молюска чула?»

Гавайська еупрімна була вже давно відома ембріологам, а мікробіологи знали про її світні бактерії, але от їх


парт-нерство


ніхто ніколи не досліджував – а Макфолл-Най саме воно й цікавило. Щоб його вивчити, Маргарет також знадобився партнер, що досить добре розбирається в бактеріях, щоб доповнити її знання й досвід у зоології. Ним став Нед Рубай. « Здається, я був третім мікробіологом, до якого вона звернулася по допомогу, і першим, хто погодився», – говорить він. Маргарет і Нед утворювали професійний союз, який незабаром переріс у романтичний. Незворушний «інь» серфера Рубай ідеально доповнив палкий «ян» діяльної Макфолл-Най. У них, як виразився один з їхніх друзів, «справжній симбіоз». Зараз вони керівники лабораторій по сусідству один від одного й горді хазяї головоногих вихованців.

Тут тварини живуть в акваріумах, виставлених у ряд у вузькому коридорі. Місця вистачає рівно на 24 особини. Як тільки приїжджає нова партія, Бекіерес, менеджер лабораторії, вибирає букву, і студенти по ній підбирають тваринам імена. Самку, з якої ми познайомилися вище, кличуть Йоші. У сусідніх акваріумах живуть Йаху, Ізольда, Йардлі, Іра, Верб, Йосип, Йокель і містер Йук [81] . У самок кожні два тижні побачення з самцями. Після спарювання їх розсаджують по акваріумах з трубами з ПВХ, у які вони відкладають сотні яєць. Через кілька тижнів з них лупляться малята-молюски. Зараз на поличці біля акваріумів стоїть пластмасова чаша, а в ній ворушаться кілька десятків цих малят, кожний довжиною всього кілька міліметрів. Десять самок гавайської еупрімни здатні видати на світ до 60 000 дитинчат у рік – ось перша причина, по якій вони відмінно підходять для розведення в лабораторії. Друга полягає в тому, що свіжовилуплені молюски стерильні. У природних умовах


V. fischeri


населять їх за пару годин, а в лабораторії Макфолл-Най і Рубай мають можливість цей процес контролювати. Позначивши клітини

V. fischeri


світними білками, вони можуть стежити за тим, як бактерії добираються до світних органів молюска. У них є можливість побачити, як починається партнерство.

А починається воно з фізики. Зовні органі світіння покриті слизом і пульсуючими війками – їх ще називають «цілії». Війки створюють закручений потік, у який попадають частки розміром з бактерію, але не крупніші. Мікроби, у тому числі


V. fischeri,


грузнуть у слизові. Тепер фізика змінюється хімією. Якщо одна клітина

V. fischeri


торкнеться молюска, нічого не відбудеться. Дві клітини – усе ще нічого. А ось якщо в контакт з молюском вступлять п'ять клітин, вони включать цілий ряд його генів. Одні з них роблять суміш антибактеріальних речовин, які ніяк не шкодять

V. fischeri,


алее створюють вороже середовище для інших мікробів. Інші виділяють ферменти, що розщеплюють слиз молюска, роблячи тим самим речовину, яка залучає ще більше

V. fischeri.


Таким чином,

V. fischeri


незабаром починає домінувати в слизовому шарі, хоча спочатку інші бактерії чисельно перевершували її в тисячу разів. Вона й тільки вона здатна перетворювати зовнішні тканини молюска в пейзаж, що залучає родичів і відразливий для суперників. Вона нагадує головних героїв науково-фантастичних розповідей, терраформуючих суворі планети, перетворюючи їх у комфортні будинки, – тільки вона «терраформує» тварин.

Змінивши молюска зовні,


V. fischeri


починає просуватися усередину. Вона прослизає в одну з декількох пор, спускається по довгому каналу, протискується крізь вузький прохід і, нарешті, виявляється перед декількома лакунами, які закінчуються тупиками. Прибуття бактерії змінює молюска ще сильніше. Лакуни вистелені клітинами, схожими на колони, – вони збільшуються в розмірах і забирають мікробів, що прибувають, у міцні обійми. Доки бактерії влаштовуються на новому місці, двері за ними закриваються. Вхід у лакуну звужується. Канали скорочуються. Війки в'януть. Світний орган досягає зрілості. У нього заселилися потрібні бактерії (увесь цей шлях проробляють тільки

V. fischeri) –


і більше в нього не зможе заселитися ніхто.

І, властиво, що? Навряд чи комусь потрібно знати стільки інтимних деталей життя якоїсь маловідомої тварини. Але усі ці деталі підкреслюють один немаловажний факт, на який Макфолл-Най відразу звернула увагу. В 1994 році, завершивши перший етап вивчення еупрімн, вона написала: «Результатом цих досліджень стали перші експериментальні дані, котрі показують, що певний бактеріальний симбіонт може відіграти в розвитку тварини провідну роль».

Інакше кажучи, мікроби формують організми тварин.

Як? В 2004 році наукова група Макфолл-Най з'ясувала, що в основі здатностей, що трансформують


V. fischeri


лежать дві молекули з її зовнішньої оболонки – пептидоглікан і ліпополісахарид. Це було несподівано. Ці молекули тоді були відомі лише в контексті патологій. Їх відносили до

патоген-асоційованих молекулярних паттернів

(PAMP) – це характерні речовини, що сповіщають імунну систему тварини про інфекцію. Але ж

V. fischeri


- не патоген. Вона знаходиться в спорідненні з бактерією, що викликає холеру в людей, але молюскові вона не шкодить ніяк. Так що Макфолл-Най замінила в абревіатурі патогенне «П» на більш загальне мікробне «М» і назвала ці молекули MAMP –

мікроб-асоційовані молекулярні паттерни.

Новий термін символічний для науки про мікробіом в цілому. Він говорить світові, що ці молекули – не тільки ознака захворювання. Так, вони можуть спровокувати запальний процес, що важко протікає, але вони ж можуть покласти початок чудовій дружбі тварини й бактерії. Без них орган світіння не зможе розвитися повністю. Без них молюск виживе, але так ніколи й не досягне повної зрілості.

Зараз нам відомо, що багато тварин, від риб до мишей, ростуть під впливом партнерів-бактерій, причому часто під егідою тих же MAMP, що формують світні органи молюска [82] . Завдяки цим відкриттям ми можемо глянути на розвиток – процес перетворення тварини з однієї клітини в дорослу, пристосовану до життя особину – у новому світлі.

Якщо обережно відокремити запліднену яйцеклітину – людини, молюска, так кого завгодно – і розглянути її під мікроскопом, можна побачити, як вона розділюється на дві частини, потім чотири, потім вісім. Клітинна кулька росте, деформується, спотворюється. Клітини обмінюються молекулярними сигналами, що вказують, які тканини й органи потрібно створювати. Починають формуватися частини тіла. Зародок росте й буде рости, доки йому вистачає живильних речовин. Увесь процес здається автономним – немов дуже потужна комп'ютерна програма виконується сама собою. Але гавайська еупрімна й інші тварини говорять, що розвиток – це щось більше. Він просувається по інструкціях генів тварини, але також і мікробних генів. Воно є результатом безперервних переговорів між декількома видами, лише один з яких у їхньому процесі розбудовується. Це розгортання цілої екосистеми.

Щоб зрозуміти, чи має потребу тварина в мікробах для нормального розвитку, простіше всього їх у неї забрати. Одні просто гинуть: комар


Aedes aegypti,


переносник лихоманки денге, доживає до стадії личинки, але далі не розбудовується [83] . Інші легше переносять стерильність. Гавайська еупрімна, наприклад, просто перестає світитися ночами – у лабораторії Макфолл-Най їй, може, і без різниці, а ось у природніх умовах без маскування вона стане легкою здобиччю. Учені виростили стерильні версії майже всіх стандартних лабораторних тварин, включаючи рибок, мушок і мишок. Тваринні ці виживають, але все-таки вони інші. «Стерильна тварина – нещасне створіння, адже йому, як видно, постійно потрібен штучний замінник мікробів, яких у нього немає, – писав Теодор Розбері. – Воно – що дитина, яку тримають за склом, захищаючи від усіх труднощів зовнішнього світу» [84] .

Найкраще дивності біології стерильних тварин помітні в кишечнику. Правильно функціонуючому кишечнику для усмоктування живильних речовин потрібна більша площа поверхні, тому його стінки покриті безліччю довгих ворсинок, що за формою нагадують палець. Йому потрібно безупинно регенерувати клітини стінок, тому що проходячий по ньому потік їжі відшаровує і несе їх разом з собою. Йому необхідна велика мережа прилеглих кровоносних судин, щоб переносити живильні речовини по організму. Ще він повинен бути недоступним для чужорідних молекул і мікробів – його клітини повинні щільно прилягати одна до одної, щоб у вищезгадані судини не потрапило нічого зайвого. Без мікробів кожна з цих найважливіших характеристик виявляється під загрозою. Якщо рибки даніо-реріо або миші будуть рости без бактерій, їхні кишечники не зможуть як слід розвитися, ворсинки в них виявляться більш короткими, а стінки – менш міцними. Мережа кровоносних судин буде швидше нагадувати рідкісні стежки на окраїні, чим жваві міські вулиці, а регенераційний цикл перейде на знижену передачу. Більшість із цих дефектів можна виправити, просто надавши тваринам необхідних мікробів або навіть окремі мікробні молекули [85] .

Самі по собі бактерії вигляд кишечнику безпосередньо не міняють. Навпаки, вони

працюють


через хазяїнів .

Вони не робоча сила, а швидше керівництво. Лора Хупер продемонструвала це, увівши стерильним мишам звичайну кишкову бактерію


Bacteroides thetaiotaomicron


- для друзів просто B-theta [86].

Вона з'ясувала, що мікроби активували безліч мишачих генів, відповідальних за усмоктування живильних речовин, створення неприступного бар'єра, розщеплення токсинів, формування кровоносних судин і дозрівання клітин. Інакше кажучи, мікроби пояснили мишам, як налагодити роботу кишечнику за допомогою

своїх же генів [87] .

Біолог Скотт Гілберт називає цей процес спільним розвитком. Ось який шлях проробила наука. Колись вважалося ( та й зараз ця живуча ідея не здає позицій), що мікроби – це лише загроза, а виявляється, вони допомагають нам стати тими, хто ми є [88] Скептики, імовірно, обуряться й скажуть, що миші, даніо-реріо й гавайські еупрімни в мікробах не


мають потреби:


стерильна миша вся так само виглядає як миша, бігає як миша й пищить як миша. Забравши бактерії, ми отримаємо все ті ж тварини. Але стерильні тварини живуть у невибагливому середовищі – у пухирцях з керованим мікрокліматом, достатком їжі й води, повною відсутністю хижаків і яких-небудь інфекцій. У жорстоких природних умовах вони мало протягнуть. Вижити вони зможуть, але, швидше за все, недовго. Вони здатні розбудовуватися самі, але з партнерами-мікробами їм буде набагато простіше.

Чому? Навіщо тваринам перекладати відповідальність за свій розвиток на інші види? Чому б не робити все самим? «Думаю, це неминуче, – говорить Джон Ролз, що працював зі стерильними мишами й молюсками. – Мікроби – невід'ємна частина життя тварину. Від них не позбутися». Не забувайте, що тварини виникли у світі, де вже протягом мільярдів років жили мікроби. Вони управляли планетою задовго до того, як з'явилися ми. А коли ми все-таки з'явилися, у нас, зрозуміло, розвинулися механізми взаємодії з навколишніми мікробами. Було б нерозумно, якби вони не розвинулися, – однаково що переїхати в інше місто, начепивши беруші, пов'язку на очі й протигаз. До того ж розвиток відносин з мікробами виявився не тільки неминучим, але й


корисним .


Вони годували перших тварин. Більше того, їхня присутність сигналізувала про те, де більше живильних речовин, де сприйнятливіша температура, де можна поселитися. Перші тварини почували ці сигнали й тим самим отримували цінну інформацію про навколишній світ. І як ми незабаром побачимо, сліди їхньої взаємодії в стародавності збереглися дотепер.

Ніколь Кінг зараз далеко від дому. Вона керує лабораторією в Каліфорнійському університеті в Берклі, але зараз вона у відпустці в Лондоні. Вона планує відвести восьмирічного сина Нейта на денний показ мюзиклу «Біллі Елліот», але за умови, що він спокійно просидить півгодини з нами на ослоні в парку, доки ми обговорюємо маловідому групу істот за назвою хоанофлагелляти. Кінг – одна з деяких учених, які їх вивчають. Вона ласкаво називає їх «хоани», так що я також буду [89] .

Їх можна знайти у воді де завгодно – від тропічних рік до морів під льодами Антарктиди. Доки ми про них розмовляємо, Нейт, що до цього тихенько малював щось у блокноті, радісно скрикує і малює одну для нас. Він креслить овал з вигнутим хвостиком і коміром з твердих волосків – подібне на сперматозоїд у спідничці. Хвостик, смикаючись, відправляє бактерії і інші дрібні частки до коміра, вони там застряють, поглинаються й переварюються: хоани – активні хижаки. Малюнок Нейта чудово передає їхню суть, особливо той факт, що хоани одноклітинні. Вони, як і ми з вами, еукаріоти, і в них, на відміну від бактерій, є бонуси у вигляді мітохондрій і ядра. Але, як і бактерії, вони складаються з однієї-єдиної плаваючої клітини [90] .

Іноді ці клітини ведуть суспільний спосіб життя.


Salpingoeca rosetta,


улюблений вид Ніколь, часто формує колонії-розетки. Її син може і їх намалювати – десятки хоан утворюють хоровод, виставивши джгутики назовні, немов якась волосата малинка. Здається, начебто хоани для цього сюди й приплили, але насправді ця малинка – результат розподілу, а не зустрічі. Хоани розмножуються розподілом надвоє, але іноді в пари дочірніх клітин не виходить розділитися повністю, і вони так і залишаються з'єднаними короткою перемичкою. Потім це відбувається знову й знову, поки нерозлучні хоани не утворюють сферу, покриту однією оболонкою. Це і є розетка. Ці знання були б нам пошук, якби не той факт, що хоани – найближчі живучі нині родичі всіх тварин на Землі [91] . Вони зв'язані спорідненням з кожною жабою, скорпіоном, черв'яком, морською зіркою, горобчиком. Кінг намагається зрозуміти, як з'явилися перші тварини, і хоани приводять її в замилування. А процес, у результаті якого з'являються розетки й одна клітина стає багатоклітинним гроном, – тим більше.

Про те, як виглядали перші тварини, ми майже нічого не знаємо, адже їхні м'які тіла не зазнали процесу скам'яніння. Вони приходили й ішли, немов легкий порив вітру, не залишаючи ні єдиного сліду. Зате ми можемо будувати на їхній рахунок цілком обґрунтовані припущення. Кожна сучасна тварина – це багатоклітинна істота, яка розвинулася з порожнього згустку клітин, і йому для виживання потрібно харчуватися, так що логічно буде припустити, що ці риси були властиві й нашому загальному предкові [92] . Виходить, можливо, ці розетки – сучасні образи перших тварин. А процес їх створення – розподіл однієї клітини в згуртовану колонію – відтворює еволюційний перехід, у ході якого з'явилися спочатку примітивні тварини, а потім і білки, голуби, качки, діти й усі інші звірята в парку, у якому ми з Кінг балакаємо. Вивчаючи цих невинних маловідомих одноклітинних створінь, вона практично впритул підбирається до покритого таємницею зародження всього нашого царства тварин.

Відносини з

S. rosetta


у неї досить бурхливі. Вона знала, що в природніх умовах вони формують колонії, але умовити їх повторити те ж саме в лабораторії в неї ніяк не виходило. У руках у неї й в інших учених соціальні раніше істоти загадковим чином ставали одинаками. Вона змінювала їм температуру, рівень живильних речовин, кислотність – даремно. У розпачі вона вирішила зайнятися секвенуванням генома

S. rosetta,


але й там її чекали складності. Кінг годувала

S. rosetta


бактеріями, але тепер їй довелося позбутися їхніх клітин, щоб ті не засмічували результати секвенування. Вона нагодувала хоан антибіотиками й, до її подиву, повністю позбавила їх здатності утворювати колонії. Якщо раніше вони формували їх неохоче, то тепер взагалі навідріз відмовлялися. Виходить, за їхній соціальний спосіб життя якоюсь мірою відповідали бактерії.

Аспірантка Рози Алегадо ізолювала мікробів зі зразків води без антибіотиків і по черзі стала згодовувати їх хоанам. Розетки почали знову з'являтися лише завдяки одній бактерії з 64. Тому перші досліди Кінг і не вдавалися –


S. rosetta


утворюють колонії лише при зустрічі з потрібним мікробом. Алегадо його ідентифікувала й назвала

Algoriphagus machipongonensis


- невідомий колись вид з групи

Bacteroidetes,


представники якої живуть у нас у кишечнику [93] . Вона ж з'ясувала, як саме бактерії спонукують хоан до утвору розеток: вони виробляють жироподібну молекулу RIF-1. «Я назвала її RIF, «розеткоіндукуючий фактор», і додала номер, тому що напевно є й інші», – говорить Роза. І вона була права: з тих пір учені ідентифікували ще кілька молекул, що підштовхують хоан до громадського життя, у багатьох інших мікробів [94] .

Як припускає Алегадо, ці речовини сигналять про те, що десь поруч є їжа. Група хоан краще впорається з ловів бактерій, чим одна, так що, відчувши неподалік бактерію, вони поєднуються. «Думаю, хоани «підслуховують», – міркує Алегадо. – Плавають вони повільно, а бактерії підказують їм, що вони потрапили туди, де багато їжі й ресурсів. Тоді можна й розетку утворювати».

Що з усього цього випливає? Невже перші тварини з'явилися завдяки тому, що бактерії спровокували наших одноклітинних предків на утворення багатоклітинних колоній? Кінг радить підходити до цього питання з обережністю. Сучасні хоанофлагеляти – наші кузини, а не бабулі. Якщо на основі їх поведінки можна буде з'ясувати, як поводилися прадавні хоани і як вони реагували на прадавніх мікробів, це стане величезним проривом у науці. Кінг доки в цьому не впевнена. Зараз вона прагне з'ясувати, чи реагують сучасні тварини на бактерій у такий же спосіб і, якщо так, чи впливають бактерії на розвиток хоан і тварин за допомогою тих же самих молекул. Це суттєво зміцнило б теорію про те, що біля наших джерел стояв цей прадавній феномен. «Думаю, ніхто не стане сперечатися, що в океанах, де з'явилися перші тварини, була безліч бактерій, – міркує Кінг. – Різних видів бактерій. Вони управляли світом, а тваринам доводилося під них підбудовуватися. Без натяжки можна вважати, що якісь з вироблених бактеріями молекул вплинули на розвиток перших тварин». Дійсно без натяжки – особливо якщо врахувати, що досі діється в Перл-Харбор.

Ранком 7 грудня 1941 року ескадрилья японських винищувачів завдала раптового удару по базі військового флоту США, розташованої в бухті Перл-Харбор на Гавайях. Першим потонув лінкор «Арізона», забравши з собою життя більш тисячі офіцерів ВМС і членів екіпажа. Інші сім лінкорів у бухті були зруйновані або отримали значні ушкодження, як і ще 18 кораблів і 300 повітряних суден. Зараз у цій бухті куди більш спокійно. Хоч вона і є як і раніше важливим військовим портом і в ній досі стоять кілька величезних кораблів, загроза для неї в першу чергу виходить не з піднебесся, а з моря.

Довідатися, що відбувається з потопленими кораблями, можна, кинувши у воду що-небудь металеве. Через кілька годин на металі почнуть рости бактерії. Можливо, за ними підуть водорості, потім молюски або морські жолуді. Але протягом декількох днів там з'являться білі трубочки. Вони маленькі – довжиною всього в кілька сантиметрів і товщиною в кілька міліметрів. Але незабаром їх стають сотні. Потім тисячі. Мільйони. Зрештою вся поверхня починає виглядати як килим із грубим ворсом на морозі. Ці трубочки незабаром виявляються всюди – на каменях і палях, на металевих рибальських мережах і кораблях. Якщо авіаносець постоїть у бухті кілька місяців, трубочки утворюють на його корпусі шар у кілька сантиметрів. По-науковому це називається «біообростання», а по-простому – «моторошний геморой». Час від часу ВМС відправляє до кораблів дайверів, і ті вкривають пропелери й інші відкриті конструкції поліетиленом, щоб білі трубочки до них не добралися [95] .

І творець, і житель кожного білого циліндрика – тварина. На флоті її називають


« черв'як-карлючка» (squiggly worm),


а Майклу Хедфілду, морському біологові при Гавайському університеті, вона відомо як

поліхета

Hydroides elegans .


Відкрили її в Сіднейській бухті, і з тих пір вона з'явилася в Середземному морі, біля Карибських островів, біля берегів Японії, біля Гавайїв – скрізь, де є кораблі й тепла вода. Чіпляючись знизу за судна, побудовані людиною, ця професійна безбілетниця захопила увесь світ.

Хедфілд почав досліджувати « черв'яків-карлючок» в 1990 році на вимогу ВМС. Він уже тоді був експертом по личинках, що живуть у морях, і у ВМС прагнули, щоб він протестував різні, що охороняють від обростання фарби й з'ясував, чи здатні якісь із них відштовхувати хробаків. Але, як він вирішив, важливіше буде довідатися, що саме штовхає хробаків на заселення. Чому вони ні з того ні із сього з'являються на корпусі судна?

Це питання з'явилося ще в стародавності. Арман Марі Леруа у своїй чудовій біографії Арістотеля пише: «Якось, за словами Арістотеля, дивізія кораблів відчалила від острова Родос, і за борт була викинута безліч глиняного посуду. У горщиках почав накопичуватися намул, потім з'явилися живі устриці. Устриці не змогли б самі залізти в горщики або куда-небудь ще – виходить, вони з'явилися з мулу» [96] . Теорія мимовільного зародження протягом століть залишалася популярною, але при цьому безнадійно невірною. Факти, що стоять за раптовою появою устриць і поліхет, на ділі куди банальніші. У цих тварин, як і в коралів, морських їжаків, мідій і омарів, є стадія личинки, на якій вони плавають собі по відкритому океану, доки не знайдуть містечко, де можна поселитися. Личинки ці мікроскопічно малі, існують у величезних кількостях (в одній краплі морської води їх може бути до сотні) і анітрошки не подібні на дорослих особин. Дитинча морського їжака нагадує швидше воланчик, чим голківницю, у яку потім перетвориться. Личинка

H. elegans


виглядає як гітарний медіатор з вічками, але точно не як довгий хробак у трубці. Із труднощами віриться, що це та саме тварина.

У якийсь момент личинки скупчуються на одному місці. Юнацька пристрасть до подорожей проходить, і їхні тіла починають приймати дорослу осілу форму. Цей процес – метаморфоз – є найважливішим моментом їх життя. Колись учені вважали, що він відбувається випадковим чином – личинки селилися де прийдеться й, якщо місце виявлялося придатним для життя, виживали. Насправді вони цілеспрямовані й розбірливі. Щоб знайти самі підходящі для метаморфоза місця, вони рухаються по дороговказних нитках у вигляді хімічних слідів, змін у температурі й навіть звуків.

Незабаром Хедфілд з'ясував, що поліхет притягують бактерії, особливо біоплівкки – слизькі завіси припасованих одна до одної бактерій, які швидко з'являються на поверхні занурених під воду предметів. Відшукавши біоплівку, личинка підпливає до бактерій і притискається до них голівкою. Через кілька хвилин вона прикріплюється до них, виділивши з тильної частини вермішелину зі слизу, і формує навколо себе прозорий чохол. Прикріпившись міцніше, вона починає змінюватися. Війки, за допомогою яких вона переміщувалася під водою, відпадають через непотрібність. Її тіло подовжується. Навколо голівки виростає кільце щупалець – ними вона буде захоплювати шматочки їжі. Починає формуватися тверда трубка. Личинка стала дорослою поліхетою, і більше їй ніколи не прийдеться рухатися. Це перетворення повністю залежить від бактерій. Для

H. elegans


чиста, стерильна мензурка – немов Неверленд, країна вічної юності.

Цим червам потрібні не просто які-небудь там мікроби. З усіх мікробів, що живуть у гавайських водах, Хедфілд виділив лише кілька бактерій, здатних викликати метаморфоз, при чому виразно це робила лише одна. Язик зламаєш, поки вимовиш її назву –

Pseudoalteromonas luteoviolacea .

Хедфілд, на щастя, називає її просто P-luteo. В умінні перетворювати личинок поліхет у дорослих особин в P-luteo серед мікробів рівних немає. Без бактерій ці хробаки так і не змогли б досягнути зрілості [97] .

І не тільки вони. Личинки деяких губок також осідають на поверхні й видозмінюються, зустрівши бактерій. Як і мідії, морські жолуді, асцидії й корали. І навіть – вибач, Арістотель – устриці. Гідрактинія, родичка медуз і актиній, досягає зрілості, стикнувшись з бактеріями, що живуть на раковинах раків-пустельників. В океанах повно дитинчат тварин, чий біологічний цикл буде завершений лише при контакті з бактеріями – нерідко саме з P-luteo [98] .

А що відбудеться, якщо ці мікроби раптом зникнуть? Чи вимруть вищезгадані тварини, втративши можливість досягати зрілості й розмножуватися? Чи перестануть з'являтися коралові рифи – найбільш багаті екосистеми океанів, – якщо розвідники-бактерії більше не будуть вибирати для них підходящі місця? «Я начебто ніколи раніше не заявляв нічого настільки грандіозного», – з властивою вченим обережністю говорить Хедфілд. І, до мого подиву, додає: « Але ж так і є. Зрозуміло, не всім личинкам в океані потрібний стимул у вигляді бактерії, та й більшість личинок ми ще не перевірили. Але поліхети, корали, актинії, морські жолуді, моховинки, губки… Можна продовжувати скільки завгодно. У всіх цих групах є види, для яких бактерії – це основа».

Знову ж, навіщо покладатися на бактерій? Можливо, мікроби дозволяють личинкам міцніше закріпитися на місці або роблять молекули, відлякуючі хвороботворних бактерій. Але Хедфілд вважає, що все набагато простіше. Наявність біоплівки надає личинкам важливу інформацію про те, що отут (1) тверда поверхня, (2) яка вже давно тут перебуває, (3) не занадто токсична й (4) з достатньою кількістю живильних речовин для мікробів. Чим не приводи там поселитися! Логічно буде запитати: а чому б

не


покладатися на бактерії? А ще логічніше: хто вас взагалі запитує? «Коли личинки перших морських тварин були готові осідати, чистих місць ніде не було, – вторить Хедфілд Ролзу й Кінг. – Усі навколо було покрито бактеріями. Не дивно, що відмінності в тих співтовариствах бактерій і стали першим ключем до заселення».

Хоанофлагеляти Кінг і поліхети Хедфілда не тільки тонко настроєні на присутність мікробів, але й кардинально ними змінені. Без бактерій дружелюбні хоани назавжди залишилися б одинаками, а личинки хробаків назавжди залишилися б недорозвиненими. Ці приклади прекрасно показують, наскільки сильно мікроби можуть змінити тіла тварин або їх родичів. І все-таки симбіозом у звичному нам значенні ці відносини не є. Поліхети не дають P-luteo поселитися в себе в організмі й, наскільки ми знаємо, у дорослій формі ніяк з ними не взаємодіють. Їхні відносини скороминущі. Вони як туристи, що запитують перехожих, як кудись пройти, і йдуть далі. А от інші тварини формують з мікробами відносини більш тривалі й взаємозалежні.

Одним з таких істот є плоский хробак

Paracatenula .


Це малюсіньке створіння, що живе по усьому світу в донних опадах теплих океанських вод, доводить симбіоз до крайності. Половина його тіла довжиною в один сантиметр складається з бактерій-симбіонтів. Вони туляться в порожнині за назвою трофосома, яка займає до 90 % самого хробака. Практично все, що перебуває за мозком, – це або мікроби, або їх житлоплоща. Біолог Харальд Грубер-Фодіка, що вивчає плоских хробаків, описує бактерії як двигун і акумулятор одночасно: вони виробляють для хробаків енергію й запасають її у вигляді жирів і з'єднань сірки. Ці запаси й надають хробакові яскраво-білий колір. Вони ж живлять найнезвичайнішуу здатність хробака:

Paracatenula


- майстер регенерації [99] . Розріжте його надвоє – і обидві половинки перетворяться в повністю життєздатні тварини. Задня половинка навіть відростить собі голову й мозок. «Якщо їх нарізати, вийде десять черв'яків, – говорить Грубер-Фодіка. – Те саме, напевно, відбувається й у природних умовах. Вони виростають усе довші й довші, один кінець відділюється, і хробаків стає двоє». Це вміння повністю залежить від трофосоми ее бактерій, що населяють, і запасеної ними енергії. Доки в шматку плоского хробака досить симбіонтів, з нього може вирости ціла тварина. Якщо симбіонтів занадто мало, шматок загине. Це означає, що, всупереч очевидному, єдиний нездатний до регенерації фрагмент плоского хробака – це його голова, у якій немає бактерій. Хвіст відростить собі мозок, але мозок сам по собі не зможе заново виростити хвіст.

Партнерство


Paracatenula


з мікробами типове для всього царства тварин, включаючи нас із вами. Хоч у нас і відсутні чудесні здатності плоских хробаків до зцілення, ми все-таки надаємо мікробам житло у власному тілі й взаємодіємо з ними протягом усього життя. На відміну від трубкових поліхет Хедфілда, чиї тіла завдяки бактеріям у навколишньому середовищі перевтілюються лише одного разу, наші тіла безупинно будуються й змінюються бактеріями, що живуть у нас. Наші з ними відносини – це не разова інтрижка, а безперервні розмови по душах.

Ми вже знаємо, що мікроби впливають на розвиток кишечника й інших органів, але, закінчивши з цим, вони не стануть відпочивати. Щоб організм тварини функціонував, потрібно попрацювати. За словами Олівера Сакса, «немає нічого більш важливого для виживання й незалежності організмів, чи то слони або найпростіші, чим підтримка незмінного внутрішнього середовища» [100] . А для підтримки саме й необхідні мікроби. Вони впливають на відкладання жиру. Вони допомагають заповнювати шари шкіри й стінок кишечнику, замінюючи ушкоджені, що й відмирають клітини новими. Вони забезпечують недоторканність гематоенцефалічного бар'єра – мережі припасованих одна до другої клітин, що пропускають з крові в мозок живильні речовини й дрібні молекули, але закриваючих туди доступ більшим часткам і живим клітинам. Вони навіть впливають на невпинну реконструкцію кістяка, під час якої з'являється нова кістка, а стара розсмоктується [101] .

Але найкраще їх постійний вплив помітний в імунній системі – це клітини й молекули, що працюють разом, щоб захистити тіло від інфекції й інших загроз. Вона заплутана до непристойності. Уявіть собі величезну машину Голдберга, що складається з гаданого нескінченним набору складових, які один одного контролюють, запускають і сповіщають. Тепер уявіть, що цю машину не доробили: кожна її частина не закінчена, неправильно підключена до інших, або цих частин менше, чим потрібно. Саме так виглядає імунна система стерильного гризуна. Саме тому такі тварини, як сказав Теодор Розбері, «украй піддані зараженню, буваючи непідготовленими до небезпек навколишнього світу» [102] .

Це говорить про те, що геном тварини надає не все, що потрібно для розвитку зрілої імунної системи. Їй потрібна участь мікробі ома [103] . У сотнях наукових статей про найрізноманітніші види тварин – про мишей, мух цеце, рибок даніо-реріо – показано, що мікроби певним чином допомагають формувати імунну систему. Вони впливають на створення цілих класів імунних клітин і на розвиток органів, які ці клітини роблять і накопичують. Особливо вони важливі на перших етапах життя, коли тільки що побудована машина-імунітет пристосовується до великого й злого світу. А коли вона входить у робочий ритм, мікроби продовжують перевіряти, як вона реагує на загрози [104]

Взяти, наприклад, запалення – це захисна реакція, при якій імунні клітини спрямовуються до місця поранення або зараження й приводять до опухлості, почервоніння й підвищення температури. Воно необхідно для захисту тіла від загроз, без нього нас би зрешетили інфекції. Але воно стає проблемою, коли розноситься по всьому тілу, занадто довго не проходить або з'являється по найменшому приводу: це може привести до астми, артриту й інших запальних і аутоімунних захворювань. Тому запалення повинно викликатися лише тоді, коли треба, і при цьому ретельно контролюватися. Його придушення настільки ж важливе, як і ініціювання. Мікроби займаються й тим і іншим. Одні види стимулюють виробництво войовничих запальних клітин, а інші відповідають за мирні й лагідні протизапальні клітини [105] .

Працюючи разом, вони дозволяють нам реагувати на загрози належним чином. Без них баланс зникає – тому-то стерильні миші й схильні як до інфекцій, так і до аутоімунних захворювань: вони не здатні викликати доречну імунну реакцію, коли вона так необхідна, а в більш спокійні часи не можуть відбити недоречну.

Давайте на секунду зупинимося й задумаємося, наскільки це незвичайно. Звичний нам погляд на імунітет повний бойових метафор і войовничих слівець. Ми вважаємо його оборонною силою, яка відрізняє своє (клітини нашого тіла) від чужого (мікроби й усе інше) і знищує останнє. Але зараз ми розуміємо, що мікроби споконвічно формують його й набудовують!

Розглянемо всього один приклад – широко розповсюджену кишкову бактерію


Bacteroides fragilis,


або B-frag. В 2002 році Саркіс Мазманян установив, що саме цей мікроб може виправити деякі складності з імунітетом у стерильних мишей. Якщо точніше, то його присутність відновлює нормальну кількість Т-хелперів, найважливіших імунних клітин, які поєднують інших і управляють ними [106] .

Мазманяну навіть не потрібний був увесь мікроб. Він з'ясував, що всього одна цукрова молекула в його стінці – полісахарид А (PSA) – сама по собі сприяє росту кількості о-хелперів. Так у перший раз було доведено, що один-єдиний мікроб… ні, одна-єдина мікробна молекула здатна виправити певну імунну проблему. Пізніше наукова група Мазманяна з'ясувала, що PSA може перешкоджати появі запальних хвороб – наприклад коліту, що вражає кишечник, що й вражає нервові клітини розсіяного склерозу – і навіть лікувати їх, принаймні в мишей [107] . Ці хвороби виникають при занадто гострій імунній реакції, а PSA несе здоров'я через умиротворення.

Але згадайте, що PSA є бактеріальною молекулою – якщо дотримуватися здорового змісту, саме її імунна система повинна вважати загрозою. По ідеї, PSA повинен провокувати запалення. На ділі він, навпаки, його пригнічує й заспокоює імунну систему. Мазманян називає його симбіотичним фактором – хімічним посланням від мікроба до хазяїна, у якому говориться: «Я йду з миром» [108] . Це свідчить про те, що імунна система не привчена з народження розрізняти невинних симбіонтів і шкідливих патогенів. У цьому випадку їй допомагає саме мікроб.

Але як же при такому розкладі нам вважати імунну систему войовничим військом, напрямленим на знищенні мікробів? Зрозуміло, усе набагато закрученіше. Імунітет може скипіти, розлютившись на власне тіло, – звідси й з'являються аутоімунні хвороби, такі як діабет першого типу й розсіяний склероз. А може тихенько булькати собі, не звертаючи уваги на незліченну кількість місцевих мікробів, таких як B-frag. Думаю, імунну систему буде краще порівняти з командою лісничих у заповіднику – і та й інша управляють екосистемою. Їхнє завдання – тримати під ретельним контролем кількість тих, що живуть в екосистемі видів і позбуватися від ввійшовших загарбників.

Але ось у чому ізюминка: ті , що живуть у нашому парку істоти самі найняли лісничих. Вони привчили своїх захисників піклуватися про одні види й проганяти інші. І вони постійно виділяють речовини, такі як PSA, які визначають, наскільки лісничі пильні й моторні. Імунітет – це не просто засіб для контролю мікробів. Він і сам контролюється мікробами, принаймні частково. Це ще один спосіб, за допомогою якого наші безлічі нас бережуть.

Якщо скласти список усіх видів у мікробіомі, можна буде довідатися, хто там живе. Якщо скласти список усіх генів цих мікробів, можна буде з'ясувати, на що вони здатні [109] . А от якщо скласти список усіх хімічних речовин, які роблять мікроби, ми зможемо сказати, чим ці види

насправді

займаються. Якісь з цих речовин ми вже зустріли – наприклад, симбіотичний фактор PSA і дві, що маніпулюють молюсками молекули MAMP, які виявила Макфолл-Най. Існують ще сотні тисяч подібних молекул – ми тільки приступили до вивчення їх функцій [110] . За допомогою цих речовин тварини спілкуються зі своїми симбіонтами. Зараз багато вчених намагаються підслухати, про що вони говорять, – і не тільки вчені. Молекули, які роблять мікроби, можуть поширюватися й поза організмами хазяїв, доставляючи повідомлення по повітрю. Такі повідомлення можна відчути в африканських саванах.

Плямисті гієни – найтовариськіші великі хижаки у всій Африці. В одному левиному прайді може жити до дюжини особин, а в клані гієн – від 40 до 80. Вони не перебувають усі в одному місці одночасно: протягом дня формуються й розпадаються невеликі підгрупи. Саме тому гієн так цікаво вивчати біологам під час польових досліджень. «Можна спостерігати за левами в їхньому природньому середовищі, але вони увесь час лежать на місці, а можна кілька років вивчати вовків і тільки знаходити кал або чути виття, – розповідає Кевін Тейс, шанувальник гієн. – А от гієни… у них і вітання, і повторні прийняття в клан, і сигнали лідерства й підпорядкування… Можна спостерігати за тим, як молодняк намагається з'ясувати своє положення в клані, або за тим, як прийшовші в клан самці влаштовують переклик, щоб зрозуміти, хто там є. Їхнє громадське життя набагато більш багатогранне».

З цією багатогранністю вони справляються за допомогою різноманітного асортименту сигналів, у тому числі хімічних. Плямиста гієна розставляє задні лапи над стеблом високої трави й випинає розташовану позаду пахучу залозу, а потім треться нею в стебло, залишаючи на ньому тонкий шар пасти. Колір може бути різним, від чорного до жовтогарячого, а консистенція – від щільної до рідкої. А запах? «По-моєму, вона пахне як перегній, але деякі вважають, що запах швидше нагадує чеддер або дешеве мило», – ділиться Тейс.

Він уже кілька років вивчав виділення гієн, коли колега раптом запитав його, чи беруть участь в створенні запаху бактерії. Тейс увійшов у ступор. Потім він довідався, що інші вчені висунули цю ж теорію в 1970-х, стверджуючи, що в пахучих залозах ссавців живуть бактерії, що ферментують жири й білки для виробництва повітряних молекул з сильним запахом. Відмінності серед цих мікробів самі можуть пояснити, чому різним видам властивий свій характерний запах, – пам’ятаєте, що пахне попкорном бінтуронга з зоопарку Сан-Дієго? [111]

Вони ж можуть стати своєрідним бейджиком тварини й розголошувати інформацію про його статус або стан здоров'я. А коли особини граються разом, борються й спаровуються, є ймовірність, що вони обміняються мікробами, що додасть їм унікальний запах усієї групи.

Ця гіпотеза здавалася логічною, але підтвердити її довгий час було нелегко. Кілька десятиліть опісля у Тейса в розпорядженні виявилися останні методологічні наробітки генетики, і таких складностей не виникло. За час роботи в Кенії він зібрав зразки пасти з залоз 73, що перебувають під наркозом гієн. Секвенувавши ДНК живучих там мікробів, він відкрив більше типів бактерій, чим всі попередні дослідники, разом узяті. Він же з'ясував, що ці бактерії й вироблені ними речовини відрізняються в плямистих гієн і смугастих, у гієн з різних кланів, у самок і самців, а також у здатних до зачаття й пошуків

[112] . На підставі цих відмінностей він уклав, що паста була свого роду хімічним графіті, що розповідають, хто художник і до якого виду він належить, скільки йому років і чи готовий він до спарювання. Маркуючи стебла трави своїми пахучими мікробами, гієни залишають свій підпис по всій савані.

Але гіпотеза поки так і залишається гіпотезою. « Потрібно спробувати управляти мікробіомом пахучих залоз, щоб довідатися, чи зміняться типи запаху, – розповідає Тейс. – Потім потрібно буде довести, що гієни зауважують зміни в запахах й реагують на них». Інші вчені тим часом знайшли щось подібне в пахучих залозах і сечі інших ссавців, включаючи слонів, сурикатів, борсуків, кажанів і просто мишей. Запах старого суриката відрізняється від запаху дитинчати. У слона-самця амбрі зовсім не таке, як у самки.

І нарешті, ми. Пахва людини багато в чому подібна на пахучу залозу гієни – також тепла, волога й з купою бактерій. Кожний вид створює свій запах.


Corynebacterium


перетворює піт у щось з запахом цибулі, а тестостерон – у щось із запахом ванілі або сечі або взагалі без запаху, залежить від генів того, хто нюхає. Чи несуть ці запахи корисні сигнали? Очевидно, так! Мікробіом пахв напрочуд стійкий, як і наші відповідні запахи. Усі люди смердять по-своєму – в одній серії експериментів добровольці змогли впізнати людей по запаху їх футболок, умудрившись навіть розрізнити однояйцевих близнюків. Можливо, ми, як і гієни, здатні отримувати інформацію один про одного, лише почувши запах повідомлень, посланих нам мікробами. І мова не тільки про ссавців. Кишкові бактерії пустельної сарани роблять частину агрегаційного феромона, який спонукує цих одиночних комах зібратися в рій, що затьмарює піднебессяя. Кишкові бактерії рудих тарганів відповідають за їхню огидну звичку збиратися навколо фекалій один одного. А клопи-краєвики

Thasus neocalifornicus


покладаються на симбіонтів для створення феромона тривоги, за допомогою якого вони попереджають один одного про небезпеку [113] .

Навіщо тваринам для створення хімічних сигналів вдаватися до допомоги мікробів? Тейс пропонує ту ж причину, що й Ролз, Кінг і Хедфілд: це неминуче. Будь-яка поверхня населена мікробами, які роблять легколеткі речовини. Якщо ці речовини повідомляють про те, що не перешкодить знати, – про поле, скажемо, про силу або здатність до розмноження, – пахучі органі тварин-хазяїв можуть розвинутися так, щоб давати притулок відповідним мікробам. Зрештою випадкові натяки перетворюються в потужні довільні сигнали. Цілком імовірно, що мікроби, створюючи повітряні послання, впливають на поведінку особин, що перебувають удалечині від їхнього хазяїна. І якщо це так, не дивно, що вони здатні впливати на поведінку тварин, у яких, властиво, живуть.

В 2001 році нейробіолог Пол Паттерсон ввів вагітним мишам речовину, що імітує вірусну інфекцію й провокуючу імунну реакцію. Дитинчата народилися здоровими, але в міру їх росту Паттерсон почав зауважувати в їхній поведінці цікаві дивності. Миші взагалі не занадто люблять відкриті простори, а ці – особливо. Вони сильно лякалися голосних звуків. Вони безупинно чистили себе або закопували мармурові кульки. Вони виявилися менш товариськими, чим інші миші, і не йшли з ними на контакт. Тривожність, монотонні рухи, проблеми зі спілкуванням: у своїх мишах Паттерсон побачив відбиття двох людських розладів – аутизму й шизофренії. Ці подібності були цілком передбачуваними. Паттерсон колись читав, що в жінок, що зазнають під час вагітності серйозних інфекцій начебто грипу або кору, з більшою ймовірністю народжуються діти з аутизмом і шизофренією. Він вирішив, що імунна реакція матері може якось впливати на розвиток мозку плода. Але він не знав, як саме [114] .

Дійшло до нього кілька років через, під час обіду з колегою Саркісом Мазманяном, що відкрив протизапальні здатності кишкової бактерії B-frag. Разом учені усвідомили, що весь цей час дивилися на протилежні частини одного й того ж завдання. Мазманян з'ясував, що кишкові мікроби впливають на імунну систему, а Паттерсон – що імунна система впливає на розвиток мозку. Виявилося, що миші Паттерсона страждали від тих же проблем з кишечником, що й діти-аутисти: і ті й інші більшою мірою піддані діареї й іншим шлунково-кишковим розладам, і співтовариства кишкових бактерій у них відхилялися від норми. Можливо, уклали наші вчені, ці мікроби якимсь чином впливали на поведінкові симптоми в людей і мишей? І можливо, вилікувавши шлунково-кишкові розлади, можна вплинути на поведінку?

Щоб перевірити цю гіпотезу, учені додали B-frag у корм мишей Паттерсона [115] . Результати перевершили очікування. Гризуни почали більш охоче розвідувати нові місця, майже позбулися схильності до монотонних рухів, стали більш товариськими й менш полохливими. До інших мишей вони усе ще намагалися не наближатися, але всі інші проблеми, викликані імунною реакцією їхніх матерів, B-frag виправила.

Як? І чому? Логічніше всього припустити ось що: імітація вірусної інфекції у вагітних матерів запустила імунну реакцію, через яку стінки кишечнику в дитинчат виросли слабкими й у них поселилися нетипові мікроби. Виділювані ними речовини попадали в кров і відправлялися до мозку, де запускали атипічну поведінку. Головний лиходій тут – токсин за назвою 4-етилфенилсульфат (4EPS), що викликає тривожність у здорових у цілому тварин. Коли миші проковтували B-frag, мікроби залатували їхній кишечник, тим самим перериваючи потік 4EPS (і інших речовин) до мозку й рятуючи мишей від відхилень.

В 2014 році Паттерсон помер, але Мазманян продовжив дослідження друга. Його кінцева мета – вивести бактерію, яку можна буде вживати з їжею для полегшення особливо важких симптомів аутизму. Можливо, нею стане B-frag – в організмах мишей вона впоралася чудово, а в кишечнику хворих аутизмом спостерігається її гострий дефіцит. Батьки дітей-аутистів, що прочитали його статті, часто пишуть йому з запитанням, де цю бактерію взяти. Багато хто з них уже дають своїм дітям пробіотики, щоб полегшити проблеми з кишечником, – деякі з них стверджують, що помітили поліпшення в поведінці. Тепер Мазманян додатково до цих розповідей прагне здобути об'єктивні клінічні дані. Він вірить у краще.

Інші ж сумніваються. Насамперед, критикують той факт, що, за словами популяризатора науки Емілі Уіллінгем, «у мишей не буває аутизму – це людська нейробіологічна концепція, якоюсь мірою певна тим, що в суспільстві прийнято вважати

нормальним» [116] . Чи дійсно мишу, що увесь час закопує мармурову кульку, можна порівняти з дитиною, що хитається зі сторони в сторону ? Чи дійсно більш рідкісні попискування – те ж саме, що нездатність розмовляти з людьми? З одного боку, подібностей з аутизмом дійсно багато. З іншого боку – можна помітити й подібності з розладами іншого роду: мишей Паттерсона, наприклад, спочатку виводили для спостереження симптомів шизофренії, а не аутизму. Знову ж, команда Мазманяна недавно провела експеримент, результати якого наштовхують на думку, що особливості поведінки мишей і людей з аутизмом дійсно зв'язані. Пересадивши мікробів з кишечників дітей-аутистів, вони виявили, що в гризунів з'явилися ті ж дивності, що описував Паттерсон, – повторювані рухи й ворожість до спілкування [117] . Виходить, мікроби хоча б частково відповідають за ці особливості поведінки. « Навряд чикомусь прийде в голову стверджувати, що аутизм можна повністю відтворити в організмі мишей, – посміхається Мазманян. – У результатів є свої межі, але як уже є».

Паттерсон і Мазманян довели принаймні те, що маніпуляції з кишковими мікробами миші – або навіть з однієї мікробною молекулою 4EPS – можуть вплинути на її поведінку. Ми вже знаємо, що мікроби впливають на розвиток кишечнику й кісток, кровоносних судин і Т-хелперів. Тепер ми з'ясували, що вони змінюють і мозок – орган, який впливає на те, які ми насправді, більше, ніж який-небудь інший. Досить тривожна думка. Ми так тремтливо ставимося до свободи волі, що перспектива втрати незалежності й перехід влади до невидимих сил викликає в нас підсвідомий жах. Художня література переповнена оруелловськими антиутопіями, таємними змовами й контролюючими розум лиходіями. А виявилося, що весь цей час нами управляли живучі в нас мікроскопічні одноклітинні організми, що не мають мозку.

6 червня 1822 року на одному з островів Великих озер двадцятилітньому торговцеві хутром Алексісу Сент-Мартіну ненавмисно вистрілили в бік з мушкета. Єдиним лікарем на острові був армійський хірург по імені Вільям Бомонт. На той час, як Бомонт прибув на місце, Сент-Мартін уже півгодини стікав кров'ю. Ребра в нього були зламані, а м'язи порвані. З боку показувалася частина обпаленої легені. В області шлунка зяяла діра шириною з палець, з якої назовні випливала напівперетравлена їжа. «У цій ситуації я порахував, що рятувати йому життя нема рації, однаково не вийде», – написав пізніше Бомонт [118] .

Але він спробував. Він забрав Сент-Мартіна до себе додому й, всупереч усьому, через місяці догляду й безліч операцій йому вдалося стабілізувати хворого. Але Сент-Мартін так і не видужав повністю. Його шлунок зрісся зі стінками діри в животі, створивши тим самим прямий вихід назовні – «мимовільний отвір», як назвав його Бомонт. Про хутровий промисел Сент-Мартін міг забути, так що він став помічником і слугою лікаря. Бомонт до нього ставився як до лабораторної миші. У ті часи про роботу травлення не було відомо практично нічого. У рані Сент-Мартіна Бомонт побачив справжнє вікно можливостей – у буквальному значенні слова. Він зібрав безліч зразків шлункового соку й іноді навіть просовував їжу крізь отвір, щоб подивитися на процес перетравлювання. Досліди тривали до 1833 року, а потім чоловіки розпрощалися. Сент-мартін повернувся у Квебек, став фермером і помер у віці 78 років. Бомонт же прославився як батько гастрофізіології [119] .

Серед багатьох спостережень Бомонта є запис про те, що на шлунок Сент-Мартіна впливав його настрій. Коли він дратувався або гнівався – а складно не розлютитися, коли хірург запихає в тебе їду через дірку в боці, – змінювалася швидкість перетравлювання. Це стало першою явною ознакою того, що мозок впливає на кишечник. Майже через два століття ця істина нам прекрасно знайома. Коли в нас змінюється настрій, ми втрачаємо апетит, а коли ми голодні, у нас змінюється настрій. Розлади психіки й розлади травлення часто йдуть опліч. Біологи говорять про «вісь кишечник – мозок» – двосторонній шлях спілкування мозку й кишечнику.

Тепер ми знаємо, що кишкові мікроби є частиною цієї осі, при чому в обох напрямках. Убогий струмочок досліджень з 1970-х показав, що будь-які види стресу – голод, безсоння, відлучення від матері, раптова поява когось агресивного, незвична температура, юрба, навіть голосні звуки – можуть внести зміни в мікробіом кишечника миші. І навпаки: мікробіом здатний вплинути на поведінку хазяїна, у тому числі на його соціальні установки й стресостійкість [120] .


В 2011 році цей струмочок перетворився в ріку. Протягом декількох місяців різні вчені опублікували приголомшливі статті, що доводять, що мікроби здатні впливати на мозок і поведінку [121] . Свен Петтерсон з Каролінського інституту у Швеції з'ясував, що стерильні миші менш тривожні й сміливіші, чим їхні родичі з мікробами. Але якщо в їхні організми в ранньому віці попадали мікроби, виростаючи, ці миші поводилися так само обережно, як усі інші. На іншому березі Атлантичного океану Стівен Коллінз з канадського Університету Макмастера зробив подібне відкриття чи не випадково. Буваючи за освітою гастроентерологом, він досліджував вплив пробіотиків на кишечник стерильних мишей. «Лаборант мені сказав, що з цим пробіотиком щось не те й миші з-за нього стають нервовими, – згадує він. – Вони, мовляв, якісь не такі». Тоді Коллінз працював з двома звичайними лініями лабораторних мишей, представники однієї з яких були від природи більш боязкими й полохливими, чим представники іншої. Якщо він заселяв кишечники стерильних мишей сміливішої лінії мікробами з боязкої лінії, миші ставали більш боязкими. І навпаки: стерильні особини боязкої лінії ставали сміливіші завдяки мікробам своїх відважних родичів. Коллінз на більш сенсаційний результат і розраховувати не міг – обмінявшись кишковими бактеріями, тварини обмінялися ще й частиною індивідуальності.

Як ми вже знаємо, стерильні миші – це незвичайні істоти з безліччю фізіологічних дивностей, які повністю могли вплинути на їхню поведінку. Тому дуже важливим стало відкриття Джона Крайана й Теда Дайнана з Ірландського національного університету в Кірці подібних результатів, що виявили, у звичайних мишей з повноцінним мікробіомом. Вони працювали з тією же лінією боязких мишей, що досліджував Коллінз, і в них вийшло змінити поведінку тварин, згодувавши їм один штам бактерії


Lactobacillus rhamnosus,


часто використовуваної в йогуртах і молочних продуктах. Засвоївши цей штам, відомий як JB-1, миші стали краще справлятися з тривожністю й почали проводити більше часу у відкритих частинах лабіринту або посередині відкритого простору. Ще вони почали успішніше боротися з поганим настроєм – коли їх кидали в ємність з водою, вони намагалися більше гребти лапками й менше сумовито погойдуватися на воді [122] . Подібні тести часто проводяться для з'ясування ступеня ефективності психіатричних препаратів, і ефект JB-1 був саме подібний на дію заспокійливих і антидепресантів одночасно. «Миші начебто приймали зменшені дози «Прозака» або «Валіума», – говорить Крайан.

Щоб з'ясувати, що саме робила бактерія, члени наукової групи розглянули мишачі мізки. Вони з'ясували, що JB-1 впливав на те, як різні ділянки мозку – ті, що відповідають за навчання, пам'ять і контроль над емоційним станом, – реагують на GABA, заспокійлива речовина, яка втихомирює збудження нейронів. Тут знову спливе вражаюча подібність з психічними розладами в людей: тривожність і депресію зв'язують з порушеннями реакції на GABA, а група заспокійливих препаратів за назвою бензодіазепіни саме підсилює ефекти GABA. Додатково до цього вчені з'ясували, як саме мікроби впливають на мозок. Головним підозрюваним у них був блукаючий нерв. Це довгий гіллястий нерв, що зв'язує мозок і внутрішні органи, у тому числі кишечник, – дійсне втілення осі «кишечник – мозок». Учені його вилучили, і виявилося, що такий, що змінює свідомість JB-1 розгубив усю свою міць [123] .

І ці дослідження, що слідують за ними, показали, що зміна мікробіома миші здатна змінити її поведінку, хімічні речовини в неї в мозку й схильність до мишачих варіантів тривожності й депресії. Але у них досить багато розбіжностей. В одних дослідженнях було показано, що мікроби впливають тільки на мозок дитинчат, в інших – що підлітки й дорослі також піддані їхньому впливу. Одні з'ясували, що завдяки бактеріям гризуни стають менш тривожними, а інші – що більш. Одні дійшли висновку, що мікробам необхідний блукаючий нерв, а інші підкреслюють, що мікроби здатні робити нейромедіатори, такі як дофамін і серотонін, а вони у свою чергу переносять послання від нейрона до нейрона [124] . Появи подібних труднощів належало очікувати – коли зустрічаються дві настільки складні речі, як мікробіом і мозок, сподіватися на ідеальні результати досить наївно.

Зараз питання в тому, чи важливо що-небудь з цього насправді. Чи дійсно ледь уловимий вплив мікробів на організм, що виявляється в регульованому середовищі лабораторних мишей, має якесь значення на практиці? Крайан розуміє, що сумніви неминучі й що заглушити їх можна лише одним способом – потрібно проводити досліди не тільки на гризунах. «Ми повинні зайнятися людьми», – стверджує він.

У спробах з'ясувати, чи дійсно в людей змінюється поведінка після приймання антибіотиків або пробіотиків, було проведено кілька досліджень, але й там не все добре – то з методикою проблеми, то результати неоднозначні. В одному з перспективних досліджень (хоча однаково малому) Кірстен Тілліш виявила, що в жінок, що вживають у день по дві порції йогурту з великим вмістом мікробів, ділянки мозку, відповідальні за обробку емоцій, були менш активні, чим в тих, хто вживав молочні продукти без мікробів. Так і не відомо, що ці відмінності означають, зате можна точно сказати, що бактерії впливають на діяльність головного мозку [125] .

Складніше буде з'ясувати, чи можуть бактерії допомогти людям упоратися зі стресом, тривожністю, депресією й іншими відхиленнями в психіці. І тут уже є певні успіхи. Стівен Коллінз зовсім недавно закінчив невелике клінічне дослідження, у якому пробіотична біфідобактерія, запатентована продовольчою компанією, послабляла ознаки депресії в людей з синдромом роздратованого кишечника [126] . «Думаю, це перша демонстрація здатності пробіотика справлятися з відхиленнями від нормальної поведінки серед хворих», – заявляє він. Джон Крайан і Тед Дайнан тим часом майже закінчили власне дослідження, у якому намагаються зрозуміти, чи можуть пробіотики – психобіотики, як вони їх називають, – допомагати людям справлятися зі стресом. Дайнан, психіатр, що володіє клінікою для страждаючих від депресії, великих надій на це не покладає.

« Повинен сказати, що раніше я сильно сумнівався в тому, що у тварини зміниться поведінка, якщо нагодувати її мікробами», – ділиться він. Зараз він переконаний, але усе ще вважає, що « навряд чи вийде створити суміш пробіотиків, здатних упоратися з важкою депресією». «Але невеликий потенціал у досліджень все-таки є, – додає Дайнан. – Багато відмовляються приймати антидепресанти, або ж лікування їм не по кишені, і якщо ми зможемо запропонувати їм ефективний пробіотик, це стане вкрай важливим проривом у психіатрії».

Завдяки цим дослідженням багатьом ученим уже доводиться розглядати різні аспекти поведінки людини, пам'ятаючи при цьому про мікроби. Якщо часто пити алкоголь, стінки кишечника стають слабкіші, а виходить, мікроби більшою мірою впливають на мозок – чи можна цим пояснити схильність алкоголіків до депресії й тривожності? Наше харчування змінює співтовариства мікробів у нас у кишечнику – чи можуть ці зміни поширюватися й на розум? [127]

З віком мікробіом кишечника стає менш стійким – чи не це одна з причин росту захворювань головного мозку в літніх? А може, мікроби можуть впливати на те, що ми прагнемо з'їсти? От тягнетеся ви за бутербродом або шоколадкою – але що саме рухає вашою рукою?

З вашого погляду, вибір потрібного пункту в меню обумовлює різницю між гарним обідом і поганим. А ось для ваших кишкових бактерій цей вибір куди більш важливий. Різні мікроби віддають перевагу різній їжі. Одні краще всіх перетравлюють рослинну клітковину, інші обожнюють жири. Вибираючи, що поїсти, ви також вирішуєте, які бактерії наситяться й отримають перевагу над іншими. А їм зовсім не обов'язково сидіти й терпляче чекати, доки ви визначитеся. Ми вже знаємо, що бактерії здатні впливати на нервову систему. Якби вони виробляли дофамін – речовину, що викликає почуття насолоди, – коли ви їсте те, що їм потрібно, чи вийшло б у них привчити вас вибирати з усіх можливих варіантів саме цю їжу? Чи є в них право голосу? [128]

Поки що це лише припущення – але не таке вже неможливе. У природі повно паразитів, які контролюють розум хазяїв [129] . Вірус сказу вражає нервову систему й робить носіїв запальними й агресивними – нападаючи на інших тварин і кусаючи їх або дряпаючи, вони переносять вірус в організм нових хазяїв.

Toxoplasma gondii


– паразит, що вражає головний мозок, – також маніпулятор. Розмножуватися він може тільки в котячому організмі. Виявившись усередині пацюка, він пригнічує його страх перед котячим запахом, заміняючи його на щось начебто статевого потягу. Гризун відразу відправляється на пошуки найближчих котів. Результат передбачуваний – тепер

T. gondii


зможе завершити свій життєвий цикл [130] .

Вірус сказу


й

T. gondii


- найсправжнісінькі паразити, адже вони розмножуються за рахунок своїх хазяїв, наносячи їм збиток і нерідко приводячи до їхньої загибелі. Наші кишкові мікроби зовсім не такі. Вони – природня частина нашого життя. Вони допомагають нам створювати наше тіло – травну, імунну й нервову системи. Вони приносять нам користь. Але не варто через це ставати безтурботними. Мікроби-симбіонти усе ще існують самі по собі. У них свої інтереси й своя боротьба за існування. Вони можуть бути нашими партнерами, але не друзями. Навіть у найбільш гармонійному симбіозі є місце розбіжностям, егоїзму й зрадництву.


Каталог: authors
authors -> Партрэт маці (Mors porträtt)
authors -> Стэфан Жаромскі / Stefan Żeromski (1864 – 1925) – польскі пісьменнік І публіцыст, “сумленне польскай літаратуры”
authors -> Карен Лібо в пастці (з англійської переклав Володимир Нерівний, 2010) “О, ми спали разом, гаразд,”
authors -> Міністерство екології та природних ресурсів україни департамент геодезії, картографії та кадастру інструкція
authors -> Видання Історичного клубу "Холодний Яр" Роман Коваль операція "заповіт" Чекістська справа №206 Київ – Вінниця


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


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет