Будущее Земли. Наша планета в борьбе за жизнь - Эдвард Уилсон

В начале этого столетия члены нью-йоркского Клуба исследователей столкнулись с проблемой: им стало не хватать непокоренных горных вершин, неизведанных полярных ледников и неизученных амазонских племен. В 2009 г. они попытались решить ее, добавив биоразнообразие в число предметов своего интереса. И они не прогадали. Изучение биоразнообразия способно удовлетворить потребности в новизне ученых и искателей приключений не хуже, чем самая рискованная экспедиция в любой из укромных уголков, что еще остались на планете Земля.

Как это ни странно, одним из последствий возросшего интереса к биоразнообразию стало более внимательное изучение флоры и фауны нашего собственного организма. Благодаря применению метода быстрого секвенирования ДНК при изучении микроорганизмов стало понятно, что в теле каждого здорового человека находится целый ряд сбалансированных сообществ, состоящих главным образом из бактерий. Подобно различным микроорганизмам, живущим в других организмах, они в большинстве своем дружелюбны к своему хозяину. Биологи называют их «мутуалистическими симбионтами», имея в виду, что они не только получают выгоду от растений или животных, с которыми сосуществуют, но и сами приносят им пользу.

Во рту и в пищеводе обычного человека обитает свыше 500 видов таких бактерий. Образуя своего рода микробиологический «дождевой лес», хорошо приспособленный к окружающей его среде, они защищают эту часть организма от вредных паразитических видов бактерий. Цена нарушения симбиоза — вторжение чужеродных микроорганизмов, образование зубного налета, кариес и пародонтит.

Если спуститься вниз и изучить каждый из отделов желудочно-кишечного тракта, окажется, что колонии различных бактерий играют ключевую роль в процессах пищеварения и переработки метаболитов. В среднем в организме человека насчитывается несколько десятков триллионов клеток. По данным нескольких исследований, это значение составляет 40 трлн. Среднее количество бактерий в нашем микробиоме, как его теперь называют, по крайней мере в десять раз выше. У микробиологов есть шутка, которая отлично передает смысл этого наблюдения: если бы принцип доминирующего ДНК был единственным таксономическим принципом в биологии, то людей бы пришлось отнести к категории бактерий.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что микробиом занимает большое место в медицинских исследованиях и медицинской практике. Исследователи все чаще обращаются к роли симбионтов при изучении широкого спектра медицинских проблем, главным образом относящихся к работе желудочно-кишечного тракта, а также связанных с излишним весом, диабетом, недостаточной устойчивостью организма к инфекциям и даже некоторыми видами психических расстройств. Микробиом — набор взаимосвязанных экосистем, в которых должен поддерживаться определенный уровень и баланс видового разнообразия. Если говорить кратко, в значительной мере медицинская практика в будущем превратится в деятельность по взращиванию сада бактерий.

Такие сады, растущие в организме человека и других животных, ничем не отличаются от прочих экосистем — как внутренних, так и внешних. Мы не знаем, сколько именно разновидностей микробиомов обитает в организмах животных и растений по всему миру, но можем предположить, что их очень много. Например, те сообщества бактерий, что населяют организм питающихся древесиной термитов, как выяснили микробиологи, кардинально отличаются от тех, которые живут в организме плотоядных муравьев, и уж тем более от тех, которые можно обнаружить в других живых существах — от лягушек до земляных червей. Очевидно, что микробиология симбиотических отношений, которая занимается изучением этих систем, является сейчас одним из самых перспективных направлений и будет оставаться таковым еще в течение многих десятилетий.

Рождение микробиологии как науки относят к концу XVII в. Ее основателем считается Антони ван Левенгук, изобретатель микроскопа, в который можно было наблюдать бактерии. Но биологам понадобилось еще почти 400 лет, чтобы обнаружить археи — группу похожих на бактерии микроорганизмов, ДНК которых принципиально отличается от ДНК бактерий. Это открытие было сделано группой ученых под руководством американца Карла Вёзе. Оно поставило под вопрос базовую структуру «дерева жизни» и наше представление о первых этапах эволюции жизни. «Дерево» — схематическое изображение родственных связей между видами и группами видов, позволяющее проследить ход эволюции и увидеть, как одни виды организмов сменялись другими. Оно показывает, как некоторые виды распадались на множество дочерних в течение миллионов или — что, впрочем, случалось нечасто — тысяч лет. Были и те, с которыми ничего не происходило.

До находки Вёзе и его коллег общепринятой считалась классификация, состоявшая из пяти царств: дробянки (включающее бактерий и археи), протисты (включающее инфузорий, амеб и прочие одноклеточные организмы), грибы, растения и животные. После открытия Вёзе осталось три обширных «домена» жизни: бактерии (Bacteria) — микроорганизмы, у которых отсутствует ядерная оболочка; вновь выделенные археи (Archaea), похожие на бактерии структурой клеток и также не имеющие оформленного ядра; и эукариоты (Eukaryota) — объединяющие в себе все прочие известные формы жизни, клетки которых содержат ядро — протисты, грибы, животные, хромисты и растения. Сравнение ДНК показало, что если эукариоты в большинстве своем отличаются крупными размерами — свойство, на которое мы обращаем внимание в первую очередь, не замечая всего остального, — то бактерии и археи преобладают в количественном отношении и более широко распространены по всему миру, как это было всегда с момента зарождения жизни.