Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле - Эд Йонг

Нельзя сказать, что у всех представителей того или иного вида микробиом одинаковый. Всегда есть место разнообразию. Представьте, что гены животного – это декораторы в театре: они создают сцену, на которой будут выступать определенные микробы[262]. Окружающая нас среда – друзья и дом, пыль и пища – оказывает на актеров влияние. А в кресле продюсера расположилась случайность – потому-то микробиом немного разный даже у двух генетически идентичных мышей, живущих в одной клетке. Состав нашего микробиома в этом плане похож на рост, интеллект, темперамент и предрасположенность к раку – это сложный признак, управляемый совместной работой сотен генов и еще большего количества факторов среды. Разница заключается в том, что на наш рост и размер головного мозга гены влияют напрямую, а вот на микробиом – нет. Они лишь создают условия, подходящие тем или иным видам.

В своей знаменитой книге «Расширенный фенотип» Ричард Докинз пишет о том, что гены животного (его генотип) формируют не только его тело (фенотип). Они также косвенно влияют на окружение животного. Гены бобра строят организм бобра, а потом этот организм отправляется строить плотины – получается, что гены еще и изменяют течение рек. Гены птицы создают птицу, и они же вьют гнездо. Мои гены сделали мне глаза, руки и мозг, чтобы с их помощью написать эту книгу. Все это – плотины, гнезда, книги – Докинз называет расширенным фенотипом. Они – плоды работы генов, находящиеся вне тела животного. В какой-то степени таков и наш микробиом. Его тоже формируют гены животного – они создают условия, стимулирующие рост и размножение определенных микробов. Хоть микробиом и находится в теле владельца, его вполне можно назвать расширенным фенотипом, как и плотину бобра.

Но и такое сравнение не идеально, ведь микробы – в отличие от плотины и этой книги – живые существа. У них есть собственные гены, причем некоторые из них важны или даже необходимы хозяевам микробов. Они являются не просто продолжением генома хозяина, как и хозяин является не просто продолжением генома микробов. Некоторые ученые убеждены, что их, в принципе, и разделять не стоит. Если животные тщательно подбирают себе микробов, а микробы – животных и при этом их партнерство длится на протяжении многих поколений, то, возможно, стоит считать их отдельными едиными особями. Может, хозяин плюс микроб – это не «они», а «оно».

Мы уже знаем, что некоторые бактерии объединяются с хозяевами настолько, что и не разобрать, где заканчивается один вид и начинается другой. Так устроены многие симбионты Hodgkinia в цикадах. И про митохондрии нельзя забывать – когда-то эти клеточные бактерии были свободными, но их навечно поглотила клетка покрупнее. Этот процесс, известный под названием эндосимбиоз, был предложен в качестве гипотезы еще в начале XX века, но в научном сообществе его приняли лишь спустя несколько десятилетий, во многом благодаря смелости американского биолога Линн Маргулис. Она построила связную теорию эндосимбиоза и подробно растолковала ее в исследовании, где смешались доказательства из клеточной биологии, микробиологии, генетики, геологии, палеонтологии и экологии. Получился превосходный образец научного творчества. Прежде чем работа была напечатана в 1967 году, издатели отказали Маргулис раз пятнадцать[263].

Другие ученые лишь посмеивались над Маргулис и не воспринимали ее всерьез, но она все же старалась изо всех сил. Будучи презирающей устои бунтаркой, она восставала против всех научных догм. «Я не считаю свои теории спорными, – как-то сказала она. – Я считаю их верными». С митохондриями и хлоропластами она определенно попала в точку, но из-за многих других заявлений к ней относились как с превеликим уважением, так и с осторожным скепсисом. Один биолог однажды рассказал мне, как услышал, что она в разговоре назвала его имя. Ого, подумал он, Линн Маргулис меня знает! И тут же она добавила: «совершенно неправ». Круто, обрадовался он, если уж Линн Маргулис считает, что я неправ, то я точно на верном пути.

Мировоззрение Маргулис на протяжении всей ее профессиональной жизни было пронизано эндосимбиозом. Ее притягивала связь между живыми существами, и она осознала, что каждое из них живет в сообществе со многими другими. В 1991 году она придумала название этой связи: холобионт – от греческого «цельная единица жизни»[264]. Термин применим ко множеству организмов, проводящих вместе значительную часть жизни. Холобионт пчелиного волка состоит из осы и всех бактерий у нее в усиках. Холобионт Эда Йонга – это я, все мои бактерии, грибы, вирусы и многое другое.

Супружескую пару из Израиля, Юджина Розенберга и Илану Цильбер-Розенберг, этот термин сразу привел в восторг. Они занимались изучением кораллов и пришли к выводу, что эти животные представляют собой совокупность организмов, чья судьба зависит от водорослей в их клетках и других микробов, обитающих рядом с ними. Считать их едиными сообществами казалось вполне логичным. Они поняли, что здоровье рифа можно оценить, лишь учитывая весь холобионт коралла.

Розенберг перенес понятие холобионта в мир генов. Эволюционные биологи к тому моменту уже считали, что животные и другие организмы – всего лишь транспорт для генов. У генов, строящих самый лучший транспорт – самых быстрых гепардов, например, или самые прочные кораллы, или самых красивых райских птиц, – больше шансов попасть в следующее поколение. Со временем эти гены распространяются все шире в популяциях. Их животный транспорт – тоже, но напрямую естественный отбор влияет именно на гены. Они, так сказать, и есть «единицы отбора». Однако о чьих генах идет речь? Животное зависит не только от своих генов, но и от генов микробов, а их зачастую в разы больше. Микробы тоже полагаются на то, что гены их хозяина выстроят организм, способный передать их следующему поколению. Рассматривать все эти наборы ДНК отдельно друг от друга Розенбергу казалось бессмысленным. Он был убежден, что они представляют собой единое целое – хологеном, который «следует считать единицей естественного отбора при эволюции»[265].

Чтобы понять, что все это значит, вспомните, что эволюция путем естественного отбора зависит лишь от трех вещей: у особей должны быть различия, должна быть возможность эти различия унаследовать, и они должны оказывать влияние на приспособленность животного, то есть его способность выжить и дать потомство. Разнообразие, наследственность и приспособленность – если все три помечены галочкой, эволюция заводит мотор и начинает воспроизводить поколения, которые адаптируются к своей среде все лучше и лучше. Гены животного явно этим трем критериям удовлетворяют, но и гены микробов животного – тоже, подметил Розенберг. У разных особей в организме находятся разные сообщества, виды и штаммы микробов – это разнообразие. Как мы уже знаем, животные передают микробов потомству самыми разными способами – это наследственность. И как мы скоро узнаем, благодаря микробам у хозяина появляются новые способности, от которых зависит его успех, – вот и приспособленность. Три галочки поставлены – и мотор заводится. Со временем те холобионты, что лучше всего справляются со сложностями, которые подкидывает им жизнь, смогут передать следующему поколению свой хологеном – совокупность генов животных и микробов. Животные и их микробы эволюционируют вместе. Это более целостный взгляд на эволюцию – он заново определяет, что такое особь, и подчеркивает неразлучность микробов и животных.