Разрушители. Грибки и грядущая пандемия

39 Джаред Уэстбрук, переписка с автором по электронной почте, 26 апреля 2020 года. Уэстбрук приписывает расчеты Саре Фитцсиммонс; подробнее см. Fitzsimmons S.F. Magnitude of American Chestnut Restoration and the Roles of TAFC Chapters over the Next 40+ Years // YouTube. November 9, 2021. https://www.youtube.com/watch?v=PY6Ua1haBao.

40 Том Весселс, интервью с автором, 9 июня 2020 года.

Глава 9 Сертификация

В первой половине XIX века по Европе прокатилась волна эпидемии картофеля, вызванная грибоподобным оомицетом Phytophthora infestans. Везде, куда бы ни добралось заболевание, картофель сгнивал прямо в земле. Жизнь очень многих людей зависела от этого овоща, поэтому его острая нехватка привела к тому, что к 1845 году голод и нищета охватили Клэр, Керри, Мэйо и другие ирландские графства. Художник Джеймс Махони был направлен изданием Illustrated London News запечатлеть разруху, которая охватила города и деревни¹. Картина оказалась настолько ужасной, что он написал: «Я видел, как умирающие, живые и мертвые беспорядочно лежали рядом друг с другом и между ними и холодной землей больше ничего не было». Среди множества факторов, вызвавших трагедию, одним из самых очевидных была практически полная зависимость от картофеля, который использовался и для питания, и для торговли. И это при том, что клубень не является родным ни для Европы, ни для Северной Америки, где его также поразила болезнь. Его родина – Южная Америка. Скорее всего, картофель пересек океан в трюме корабля, который вез конкистадоров или торговцев обратно домой – в Европу, где в течение нескольких столетий прижился и стал своим. Фермеры отдавали предпочтение самым разным сортам: один выращивал растения, дающие связки мелких клубней, другой выбирал для посадки крупные крахмалистые белые картофелины в надежде получить такой же богатый урожай (именно такой вариант и был распространен среди ирландцев). Нежелательные и, возможно, защитные признаки подверглись выведению, и вот монокультурой оказались заняты поля по всей стране. Пока не появилась болезнь, проделавшая такой же долгий путь, как и когда-то сам картофель: через Атлантику, на корабле, плывущем домой из Америки².

Работы английского натуралиста Чарльза Дарвина радикально изменили наше понимание взаимоотношений между живыми существами и роли естественного отбора и эволюции. Также он высказывал и некоторые представления о важности географических барьеров³ для жизни и появления различных видов. По мнению Дарвина, у распространения большинства живых существ есть свой предел и его географические границы удерживают друг от друга виды, в том числе и те, которые мигрируют. Именно благодаря этим ограничениям мы должны сказать спасибо за «богатство жизни»⁴, которое существует в мире. Живые существа, рассеянные в свое время по континентам, менялись, эволюционировали под естественным давлением окружающей среды, как, например, галапагосские вьюрки и другие изученные Дарвином виды, которые от одного острова к другому проявляли свои отличительные черты.

Но эти идеи об эволюции и географических границах актуальны не только для живых существ, но и для вспышек заболеваний, включая нынешние и будущие грибковые пандемии. Животные, растения и микробы развиваются как сообщество. Их изменения зависят от окружающей среды, а некоторые способны в ответ менять условия, в которых живут. Так, дерево может создавать больше тени или становиться для некоторых видов убежищем, а обилие водорослей, микробов или мелких млекопитающих способно давать такое количество пищи, что она повлияет на популяцию других животных. Хищники и их добыча склонны находить баланс между жизнью и смертью, при котором популяции обоих субъектов сохраняются и не выходят за рамки привычных циклов подъема и спада численности. Стало больше корма – популяция хищников выросла, но как только количество пищи пошло на спад, число тех, кто от нее зависит, тоже уменьшилось. Аналогичным образом ведут себя и патогены, и их хозяева. Так что в то время, как Дарвин работал над выяснением связи между живыми существами и окружающей средой, не выходя из своего дома в лондонском Бромли, Европа испытывала на себе последствия смешения флоры, фауны и микробов, которое образовалось из-за того, что некоторые виды были перенесены в места, которые не входили в их привычный ареал обитания.

Когда на полях Европы началась эпидемия, картофель, который посадил Дарвин на своей земле, тоже подвергся гниению⁵. В Чили, Эквадоре и других местах, где ему удавалось бывать, – отовсюду он привозил образцы дикого картофеля, а также отправлял их друзьям-ботаникам, в том числе троюродному брату, Уильяму Дарвину Фоксу, чтобы они тоже смогли вырастить их и изучить. Когда по всей Европе начали гибнуть посевы, ученые задались вопросом, каким образом это могло произойти так внезапно и причем повсеместно, а Дарвин задумался, может ли картофель, который он привез из Чили, быть более устойчивым к болезням. В то время некоторые ученые считали, что дикий картофель или семена картофеля, собранные в местности, откуда он родом, могут помочь возродить урожай в Европе. Однако усилия Фокса по выращиванию чилийского картофеля не увенчались успехом – на волне эпидемии тот тоже погиб. «Боюсь, это решает вопрос о целесообразности получения семян напрямую из дикого растения»⁶, – написал он, расстроенный случившимся. Однако стоит отметить, что, несмотря на то что чилийский картофель, привезенный Дарвином, погиб, недавно было обнаружено, что другие дикие виды устойчивы к поражению болезнями⁷.

Вскоре Дарвин обратил свое внимание на механизмы эволюции, а другие занялись изучением инфекционных заболеваний. Тот факт, что невидимая жизнь – грибки, бактерии и другие микроскопические создания – может вызывать заболевания, способные стать катастрофой для мира, еще не рассматривался наукой и медициной. До исследований и открытий Пастера и Коха оставались десятилетия. Считалось, что миллионы микробов, населяющих каплю гноя или крови, или мицелий, растущий в картофеле, не вызывают болезни, а просто являются приспособленцами, питающимися умирающей или уже умершей плотью. Поэтому, когда картофельные посевы поразила эпидемия, никто не усомнился, что гниющие растения покрыты каким-то грибком: это казалось ясным как белый день. Но ученые заспорили о том, мог ли грибок стать причиной таких несчастий. Первым же, кто заявил, что болезнь действительно вызывается грибком, который впоследствии получил название Phytophthora infes tans, стал коллега Дарвина – преподобный Майлз Беркли⁸. Хотя первоначально данный вид и был классифицирован как грибок, сейчас он признан водяной плесенью – организмом, который более близок к растениям, чем к грибам, но который выглядит и ведет себя как гриб, потому что распускает мицелий и размножается спорами. Этот микроб стал первым, который был идентифицирован как патоген.

Голод, спровоцированный эпидемией картофеля, стал деянием рук человека. Будучи неутомимыми торговцами и путешественниками, мы сделали так, что виды, многие из которых миллионы лет жили отдельно друг от друга, разделенные океанами, островами и горами, вдруг столкнулись на одном поле, в одном саду. Мы перемешали мировую биоту, и это привело к разрушительным последствиям. Более века назад, осознав опасность распространения патогенов и вредителей по всему миру, энтомолог Министерства сельского хозяйства США Чарльз Марлатт добился принятия мер, которые взяли бы под контроль этот процесс. Но с тех пор торговля растениями пережила взрывной рост, увеличившись на 500 % только за последние полвека⁹. Ежегодно в наши порты прибывает более миллиарда растений или их фрагментов, предназначенных для размножения. Многие из них упаковываются в транспортные контейнеры и отправляются по морю на судах длиной в два и более американских футбольных поля. Они способны перевозить более двадцати тысяч контейнеров! Так насколько хорошо работают наши средства защиты растений? И возможно ли вообще остановить следующую пандемию растений или культур?

* * *

Меган Ромберг работает в Службе инспекции здоровья животных и растений Министерства сельского хозяйства США, и в ее обязанности входит идентификация грибов, которые обнаруживаются на растениях или растительных материалах, прибывающих в страну водным путем. Своей работой она продолжает дело миколога Флоры Паттерсон, выявившей пузырчатую ржавчину сосны, и Чарльза Марлатта, который боролся за предотвращение проникновения в страну вредителей и патогенов растений.

Ромберг считается микологом национального уровня, а таких в стране всего два (второй – Джон Маккеми). Проводя свои дни за микроскопом и рассматривая гифы и споры, она заглядывает в мир, который большинство из нас никогда не увидит. Многие образцы, которые оказываются под пристальным взором Ромберг, поступают с передовой – из портов, где специалисты Таможенно-пограничной службы США инспектируют срезанные цветы, скоропортящиеся фрукты и овощи, а также растения для посадки (семена, клубни, черенки – все, что может быть использовано для размножения конкретного растения). Хотя Таможенная служба США работает в каждом порту, через который осуществляется въезд в Соединенные Штаты, специальные пункты, известные как станции инспекции растений, разбросаны по всей стране. В настоящее время существуют 17 таких пунктов¹⁰, в которых сотрудники Службы инспекции здоровья с особой тщательностью проверяют растения, предназначенные для посадки. Фрукты и овощи, которые будут съедены или выброшены на помойку, – тупик для любого зазевавшегося вредителя или патогена, а вот те, что окажутся в земле и получат новую жизнь, требуют особенного контроля. Растениям из одной страны может уделяться больше внимания, чем растениям из другой, но специалисты в портах хорошо обучены искать симптомы заболеваний. Если инспектор подозревает грибковую инфекцию, растение передается «специалисту по выявлению микологических заболеваний». Разнообразие импорта огромно, как и разнообразие грибков, которые могут на нем путешествовать, однако в стране всего 20 специалистов, которые углубленно занимаются их идентификацией. Это крайне небольшое число, учитывая, что в портах поисками вредителей занято более сотни энтомологов. По словам Ромберг, каждый специалист по выявлению микологических заболеваний просматривает около тысячи образцов в год, а сама она каждую неделю находит то, чего никогда раньше не видела.

Когда Ромберг разглядывает пятно на листе, она представляет себе микроскопический ландшафт, покрытый спорами – длинными и тонкими, похожими на звезды и спирали, имеющими придатки. Поскольку часто гифы или мицелий одного гриба очень похожи на гифы или мицелий другого, споры очень полезны для идентификации. Когда специалист по выявлению микологических заболеваний оказывается в тупике, он передает образцы Ромберг или Маккеми, и за последние пять лет им удалось распознать более тысячи различных таксонов грибов на растениях-хозяевах. Растения и части растений считаются скоропортящимися, а время для импортеров – это деньги, поэтому большинство образцов должны быть обработаны и идентифицированы в течение одного-двух дней, и споры очень помогают в этом процессе. Но иногда приходится принимать решение без полного подтверждения вида гриба, основываясь на данных о растении, месте его происхождения или других факторах, которые могут помочь определить то, что невозможно увидеть. Болезнь все равно может проскочить, и если это произойдет, то через пару лет какой-нибудь фермер неизбежно обнаружит ее на своем поле и отправит образец Ромберг.

Последним неприятным сюрпризом стала смоляная пятнистость на посевах кукурузы, вызываемая Phyllachora maydis, или кукурузная головня. В 2015 году образец был доставлен из Индианы, позже появился в Иллинойсе и вскоре поразил посевы и снизил урожайность по всему Среднему Западу. На зараженных листьях появились приподнятые темно-коричневые пятна странной формы размером с булавочную головку, и каждое пятно представляло собой плодовое тело, способное выпускать тысячи спор. В прошлом этот грибок уже попадал в порты, но был идентифицирован, в результате чего импорт был отправлен обратно или уничтожен. А обнаружившись впервые на поле, он уже через четыре года распространился, заразив посевы кукурузы в трехстах округах. Тепловые карты показывают, что грибок распространяется в стороны от места, где был впервые замечен. Современная инспекция растений – это несовершенная система, имеющая дело с огромным количеством людей, но все же инспекционные группы ежегодно выявляют сотни патогенов растений¹¹ из Америки, Азии, стран Карибского бассейна, Европы и других, и многие из этих патогенов – грибки. Каждый несет с собой одну потенциальную новую вспышку заболевания пятнистости или ржавчины, которую удалось остановить до того, как она смогла погубить урожай или опустошить лес.

На страже растений стоят микологи национального масштаба, такие как Меган Ромберг, но, к сожалению, специалистов подобного уровня, которые выявляли бы грибковые заболевания диких животных, у нас нет. Новый патоген, переносимый древесной лягушкой или другой амфибией, может легко проникнуть в страну незамеченным. В 2013 году, когда популяции огненных саламандр в Нидерландах начали сокращаться¹², ученые установили, что причиной этого стал хитридный грибок, тесно связанный с Bd, убийцей лягушек, который поражал полевые участки Карен Липс в начале и середине 1990-х годов. К моменту обнаружения он оказался настолько вирулентен, что от первоначальной численности популяций некоторых саламандр осталось всего 4 %.