Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле

Микробы важны. Мы их игнорировали. Мы боялись их и ненавидели. Настало время оценить их по достоинству, ведь, если этого не сделать, мы не сможем понять собственное тело. В этой книге я покажу вам, как на самом деле выглядит царство животных и насколько более удивительным оно начинает казаться, если рассматривать его как мир непрерывного сотрудничества, коим оно в действительности является. Это рассказ об истории природы, который расширит уже имеющиеся знания о ней, полученные от величайших исследователей прошлого.

В марте 1854 года британец Альфред Рассел Уоллес, разменяв четвертый десяток, отправился в грандиозный круиз по островам Малайзии и Индонезии [18] . За восемь лет он повстречал на своем пути огненно-рыжих орангутанов, кенгуру, скачущих вокруг деревьев, великолепных райских птиц, огромных бабочек-птицекрылок, свиней-бабирусс, чьи бивни прорастают сквозь рыло, и даже лягушку, планирующую от дерева к дереву на лапах-парапланчиках. Все эти потрясающие существа попали в коллекцию Уоллеса, состоящую из более 125 тысяч экспонатов, – там и ракушки, и растения, и тысячи различных насекомых на булавках, а еще шкуры и чучела птиц и млекопитающих. В отличие от других коллекционеров Уоллес присвоил каждому экспонату бирку с указанием, где именно был собран тот или иной образец.

18

Больше о жизни Уоллеса можно прочитать на сайте http://wallacefund.info.

Место поимки было крайне важно. Благодаря этим деталям Уоллес смог выявить закономерности. Он заметил, например, что в определенных местах животные отличаются значительным разнообразием, даже в пределах своего же вида. Выяснил, что на некоторых островах обитают уникальные виды животных. А во время путешествия от Бали до Ломбока – между ними всего 35 километров – он отметил, что животный мир Азии резко сменялся совсем не похожей на него фауной Австралазии, словно эти два острова были разделены невидимым барьером (позже его назовут линией Уоллеса). Нынче Уоллеса вполне заслуженно называют отцом биогеографии – науки о распространении разных видов на нашей планете. Однако, как утверждает Дэвид Куаммен в своей книге «Песнь додо», «биогеография в руках осмотрительных ученых отвечает не только на вопросы, какой это вид и где он обитает, но и почему. И что иногда еще более важно – почему нет» [19] .

19

В книге The Song of the Dodo прекрасно описаны приключения Уоллеса и Дарвина (Quammen, 1997).

Изучение микробиомов начинается точно так же: первым делом нужно перечислить микробиомы разных животных или разных участков тела на одном животном. Где какие виды обитают? Почему? И почему не обитают там, где не обитают? Перед тем как заняться исследованием их влияния на организм, нужно обратиться к их биогеографии. Исследования Уоллеса и его коллекция позволили ему сформулировать самый важный постулат биологии: виды изменчивы. «Возникновение каждого вида совпадает в пространстве и во времени с уже существующим близкородственным видом», – писал он много раз, иногда курсивом [20] . Животные постоянно соревнуются между собой, а сильнейшие из них выживают и размножаются, передавая свои преимущества своему потомству. Иными словами, они эволюционируют путем естественного отбора. Это стало самым важным озарением за всю историю науки, а ведь началось все с неутомимого желания узнать больше об окружающем мире и исследовать его, а также со склонности подмечать, кто где живет.

20

Wallace, 1855.

Кроме Уоллеса по миру в поисках сокровищ природы скитались и многие другие натуралисты. Чарлз Дарвин совершил кругосветное путешествие на борту корабля «Бигль»: за пять лет он обнаружил окаменевшие кости гигантских ленивцев и броненосцев в Аргентине, встретил гигантских черепах, морских игуан и разнообразных пересмешников с Галапагосских островов. Его приключения и коллекции заронили интеллектуальные семена той же идеи, что дала ростки и в мыслях Уоллеса, – теории эволюции, которая позднее станет неразрывно связана с именем Дарвина. Томас Генри Гексли, которого окрестили «бульдогом Дарвина» за активную пропаганду идеи естественного отбора, побывал в Австралии и Новой Гвинее, где изучал морских беспозвоночных. Ботаник Джозеф Хукер добрался аж до Антарктиды, по пути собирая образцы растений. А уже совсем недавно Эдвард Осборн Уилсон, закончив изучать муравьев Меланезии, написал учебное пособие по биогеографии.

Многие считают, что эти знаменитые ученые обращали внимание лишь на видимый мир животных и растений, игнорируя скрытый мир микробов. Это не совсем так. Дарвин, несомненно, пополнил свою коллекцию микробами, попавшими на палубу «Бигля», – он их называл инфузориями [21] . Также он вел переписку с ведущими микробиологами [22] . С оборудованием того времени у него попросту не было возможности углубиться в эту тему.

21

В современной биологии термин «инфузории» относится ко вполне определенной группе простейших, но в XIX веке он использовался для обозначения простейших в целом. Простейшие – это эукариотические организмы, в большинстве своем одноклеточные, и микробами они, несомненно, являются. Однако книга Эда Йонга посвящена прокариотическим микробам, прежде всего бактериям. Термин «бактерии» во времена Дарвина использовался микробиологами, но сам Дарвин в своих работах особенного внимания бактериям не уделял, хотя интересовался микробами в целом и учитывал их в теории естественного отбора (O’Malley, 2009). – Прим. ред.

22

O’Malley, 2009.

А вот современные ученые способны собирать образцы микроорганизмов, разделять их на части, извлекать ДНК и распознавать их путем секвенирования генов. Таким образом, они делают все то же самое, что и Дарвин с Уоллесом в свое время. Они собирают образцы в разных местах, опознают и задают главный вопрос: что где живет? Они тоже занимаются биогеографией, только в другом масштабе. На смену размахиванию сачком для бабочек приходят аккуратные мазки ватной палочкой. Прочесть данные генома – все равно что пролистать определитель. А день, проведенный в зоопарке, можно сравнить с путешествием на «Бигле» – он шел от острова к острову, а микробиологи переходят от вольера к вольеру.

Дарвин, Уоллес и их коллеги относились к островам с особым любопытством. Оно и понятно – ведь самые причудливые и прекрасные формы жизни встречаются именно там. Благодаря изоляции островов от окружающей природы и их ограниченным размерам эволюция там может разгуляться на всю катушку. Принципы, по которым работает биология, там проявляются куда четче, чем на обширном материке по соседству. Но остров – это не только окруженный водой участок суши. Для микробов любой организм-хозяин является островом – целым миром, вокруг которого пустота. Рука, которой я глажу Бабу в зоопарке Сан-Диего, – это плот, на котором микроскопические обитатели острова-человека переезжают на остров-панголин. Взрослый человек, слегший с холерой, – словно остров Гуам, захваченный завезенными туда змеями. Человек – не остров? А вот и неправда: для бактерий мы все – острова [23] .

23

Эта концепция, как и экологическая природа микробиома, доступно объясняются в этих работах: Dethlefsen et al., 2007; Ley et al., 2006; Relman, 2012.

Каждый из нас обладает своим собственным уникальным микробиомом. Его формируют унаследованные нами гены, принятые лекарства, рукопожатия, возраст, а также то, где мы жили и что мы ели. В плане микробов мы очень похожи, но при этом такие разные. Когда микробиологи только занялись составлением полного списка человеческих микробов, они планировали открыть некую основу микробиома – группу видов, обитающих в организме каждого. Сейчас сам факт существования такой основы является спорным [24] . Некоторые виды встречаются часто, но не везде. Если основа и есть, то на уровне функций, а не организмов. Есть определенные задачи, например, переварить некие питательные вещества или исполнить какой-нибудь особый метаболический трюк, и выполняют их всегда микробы – вот только не одни и те же. Эту же тенденцию можно наблюдать и в мире животных. Птицы киви в Новой Зеландии роются в мусоре в поисках червей, а в Англии этим занимаются барсуки. Тигры и дымчатые леопарды – гроза лесов на Суматре, тем временем на Мадагаскаре, где кошачьи не водятся, ту же роль выполняют фоссы, млекопитающие из семейства мадагаскарских виверр, а на Комодо главным хищником в пищевой цепочке является огромный варан. Одни и те же задачи выполняются разными видами на разных островах. Острова эти могут представлять из себя как участки суши, так и разных людей.

24

Huttenhower et al., 2012.

На самом деле человек скорее напоминает архипелаг – цепочку островов. На каждом отдельном острове Галапагосов обитают свои разновидности вьюрков и черепах, а на каждой части нашего тела – своя микробная фауна. На коже микробиом по большей части состоит из бактерий Propionibacterium, Corynebacterium и Staphylococcus; Bacteroides правят в кишечнике, Lactobacillus – во влагалище, а Streptococcus – в полости рта. В самих органах бактерии тоже неоднородны. Микроорганизмы, обитающие в начале тонкой кишки, отличаются от тех, что проживают в прямой кишке. Над десневым краем и под ним живут разные микробы. Жирные участки на лице и груди заселили одни микробы, жаркие и влажные заросли в области паха и под мышками – другие, а третьи захватили сухие пустыни на предплечьях и ладонях. Кстати, о ладонях: население вашей правой ладони всего на одну шестую совпадает с населением левой [25] . Разница между частями тела в этом плане во много раз превосходит разницу между людьми. Проще говоря, бактерии у вас на предплечье больше напоминают бактерий на моем предплечье, чем у вас же во рту.

25

Fierer et al., 2008.

Микробиом меняется не только территориально, но и со временем. Когда ребенок при рождении покидает идеально чистый мир маминого живота, его тело сразу заселяют вагинальные микробы матери. Почти три четверти штаммов микроорганизмов новорожденного совпадают с материнскими. Затем начинается экспансия. Ребенок получает новые виды бактерий от родителей и окружающего мира, и микробиом его кишечника постепенно становится все разнообразнее [26] . Главенствующие в кишечнике виды сменяют друг друга, ведь рацион младенца меняется: на смену Bifidobacterium, специализирующимся на переваривании молочных продуктов, приходят Bacteroides, любители углеводов. Вместе с микробами меняется и их поведение. Они начинают производить разнообразные витамины и подготавливают кишечник к перевариванию взрослой пищи.

26

Исследователи изучили изменения в микробиомах новорожденных детей, в том числе своих. Недавно Фредрик Бэкхед провел самое подробное исследование из всех и проанализировал образцы стула 98 младенцев за первый год жизни (B"ackhed et al., 2015). Таня Яцуненко и Джефф Гордон также провели выдающееся исследование в трех разных странах. В нем они показали, как микробиом младенца меняется за первые три года жизни (Yatsunenko et al., 2012).