Дикий мир нашего тела. Хищники, паразиты и симбионты, которые сделали нас такими, какие мы есть

Это, конечно, прекрасно – жить под стерильным колпаком без всяких бактерий, если там нет никого, кроме вас, а все необходимое вы получаете на блюдечке с голубой каемочкой. Но совсем другая история выходит, если колпак дает течь, а вы получаете вместо нормальной еды нездоровую, а подчас и вредную пищу. У мальчика, жившего под непроницаемым колпаком, постепенно развился дикий страх перед микробами, которые могли проникнуть в его изолированный мир. Мы все точно так же напуганы окружающими нас микроорганизмами и пытаемся отгородиться от них барьером из антибиотиков. Но проблема заключается не в том, что этот барьер несовершенен, – проблема в самой идее о том, что мы можем создать для себя надежный защитный панцирь. Дело в том, что большинство живущих в нас и на нас микробов приносят пользу. Пастер был прав: без микроорганизмов наши предки вымерли бы от голода и болезней. В наши дни без микробов мы, вероятно, были бы стройнее, но лишились бы жизненно важных питательных веществ и рисковали бы предрасположенностью ко многим заболеваниям. Представляется вполне вероятным, что дальнейшее проникновение антибиотиков в нашу жизнь приведет к тому, что наша еда станет еще менее питательной, а новые штаммы патогенных бактерий найдут способ проникнуть в наш организм. С каждым новым антибиотиком вредные бактерии будут завоевывать следующий дюйм нашего желудочно-кишечного тракта. Может быть, со временем мы научимся избирательно влиять на бактерии – например, сохранять микроорганизмы, синтезирующие витамин К, и уничтожать микробы, приводящие к ожирению. Но это благословенное время пока не наступило, так что история отнюдь не закончена. Было бы полезно первым делом обратиться к иным сообществам, например колониям термитов и муравьев, а затем, вооружившись новыми знаниями, заняться изучением червеобразного отростка слепой кишки человека – отростка, который, несмотря на свое уничижительное название, сыграл огромную роль в становлении человека как биологического вида.

Надо смело взглянуть правде в глаза и задать себе неприятный вопрос: как получилось так, что мы – и как ученые, и как сообщество – упустили из вида ценность многих микробов и вместо того, чтобы изучить и сохранить их, решили одним махом убить вообще всех бактерий. Отчасти ответ заключается в том, что было время, когда микробы угрожали самому нашему существованию, и поэтому идея о том, что их всех надо уничтожить, не казалась ужасной. Сыграла свою роль и фанатичная преданность Рейнирса идее о жизни без микробов. Лично мне наиболее подходящим кажется сравнение с вавилонским столпотворением. Главное допущение, лежащее в основе экологии (и этой книги), заключается в том, что природа постоянно повторяет свою основную мелодию в различных вариациях. Если мы, например, поймем, как функционирует экологическая система глубоководных рыб, то выявленные закономерности можно будет приложить и к другим сферам экологии. Закономерности увеличения и уменьшения численности рысей, охотящихся на зайцев, очень похожи на аналогичные закономерности изменения популяции хищных клещей, поедающих пылевых клещей, которые живут в вашей подушке. Точно так же можно извлечь знания об экологии нашего кишечника, опираясь на работы экологов, наблюдающих симбиоз микроорганизмов и крупных животных. Вплоть до недавнего времени ученые, изучавшие жизнь людей, игнорировали подобные уроки независимо от того, касались ли знания муравьев, термитов или тихоходок. Это дорого нам обошлось, но проблема не в невежестве или сознательном пренебрежении. Скорее, все дело в тех разительных изменениях, которые произошли в науке в течение последних пятидесяти лет, и здесь сама собой напрашивается аналогия с Вавилонской башней. История, как и экология, повторяется. Именно поэтому Рейнирс не оценил значимость результата своего эксперимента как ответа на вопрос Пастера. И мы до сих пор не видим, где мы вторгаемся в бурлящий мир дикой жизни.

В библейской истории о Вавилонской башне рассказывается о том, как жители Вавилона решили общими усилиями построить башню, которая достигла бы неба. Эта башня стала бы свидетельством их славы и могущества. Не жалея сил, они принялись укладывать в стену кирпичи. Естественно, в первую очередь люди работали руками, но огромную роль в постройке играл их язык – один на всех. Любой каменщик мог крикнуть: «Несите мне еще кирпичи!» – и его бы поняли. Стены башни продолжали расти ряд за рядом. Язык был так же необходим людям для координации усилий, как необходимы феромоны термитам и муравьям, а пчелам – их танцы. Язык был связующей нитью. Но то, что хорошо начинается, не всегда так же хорошо заканчивается. Бог наказал людей за высокомерие, смешав их языки. Бог заставил людей говорить на сотнях разных языков и тем самым разобщил их. Мораль этой притчи такова: высокомерие не доводит до добра. Но есть еще одна мораль, вытекающая из метода, каким были разобщены люди, – к провалу приводит также и неумение найти общий язык. Нечто подобное происходит сейчас и в науке, причем темп этих изменений продолжает нарастать [51] . При отсутствии общего языка укладывать кирпичи становится все труднее и труднее. Конечно, предыдущие ряды кирпичей остались, и на них укладываются новые, только что обожженные кирпичики идей, но на что они опираются? И, что еще важнее, куда ведет нас растущая башня? Ответить на эти вопросы становится все сложнее.

51

Мне думается, что в истории биологии было два момента, когда эта наука грозила исчезнуть из-за того, что ученые стали говорить на разных языках. В первом случае, который я описал в книге «Всякая живая тварь» (Every Living Thing), разные ученые называли одно и то же растение или животное разными терминами (иногда даже в одной стране). Общего языка для наименования живых существ тогда не было, и было неясно, возникнет ли он вообще. Второй момент – это наши дни и ситуация, в которой мы оказались. Специализация достигла такого уровня (особенно в биологии), что специалисты в одной области говорят на языке, совершенно непонятном специалистам в другой области. Это может показаться забавным, но иногда ученым приходится знакомиться с открытиями коллег из других областей по научно-популярной (а не научной) литературе, чтобы понять, о чем, собственно, идет речь.

Если посмотреть на науку со стороны, то может показаться, что по мере роста нашего совокупного знания мы все лучше и лучше понимаем, как устроен наш мир. Возможно, это верно для нашего абстрактного коллективного разума. Количество информации, накопленной в библиотеках, неуклонно растет. Но каждому человеку в отдельности становится все труднее увидеть мир в перспективе. Ученые, работающие в разных сферах науки, разрабатывают для своих областей все более специфическую терминологию и концепции. В наши дни нейробиолог не понимает, о чем говорит нефролог, и наоборот. Мало того, самим нейробиологам становится все труднее понимать друг друга. Способность среднего человека понимать суть других областей науки оказалась весьма ограниченной. Для того чтобы понимать других, надо владеть их языком. Но научные полиглоты, как это ни прискорбно, реже всего встречаются среди биологов, изучающих человеческий организм. В биологии человека границы между дисциплинами определены наиболее отчетливо. Ученый может всю жизнь исследовать клетки человеческого мозга или изучать определенные свойства слизистых оболочек [52] . Чем сильнее отрасль дробится на мелкие области, тем ниже становится вероятность по-настоящему крупного открытия. Чисто механические открытия, конечно, случаются и при исследовании каких-то крошечных участков. Например, ученые, исследующие внутреннее ухо, могут открыть что-то новое в передаче звуков в центральную нервную систему, но практически никто из этих ученых не может отступить на несколько шагов назад и взглянуть на проблему с некоторого расстояния, а ведь именно в этой способности кроется залог научного прорыва. Поэтому неудивительно, что такие прорывы совершают ученые, исследующие малоизвестные области и являющиеся в них полновластными владыками. Они могут позволить себе отстраниться и взглянуть на проблему в целом, не обращая внимания на мелкие детали. К этому племени ученых в первую очередь относятся экологи и специалисты по эволюционной биологии, однако даже они в последнее время стали утрачивать эту свою способность. Отойдя на некоторое расстояние, они могут разглядеть вещи, которые были упущены при междисциплинарном переводе. Для того чтобы по-настоящему понять, как работают биологические организмы, надо, как я уже сказал, отступить на пару шагов назад – только тогда можно разглядеть параллели, повторяющиеся закономерности, характерные для разных областей биологии и организмов разных видов. Я бы сказал, что идеальная дистанция – это та, которая позволяет одновременно видеть организм человека и организм термита, причем в контексте окружающего их ландшафта. При таком взгляде трудно упустить из вида муравьев.

52

Отраслевые встречи и конференции ученых могут иногда быть столь многолюдными, что невозможно собрать этих ученых в одном зале. На съездах нейробиологов США собирается до 60 тысяч человек, причем интересы разных ученых могут быть настолько узкими, что каждый отдельный доклад может быть интересен – в лучшем случае – всего нескольким сотням человек.

Муравьи, как и все мелкие создания, вездесущи. Вероятно, классической моделью для изучения взаимодействия между организмами разных видов (например, между человеком и населяющими его кишечник микробами) является пример взаимодействия между муравьями и акациями. Акация предоставляет муравьям убежище и питание в виде маленьких грушевидных плодов в обмен на защиту своей листвы. Деревья, на которых обитают муравьи, здоровее деревьев, лишенных муравьев, и растут они гораздо быстрее, так как муравьи защищают акации от многочисленной группы травоядных насекомых. Можно провести параллель между тем, как муравьи взаимодействуют с акацией и как наши организмы уживаются с населяющими их микробами. Наши микробы тоже защищают нас и обеспечивают питательными веществами в обмен на еду, которую мы поглощаем. Впрочем, можно найти еще более тесную параллель – если присмотреться к муравьям, которые занимаются собственным сельским хозяйством.

Эти существа похожи на нас больше, чем животные любого другого вида. Колонии этих муравьев, известных как муравьи-листорезы, представляют собой колоссальные сообщества. Их образуют многие тысячи или даже миллионы стерильных особей, обеспечивающих всем необходимым свою королеву. Как и в любом обществе, некоторые отдельные особи могут быть несовершенны. Одни принимают неверные решения. Других съедают враги. Третьи притаскивают в муравейник ядовитые листья, а четвертые всегда ходят не туда, куда надо. Но в целом общее дело не страдает, муравьи беспрестанно работают. Их работа заключается в доставке в муравейник измельченных листьев, где те становятся удобрением для грибных плантаций. Грибные тела – их можно назвать плодами – богаты сахарами, и муравьи кормят ими своих личинок. Эти грибы служат муравьям как бы внешним кишечником, переваривающим листья, которые насекомые неспособны переварить самостоятельно. Разные виды листорезов разводят грибы разных видов. Короче говоря, грибы и муравьи нужны друг другу, и у насекомых существует множество разнообразных способов, как использовать грибы. Такое сельское хозяйство – занятие нелегкое, но муравьи научились делать это почти безупречно. Наверное, с точки зрения грибов, кормить личинок тоже нелегкое дело, однако грибные фермы растут, колония процветает, а муравьиная королева толстеет от невообразимого количества оплодотворенных яиц.

Колонии муравьев-листорезов, поднаторевших в выращивании грибов, выглядят со стороны как хорошо налаженное поточное производство. Муравьи-рабочие таскают в муравейник листья, на которых сидят более мелкие муравьи – в их задачу входит охранять рабочих от мух, откладывающих яйца в их головы. Солдаты, чьи мышцы развиты куда лучше, чем мозг, охраняют пути транспортировки. Листья измельчаются согласованными движениями острых пилообразных мандибул. Есть и внушительных размеров королева, которая, лежа в укромном отсеке муравейника, непрерывно откладывает тысячи яиц в день, причем каждое яйцо неповторимо, как яйца Фаберже. Множество специалистов по тропической биологии сутками и месяцами следили за этой совершенной фабрикой. Почти все наблюдатели отметили необычайное сходство между муравьиными и человеческими городами. Это сравнение напрашивается само собой, но все же муравьиная колония больше напоминает не город, а единый организм. Каждого муравья можно уподобить клетке – одни клетки заняты транспортом питательных веществ, другие обезвреживают яды, и все вместе они бескорыстно трудятся ради выживания всего муравейника.

Муравьи-листорезы так же удивительны, как и их грибы. Отношения грибов и муравьев показывают, до какой степени может дойти взаимозависимость двух биологических видов. Но ученые, изучающие кишечник человека, мало знают о муравьях, по крайней мере, не больше того, что можно узнать из просмотров научно-популярных передач канала «Дискавери». Там можно увидеть то попадающих в фокус, то расплывающихся насекомых и сравнить их размер с размером человеческого пальца. Но до недавнего времени в рассказах о муравьях-листорезах отсутствовал один ключевой элемент. Было неясно, каким образом примитивная иммунная система муравьев защищает грибы – свой наружный пищеварительный тракт – от болезней. (Вы можете заметить, что этот вопрос аналогичен вопросу о том, как наш кишечник защищается от вредоносных для него бактерий.) Если такой грибной сад, какой мы видим у листорезов, остался бы без присмотра, он был бы немедленно сожран – особенно в тропиках. Однако растущие в муравейниках грибы отлично себя чувствуют и, несмотря на свою пищевую привлекательность, остаются целыми и невредимыми. Кроме того, оставалось загадкой, как муравьям удается самим оставаться здоровыми в окружении грибов.

Если живое существо в природе никто не трогает, для этого есть веская причина – оно может отвратительно пахнуть, выделять яды или защищаться каким-нибудь иным способом. Но что же отгоняет врагов от муравьиных садов и от самих насекомых, которые ежедневно соприкасаются с множеством микробов? Недавно было высказано предположение, что муравьи и грибы защищены от патогенных бацилл «хорошими» бактериями. Кэмерон Карри, биолог, ныне работающий в университете штата Висконсин, считает, что эти бактерии образуют колонии в особых местах на теле муравьев. Бактерий становится больше, когда в колонии заводятся патогенные микроорганизмы. Карри полагает, что эти микроорганизмы помогают муравьям бороться с опасными бациллами, обитающими на хороших грибах. Давно известно, что бактерии могут вырабатывать антибиотики – большинство антибактериальных препаратов, включая пенициллин, изначально были выделены из микроорганизмов. Бактерии муравьев-листорезов могут продуцировать антибиотики, подавляющие рост вредных грибов (по-латыни их называют Escovopsis), поражающих полезные грибы муравейника. Согласно гипотезе Карри, эти бактерии являются защитниками и партнерами муравьев, они живут на телах насекомых, покрывая их словно вторая кожа. Вероятно, муравьи поддерживают существование этих бактериальных колоний, чем-то вознаграждая их и удерживая на себе. Альтернативная гипотеза гласит, что эти бактерии являются защитниками не столько грибов, сколько самих муравьев. В данном случае оба объяснения выглядят вполне разумными. Таким образом, идея о том, что наш организм специально культивирует в кишечнике полезных бактерий, пришла из биологии беспозвоночных. Так как изучать муравьев легче, чем людей, то можно надеяться, что все сложные (хотя и спорные) способы взаимодействия муравьев с окружающей природой будут раскрыты быстрее, чем тонкости наших взаимоотношений с кишечными бактериями. Прав Кэмерон или нет – покажет время, но достаточно и того, что он смог посмотреть на проблему с некоторого расстояния и обнаружить нечто очень интересное. Его находка касается муравьев, но, как выяснилось, эту идею можно применить и в изучении экологии и биологии человека.

Мы склонны воображать себя очень сложными существами. Согласно прежним воззрениям, мы – вершина творения, главное звено эволюционной цепи. В то же время нам трудно представить себе, что наши взаимоотношения с другими видами по своей сложности не уступают взаимоотношениям, скажем, тех же муравьев. Но надо сказать, что и наши отношения с «родными» микроорганизмами тоже нельзя назвать простыми. Нам просто повезло, что в последнее время мы стали больше знать о жизни колоний муравьев-листорезов. В том, как мы возделываем свои бактериальные сады, мы мало отличаемся от муравьев. Наши червеобразные отростки, если они не воспаляются, выполняют, в принципе, ту же самую работу. Вопреки тому, что говорит наш мозг относительно вредоносности всех бактерий, живущих у нас в кишках и на коже, аппендикс имеет свое мнение на этот счет. Он что-то бормочет на своем примитивном бессловесном языке, и он явно знает, что говорит.

Глава 6 Мне нужен мой аппендикс (как и моим бактериям)!

11 сентября 1942 года Дину Ректору из Шатокуа, что в штате Канзас, стукнуло девятнадцать. День рождения праздновали на глубине сотни футов под водой. Над головой Ректора, кроме миллионов фунтов воды, находились еще и японские эсминцы, охотившиеся за американскими субмаринами, в одной из которых и находился Ректор. Подводники надеялись, что стальной корпус убережет их и от воды, и от вражеских торпед. Дин впервые встречал свой день рождения подобным образом.