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

Согласно теории Дарвина, эволюция не терпит излишеств. Естественный отбор скрупулезно отсекает все лишнее. Биологические материалы не расходуются зря, и ни одно животное не становится больше, сильнее и быстрее, чем это требуется для того, чтобы превзойти конкурентов. Если бы все животные на Земле были черепахами, то никому из них не надо было бы становиться зайцем, достаточно было бы стать самой быстрой черепахой. Но вилорогие антилопы, сбившись в стада, побивают все мыслимые рекорды скорости. Байерсы и другие исследователи, местные жители и охотники наблюдали вилорогих антилоп в течение многих тысяч часов – и все в один голос заявляют, что исключительно редки такие случаи, когда хищнику удалось бы догнать это животное. Это так – несмотря на то, что на многих особях надеты ошейники с радиомаяками и их перемещения хорошо отслеживаются, и несмотря на то, что легко выявляются случаи нападения хищников на детенышей [18] . Особенно часто детенышей съедают орлы, койоты и другие хищники. Но детеныши не убегают от опасности. Они цепенеют. Бегством спасаются взрослые особи, и если они убегают, то догнать их не может ни бурый медведь, ни серый волк, ни даже койот. Когда Байерсы впервые увидели бег вилорогой антилопы, он показался им вызовом естественному отбору, нарочитым исключением, примечательным во всех отношениях.

18

Специалисты по биологии млекопитающих любят составлять каталоги гибели изучаемых особей. Относительно детенышей вилорогих антилоп см.: Beale, D. M., and Smith, A. D. 1973. Mortality of Pronghorn Antelope Fawns in Western Utah. Journal of Wildlife Management 37: 343–352. По данным авторов статьи, четверть детенышей антилопы погибает в когтях рысей.

Джон Байерс напряженно думал об аномально высокой скорости бега антилоп, когда ему начали мерещиться фантомы. Ему чудились животные, охотящиеся на вилорогих антилоп, несущиеся за ними. Хищники догоняли антилоп, хватали их за ноги, валили на землю среди диких злаков. Байерс понимал, что это ему чудится, но он видел свидетельства этого, как люди замечают дуновение ветра по качающимся ветвям деревьев. В прерии, где самым большим хищником был медведь, Байерсу мерещились следы гепардов и львов. Стоило ему прищуриться, глядя на антилоп, как он начинал явственно различать крадущихся по их следу хищников. Присутствие этих хищников чувствовалось в каждом движении вилорогих антилоп. Байерс понял, что эти призраки и есть ответ на мучивший его вопрос о скорости бега антилоп, как, впрочем, и на некоторые другие вопросы.

Около десяти тысяч лет назад, когда в Азии приступили к одомашниванию коров, вилорогие антилопы жили в прерии бок о бок с такими хищниками, как серый волк, черный медведь, гризли и койот. Впрочем, в те времена там водились и другие, более крупные хищники. Когда в Америках появились первые люди, они застали вилорогую антилопу в компании множества других травоядных. Но хищников все же было больше. Американские равнины были более диким и суровым местом, нежели африканские саванны. Хищники, с которыми столкнулись первые переселенцы, пришедшие в Америку четырнадцать с лишним тысяч лет тому назад, были крупнее, злее и быстрее, чем нынешние хищники. Здесь водились дикие собаки борофаги и протоционы, ужасные волки, гигантские гепарды, огромные пещерные львы, несколько видов саблезубых тигров, короткомордые медведи и другие зубастые чудовища, многие из которых умели очень быстро бегать. Пещерный лев достигал в длину двенадцати футов. Саблезубый тигр весил до тысячи фунтов, а гигантский короткомордый медведь – до двух с половиной тысяч. Но главным действующим лицом в драме вилорогих антилоп был американский гепард (Miracinonyx trumani) – большая, длинная, быстроногая кошка, созданная для погони [19] . Аналогия с современными африканскими гепардами подсказывает, что американский гепард должен был охотиться на вилорогих антилоп с такой же страстью, как его родич – африканский гепард – охотится на антилоп. В таком контексте Байерс представил себе, что быстрота бега и стадное поведение вилорогих антилоп развились в ответ на угрозу со стороны давно вымершего хищника. Когда-то вилорогим антилопам было от кого убегать. Американские гепарды становились все проворнее, чтобы догонять антилоп, а антилопы, чтобы спастись от них, в свою очередь, тоже стали бегать еще быстрее. Потом в Америку пришли люди и мало-помалу уничтожили шестьдесят процентов всех видов млекопитающих, включая гепардов, а также львов, мамонтов, мастодонтов и даже верблюдов. Вымирание этих крупных животных, и в первую очередь гепардов, сделало способность вилорогих антилоп к чрезвычайно быстрому бегу ненужным анахронизмом.

19

Этот «гепард» на самом деле не родственник африканскому гепарду. Исследования, проведенные Барнеттом и его коллегами, показали, что американский гепард – это животное, родственное пуме. В ходе эволюции американский гепард приобрел черты, свойственные африканским гепардам, – длинные конечности, расширенные носовые ходы и невтягивающиеся когти. Эти изменения произошли у американского гепарда независимо. Африканский и американский гепарды являют собой пример конвергентной эволюции, в процессе которой два вида приобретают сходные признаки в ответ на одинаковые условия окружающей среды. В данном случае условием было увеличение площади саванн и прерий, каковое привело к увеличению численности и к эволюции таких видов, как вилорогая антилопа и ее африканский конвергентный аналог – африканская антилопа. Представители обоих видов спасаются от хищников быстрым бегством. См.: Barnett, R.; Phillips, M. J.; Martin, L. D.; Harington, R.; Leonard J. A.; and Cooper, A. 2005. Evolution of the Extinct Sabretooths and the American Cheetah-like Cat. Current Biology 15.

Придя к этому внезапному озарению (которое оказалось верным, так как было подкреплено другими данными и последующим анализом), Байерс начал понимать общий смысл поведения вилорогих антилоп. Вся их биология, в особенности биология самок, была нацелена на успешное бегство от хищников, которых уже не существует. Самки спариваются с наиболее быстрыми самцами, чтобы и потомство могло выдержать марафон, главный приз в котором – жизнь. Даже двурогая матка и сильно сжатый в продольном направлении позвоночник развились для того, чтобы обеспечить способность к стремительному бегу. Таким образом, вилорогие антилопы – это не исключение, а мощное подтверждение правил естественного отбора. Другими словами, они и являются правилом. Более того, есть мнение, что способность к быстрому бегу дорого обошлась вилорогим антилопам. Если это так, то по мере увеличения поголовья и сужения ареала обитания скорость передвижения вилорогих антилоп может замедлиться. Быстро бегающие особи начнут раньше умирать, истощенные бегством от призраков, но неспособные сбавить темп. С течением времени бег этих животных будет становиться все более медленным, а сами они, перестав быть самыми проворными животными на Земле, утратят свою необычность и исключительность [20] .

20

В недавнем исследовании, выполненном Дж. Дж. Деннехи, было показано, что самки, занимающие нижние ступени в иерархии стада, пасутся рядом с ним, а не в гуще животных. Эти самки становятся одинокими изгоями. Исторически такие изгои в первую очередь становились жертвами хищников – плохо находиться на нижних ступенях тотемного шеста. Но в наше время, когда угроза со стороны хищников стала совсем незначительной, такие особи на самом деле питаются лучше, чем те, которые находятся выше по иерархической лестнице и которым приходиться конкурировать за траву с другими высокоранговыми животными. Можно допустить, что эта ситуация, если она продлится достаточно долго, повлияет на эволюцию социальной организации стад вилорогих антилоп, а также на скорость их бега. 2001. Influence of Social Dominance Rank on Diet Quality of Pronghorn Females. Behavioral Ecology 12: 177–181.

Байерс получил именно тот результат, о котором мечтает любой ученый, – он вывел общее правило на основании изучения частной проблемы. Чем больше беседовал Байерс с другими учеными, тем больше он понимал, что случай с вилорогими антилопами отнюдь не единственный в своем роде. Его наблюдения выявили типичный пример последствий, возникающих после того, как какой-либо вид лишается другого вида, с которым он был тесно экологически связан на протяжении многих тысячелетий. За много лет до наблюдений Байерса в Коста-Рике исследователь тропиков и специалист по охране окружающей среды Дэн Янсен высказал идею о том, что крупные плоды, которые теперь годами висят в листве нетронутыми, возникли в процессе приспособления к распространению их семян представителями ныне вымершей мегафауны, которая исчезла вместе с угрожавшими вилорогим антилопам хищниками. Эта идея пришла Янсену в голову в 1979 году, когда он обнаружил стручки дерева Cassia grandis длиной в три фута. Тридцать лет спустя Янсен остался при своем мнении, а стручки остались висеть на ветвях нетронутыми. Перефразируя известного палеонтолога Пола С. Мартина, можно сказать, что мы живем в эпоху призраков, их доисторическое присутствие является нам в виде огромных сладких плодов [21] .Многие плоды, полюбившиеся человеку, были в виде семян разнесены по миру в кишках огромных млекопитающих – в этот список входит папайя, а также авокадо, гуава, черимойя, индейские апельсины и отвратительно пахнущий, но невероятно вкусный дуриан [22] . В иных местах биологи обнаружили цветы с длинными глубокими венчиками, для которых в природе отсутствуют подходящие опылители. Специалисты считают, что такое строение является попыткой приспособления к длинному языку давно вымершего опылителя. С течением времени обнаруживались новые факты такого рода, новые данные, говорящие о последствиях потери давнего партнера.

21

«…но слегка изуродованные новейшими примесями» – Мартин имел в виду Северную Америку, но его афоризм можно применить и к миру в целом.

22

Узнать больше о таких анахроничных плодах можно в книге Конни Барлоу «Призраки эволюции, бессмысленные плоды, пропавшие партнеры и другие экологические анахронизмы» (Connie Barlow. 2000. The Ghosts of Evolution, Nonsensical Fruit, Missing Partners, and other Ecological Anachronisms. New York, Basic Books).

Но пример с вилорогой антилопой совсем другого рода. Гигантские плоды когда-то получили эволюционное преимущество от того, что их семена переносили и распространяли гигантские животные, например ленивцы, превосходившие размерами современных слонов. Вилорогие антилопы получали от вероятности быть съеденными гепардом не больше выгоды, чем мы – от вероятности быть задушенными медведем. Тем не менее в отсутствие гепардов стремительные броски и быстрый бег вилорогих антилоп теряют свой биологический смысл. Раньше вилорогие антилопы страдали от американских гепардов, но теперь можно сказать, что антилопы парадоксальным образом страдают уже от их отсутствия. Теперь они бегают без причины. Они тратят энергию понапрасну, так как с таким же успехом могли бы просто оставаться на месте. Но они бегут от призраков.

Впрочем, как и все мы.

Глава 3 Принцип вилорогой антилопы, или От каких призраков бежит наш кишечник

Байерсы пришли к вилорогим антилопам для того, чтобы понять, как они живут, но в результате обнаружили некую более общую закономерность. Давайте назовем ее принципом вилорогой антилопы. Этот принцип состоит из двух элементов: во-первых, все виды обладают физическими признаками и генами, определяющими способы взаимодействия с другими видами. Во-вторых, когда эти другие виды исчезают, подобные признаки становятся анахронизмом, который иногда даже причиняет вред. Растения вырабатывали токсические вещества, чтобы защитить свои листья; выделяли нектар, привлекавший насекомых, которые разносили пыльцу, и образовывали плоды, чтобы привлечь животных, способных распространить семена. В свою очередь, у животных развивались длинные языки для более успешного извлечения нектара или обострялось обоняние, облегчавшее поиск плодов. У хищников отрастали длинные зубы, что позволяло наверняка убивать жертву. У кишечных паразитов образовывались отростки, повторявшие формы внутренней поверхности кишечника, чтобы лучше в нем укрепиться. Возьмите любой живой организм, обитающий на Земле, и вы увидите, что его строение в такой же степени приспособлено к взаимодействию с другими видами, как и к выполнению иных функций, определяющих жизнедеятельность, – к дыханию, употреблению пищи и спариванию. Взаимодействия между разными видами (экологи называют его межвидовым взаимодействием) и создают эволюционный клубок, о котором говорил Дарвин. Байерсы поняли и оценили – для начала на примере вилорогой антилопы – последствия исчезновения видов, для взаимодействия с которыми в наших организмах возникли и развились определенные признаки, будь то хищники (например, гепарды), симбионты (как животные, некогда разносившие семена гигантских американских плодов) и даже паразиты и болезнетворные бактерии. Исчезновение других видов может сделать ключевые элементы нашего организма анахронизмом – таким, как огромные плоды, валяющиеся в ожидании гигантских ленивцев, которые уже никогда не придут, чтобы подобрать их.

Однако даже при том, что принцип вилорогой антилопы оказался близок специалистам по экологии и эволюционной биологии, никто из них, включая Байерсов, не подумал о возможности его приложения к нашим собственным организмам. Ученые-медики, со своей стороны, обычно редко задумываются об истории эволюции, но даже если и задумываются, то лишь об истории эволюции человека как такового, в отрыве от контекста. Они представляли, будто все прошлое человеческих существ заключалось в долгих блужданиях по густым лесам и собирании съедобных плодов (несмотря на то, что плод – это другой биологический вид, и надо было обладать острым зрением и отменным чутьем, чтобы его отыскать). До недавнего времени не было ни одного исследования, ставившего перед собой цель понять, что произошло после того, как мы уничтожили всех угрожавших нам хищников, или, что ближе к нашей теме, после того, как мы избавились от ленточных червей и нематод, изгнав их из нашего кишечника. Наконец ученые задались вопросом: какие части нашего тела, подобно мышцам и проворности вилорогих антилоп, до сих пор оберегают нас от призраков? Во всяком случае, над этим вопросом задумался Джоэл Вейнсток. Что происходит, когда люди избавляются от присутствия видов, в тесном взаимодействии с которыми развивался наш организм, – будь то гепарды, болезнетворные микробы, пчелы или гигантские черви-сосальщики?

Джоэл Вейнсток не имел ни малейшего понятия о вилорогих антилопах. Трудно вообразить себе ситуацию, в которой они смогли бы его заинтересовать. Подобно многим другим ученым медикам, с экологией или эволюцией он в последний раз сталкивался на первом курсе университета. Едва ли он смог бы даже вспомнить, кто был ближайшим предком человека. Не был Вейнсток и большим поклонником природы. Он хорошо разбирался во всем, что касается иммунной системы человека и того, как взаимодействуют с ней паразиты. Эта область может показаться очень узкой, но на самом деле она шире, чем область интересов многих биологов. Такая узость кругозора оказалась весьма полезной для Вейнстока, когда он в самолете возвращался домой из Нью-Йорка. Он наскоро просмотрел данные об увеличении количества случаев болезни Крона и других «современных» болезней и задался вопросом, почему же они стали встречаться столь часто. Задумавшись над этим вопросом, он вспомнил, что в те же годы, когда начала возрастать заболеваемость болезнью Крона, стала снижаться частота глистных инвазий. Эти наблюдения он, словно две точки, соединил линией. И эта линия стала для него откровением. Причина болезни Крона, вдруг осенило Вейнстока, в червях-паразитах, выражаясь научным языком – в гельминтах! Чем дольше Вейнсток вглядывался в линию, соединявшую точки, тем яснее ему становилось, что он знает ответ. Этот ответ был ближе к вилорогим антилопам и вымершим гепардам, чем к традиционной медицинской науке.

Какая это большая радость – чувствовать, что ты знаешь ответ! Сердце начинает сильнее биться в груди от упоения. В таких случаях хочется побегать по лаборатории с победным дикарским кличем. Естественно, наступает момент, когда вам приходится поделиться своим открытием с окружающими, и вот здесь – я могу сказать это, основываясь на своем личном опыте, – ваше прозрение становится жертвой неумолимой реальности. Какой-нибудь подающий надежды студент может обронить: «Я не понимаю, каким образом это может работать». Вы вдруг осознаете, что это действительно так, и у вас сразу портится настроение. Но иногда прозрение оказывается верным. Или, во всяком случае, кажется верным дольше, чем один счастливый день.

Время оказалось на стороне Джоэла Вейнстока. Он явственно представил себе, что болезни нашего кишечника вызываются работой нашей же иммунной системы, а проблема иммунной системы заключается в том, что она лишилась паразитов, ради борьбы с которыми она возникла и развилась. Болезнь Крона и другие воспалительные заболевания кишечника – это следствие того, что наш организм продолжает бег для того, чтобы спастись от давно не существующих паразитов. Когда вилорогая антилопа несется, как ветер, чтобы оторваться от давно вымершего хищника, она понапрасну тратит драгоценную энергию. Когда наш организм стремительно убегает от несуществующих глистов, он спотыкается или, как минимум, бежит неправильно. У Вейнстока было интуитивное предположение, но не было доказательств. Конечно, это факт, что жители развитых стран имеют больше шансов заболеть болезнью Крона и меньше шансов заполучить глистов. В развивающихся странах почти миллиард человек страдает гельминтозами, вызванными всего двумя видами глистов из рода анкилостом – Necator americanus и Ancylostoma duodenale, и это не говоря уже о ленточных червях, власоглавах и других, более редких паразитах. Предки всех этих видов были когда-то морскими червями. На сушу они смогли выйти, только колонизировав кишечник наземных животных. Там эти черви нашли крошечное море – пусть и не столь живописное.