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

Любая попытка вот так вот переписать основы теории эволюции многих выведет из себя, и теория хологенома здесь не исключение: мало что в этой книге так же побудит спокойных и вежливых исследователей симбиоза ехидничать и огрызаться. По-моему, очень иронично – теория, посвященная сплоченности и сотрудничеству, отстраняет друг от друга людей, всю жизнь посвятивших исследованию сплоченности и сотрудничества.

Многим такое смелое заявление нравится. Оно возвышает обделенных вниманием микробов до уровня их хозяев, обводит их маркером и до кучи размещает вокруг мигающие стрелки. Оно напоминает, что микробы важны – и только попробуйте об этом забыть. «Любое животное – это экосистема на лапках, – объясняет Джон Ролз. – Мы, конечно, можем ее и как-нибудь по-другому называть, но термин «холобионт» идеально отражает всю ее суть, и ничего лучше я не слыхал».

А вот Форест Роуэр более сдержан в оценках. Он заново ввел термин «холобионт» в обращение после Маргулис, но лишь как описание живущих вместе организмов. «Это же обычный симбиоз, – утверждает он. – Разные сочетания и комбинации возникают в зависимости от внешней обстановки, а полученные в результате свойства могут приносить как пользу, так и вред». И от идеи хологенома он не в восторге. Ему это понятие кажется слащавым, как будто микробы с хозяевами жгутик об руку несутся, радостно подпрыгивая, в светлое будущее. Эволюция устроена не так. Мы уже знаем, что даже в самом гармоничном симбиозе есть место вражде. Роуэр считает, что Розенберг, представив хологеном основной единицей отбора, эту вражду умаляет. Розенберг словно утверждает, что цель эволюции – обеспечить успех целого, но это совсем не так. Она влияет и на части целого, причем нередко эти части между собой не в ладах. С Роуэром согласна эволюционный биолог Нэнси Моран, изучающая тлей и их симбионтов. «Уж я-то определенно знаю, что симбионты очень важны, куда важнее, чем считалось раньше, – рассказывает она. – Но понятие хологенома используют для прикрытия множества мутных измышлений».

Природа хологенома тоже неясна. Такой симбионт, как Sodalis, что живет в клетках мух цеце и наследуется по вертикали, связан с хозяином так крепко, что его гены можно вполне считать частью хологенома цеце. Собственные штаммы Streptomyces у пчелиных волков, тщательно отобранные множества у гидр – сюда концепция хологенома тоже подходит. Но не все животные так разборчивы. У коровьих трупиалов, кардиналов и, вероятно, многих других певчих птиц микробиом кишечника совершенно разный – у представителей одного вида разница порой более заметна, чем у всех млекопитающих[266]. Влияние генов самих животных на микробиом присутствует, но его, похоже, затмевает влияние окружающей среды. Если микроскопические партнеры животного столь непостоянны, имеет ли смысл считать хологеном единым целым? А как же виды, оказавшиеся у нас в теле случайно и вскоре его покинувшие? Когда Томас Фриц напоролся рукой на сук, стали ли гены штамма HS частью его хологенома? Включает ли мой хологеном в себя микробов с сэндвича, который я только что съел?

Сет Борденстайн из Университета Вандербильта, нацепивший на себя мантию главного проповедника теории хологенома, утверждает, что ни одно из этих противоречий для нее не губительно. Он подчеркивает, что идея хологенома основана не на утверждении, что животному необходим каждый микроб в его теле. Какие-то микробы оказались там случайно, какие-то просто мимо проходили, но всегда есть те, что действительно важны. «Возможно, 95 % микробов нейтральны, и всего несколько ключевых видов остаются с вами на всю жизнь и в какой-то степени определяют вашу приспособленность», – объясняет он[267]. На нейтральных естественный отбор и внимания не обратит, а вот ключевым даст фору. Некоторые микробы – например, заглянувший на огонек холерный вибрион – причиняют организму вред, так что естественный отбор избавит хологеном от них, как обычно избавляет геном от вредной мутации. В таком ключе концепция учитывает конфликты. Теория хологенома посвящена не только сплоченности и сотрудничеству, как заявляют скептики (и даже некоторые приверженцы теории). Она всего лишь утверждает, что микробов и их гены не следует исключать из общей панорамы. Они оказывают на хозяев влияние, важное для естественного отбора, причем оказывают так, что мы не должны о них забывать, рассуждая об эволюции животных. «Основа не идеальная, но, как мне кажется, ничего лучшего для размышлений о том, как особь объединяется с микробами, у нас пока нет», – говорит Борденстайн. Критики же напоминают, что для этого у нас уже много веков есть симбиоз[268].

Однако вот с чем согласны все: хватит метафор, пришло время математики. Успех взгляда на эволюцию с точки зрения генов можно в какой-то мере приписать тому, что эволюционные биологи могут использовать уравнения для моделирования взлетов и падений генов, а также пользы мутаций и цены, которую придется за нее заплатить. У них есть возможность придать своим абстрактным идеям форму с помощью чисел. А вот у сторонников теории хологенома такой возможности нет. «Мы пока только начали, так что многие считают, что наша теория основана на поверхностных и не особо точных суждениях», – улыбается Борденстайн. Он признает, что все по правилам, и надеется, что вскоре отношение людей к теории изменится.

Розенберг сдаваться не собирается. Он считает, что приверженцы традиционной эволюционной биологии приучили себя мыслить прежде всего о хозяевах и это мешает им оценить микробов по достоинству. «Меня даже друзья обвиняют в том, что я слишком повернут на бактериях», – жалуется он. Недавно он вышел на пенсию и теперь надеется, что в битву умов вступят и другие. «Я закрыл лабораторию и открыл разум», – смеется он. Однако перед этим он должен был внести в науку свой последний вклад.

Несколько лет назад Розенберги наткнулись на старую статью 1989 года – биолог по имени Диана Додд доказала в ней, что питание мухи может оказывать влияние на ее половую жизнь. Одну линию дрозофил она вырастила на крахмале, а другую, идентичную первой, на мальтозе, или солодовом сахаре. 25 поколений спустя «крахмальные» мухи стали отдавать предпочтение другим «крахмальным», а «солодовым» мухам стали милы другие такие же. Довольно неожиданный результат – вместе с питанием мух Додд каким-то образом изменила их предпочтения при выборе партнеров.

Розенберги тут же заявили: дело наверняка в бактериях. Питание животного влияет на его микробиом, микробы – на запах хозяина, а запах, в свою очередь, на привлекательность животного. Заявление выглядело вполне осмысленным и как раз подходило под концепцию хологенома. Если Розенберги были правы, значит, эволюция мух заключается не только в смене генов, но и в смене микробов – как, предположительно, и у стойких кораллов Средиземного моря. Они воспроизвели эксперимент Додд и получили те же результаты: спустя всего два поколения стало заметно, что мухи предпочитают спариваться с особями, питающимися тем же, чем они. А если насекомые получали дозу антибиотиков, их половые предпочтения исчезали вместе с микробами[269].

Этот эксперимент при всей своей странности представлял для науки большую ценность. Если особи из двух групп одного вида животного игнорируют друг друга и спариваются лишь между собой, рано или поздно они разделятся на два вида. В природных условиях такие разделения происходят регулярно и по разным причинам. Среди них и физические препятствия, такие как горные массивы и реки, и разница в графиках, при которой период активности у животных приходится на разные часы или сезоны, и генетическая несовместимость, предотвращающая межвидовое скрещивание. Все, что не позволяет животным спариваться, убивает потомство пар или ослабляет его, может привести к репродуктивной изоляции – это своего рода пропасть между двумя видами, которая растет и все более отдаляет их друг от друга. И как доказал Розенберг, бактерии тоже могут стать причиной ее возникновения. Создавая живой барьер, не дающий двум популяциям встретиться, микробы могут способствовать появлению новых видов.