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

Отправившись в Африку, вы и сами убедитесь, насколько такая стратегия эффективна. Там макротермиты строят просто огромные термитники. Некоторые из них достигают в высоту девяти метров, подпирая небеса готическими шпилями и выступами. Самому древнему из них – ныне покинутому – 2200 лет. В термитниках селятся и многие другие животные, а кого-то термиты даже кормят. Кроме того, они поедают разлагающиеся растения и таким образом перегоняют через свою среду питательные вещества и воду. Они – инженеры экосистемы. В саванне они втихаря всем заправляют – точнее, не они, а их микробы. Без расщепляющих клетчатку бактерий африканские пейзажи выглядели бы совсем по-другому. Исчезли бы не только термиты, но и колоссальные стада антилоп, буйволов, зебр, жирафов и слонов, без которых животный мир Африки и представить нельзя.

Я как-то побывал в Кении как раз во время великой миграции гну – ежегодного марафона, во время которого миллионы антилоп, внешне похожих на коров, преодолевают огромные расстояния в поисках пастбищ. Один раз нам пришлось остановить джип больше чем на полчаса, чтобы дать пройти немыслимо длинной толпе антилоп. Без микробов, позволяющих получать питательные вещества из грубой неперевариваемой пищи, этих травоядных бы не было. Нас, кстати, тоже. Сложно представить себе, что без прирученных бактерий мы никогда бы не продвинулись дальше охоты, собирательства и простенького сельского хозяйства, не говоря уже о том, чтобы изобрести межконтинентальные перелеты и сафари. Вместо туристов, разинув рот разглядывающих стадо ферментативных камер, что несутся мимо с громким топотом копыт, здесь была бы пустынная равнина. И тишина.

Катерина Амато на протяжении тридцати недель занималась одним и тем же. Она вставала до рассвета, отправлялась в мексиканский национальный парк Паленке и вслушивалась. С первыми лучами солнца ветви деревьев оглашались глубоким и очень громким гортанным ревом. Этот зов исходил из глоток мексиканских ревунов – крупных черных обезьян с цепким хвостом, обитающих на деревьях и известных своим мощным голосом. Амато целый день следила за ними, следуя по звукам их рева, и, пока они лазили по верхушкам деревьев, старалась не отставать на земле. Ее интересовал кишечный микробиом ревунов, так что ей нужно было собрать их помет. Ревуны, что весьма удобно, всегда испражняются одновременно. «Как только у одного процесс пошел, уже знаешь, что сейчас начнется», – улыбается Амато.

А зачем ей все это? Дело в том, что ревуны на протяжении года питаются по-разному. Примерно полгода они в основном едят фиги и другие фрукты – калорийно и переварить пара пустяков. Когда фрукты заканчиваются, обезьяны переходят на листья и цветки – калорий меньше, переварить сложнее. Некоторые ученые предполагали, что ревуны ведут менее активный образ жизни и таким образом переживают голодовку, но наблюдения Амато это не подтвердили – ее ревуны вели себя активно во все времена года. А вот кишечные микробы у них меняются. Что особенно заметно, во время отсутствия фруктов они вырабатывали больше короткоцепочечных жирных кислот. Эти вещества питают клетки обезьян, так что микробы снабжали хозяев большим количеством энергии в период, когда калорий в пище было мало. Благодаря им ревуны, несмотря на капризы времен года, питаются стабильно[298].

Было бы слишком просто считать, что каждый вид животных постоянно питается чем-то одним. На самом деле наше питание меняется в зависимости от времени года, а иногда даже изо дня в день. Вот ревун устраивает себе фруктовый пир, а через месяц жует невкусные листья. В одно время года белка объедается орехами, а в другое вообще ничего не ест. Сегодня я слопаю круассан, а завтра буду ковыряться в салате. И с каждым обедом и куском мы избирательно кормим микробов, которые лучше всего переваривают то, что мы только что съели. Скорость реакции у них отменная. В одном исследовании десять добровольцев по пять дней просидели на двух разных диетах: одна включала в себя фрукты, овощи и злаки, а вторая – мясо, яйца и сыр. Вместе с питанием изменились и микробиомы участников, причем очень быстро. Всего за день они переключились с растительного режима, рассчитанного на углеводы, на мясной, рассчитанный на белки[299]. Собственно говоря, эти сообщества микробов сильно напоминали кишечный микробиом травоядных млекопитающих и, соответственно, плотоядных. Миллионы лет эволюции повторились меньше чем за неделю.

Так микробы в нашем кишечнике позволяют нам питаться самой разнообразной пищей. Жителям развитых стран и животным в зоопарках это не так уж важно – они питаются регулярно и в достаточных количествах. Но для наших предков, добывавших пищу охотой и собирательством, это наверняка имело огромное значение, а дикие животные, такие как ревуны, возможно, только благодаря этому и выживают. Они питаются тем, чем позволяет время года. Обилие пищи у них нередко сменяется голодом. Иногда им приходится пробовать новую, незнакомую пищу. Справиться с этими задачами помогает быстро адаптирующийся микробиом. Он предоставляет устойчивость и гибкость в изменчивом и ненадежном мире.

Для животных такая гибкость, конечно, преимущество, зато для нас – проклятие. Западный кукурузный корневой жук, обитающий в Северной Америке, – опасный вредитель. Взрослые особи откладывают яйца на полях кукурузы, а на следующий год их личинки объедают корни растений. Такой жизненный цикл делает насекомых уязвимыми: если из года в год чередовать посев кукурузы и соевых бобов, взрослые особи отложат яйца в кукурузе, а личинки вылупятся в сое и погибнут. Этот процесс известен как чередование культур и для истребления кукурузного жука он весьма эффективен. Только вот некоторые линии с помощью микробов развили устойчивость к чередованию. Кишечные бактерии таких жуков научились переваривать соевые бобы. Так взрослые особи разорвали древнюю связь с кукурузой и начали откладывать яйца на полях с соевыми бобами, чтобы их личинки вылуплялись посреди золота кукурузы. Благодаря микробиому, способному быстро адаптироваться, эти вредители продолжают нам вредить[300].

Живые существа, как правило, не особенно хотят, чтобы их съели. Они защищаются. У животных есть выбор – сражаться или удрать. Растения не столь подвижны, так что они полагаются на химическую защиту. Их ткани заполняются веществами, отпугивающими растительноядных животных, – ядами, которые вредят здоровью, лишают возможности иметь потомство, приводят к потере веса или неврологическим расстройствам, провоцируют появление опухолей или выкидыши и просто убивают.

Креозотовый куст – одно из самых распространенных растений в пустынях Юго-Запада США. Он достиг успеха благодаря своей устойчивости к засухе, старению и челюстям животных. Его листья покрыты смолой, в которой содержатся сотни химических веществ, вместе составляющих до четверти сухой массы кустарника. Эта смесь источает резкий запоминающийся запах, который особенно чувствуется, когда листья мокнут под дождем. Говорят, что креозот пахнет дождем, но на самом деле скорее дождь пахнет креозотом. Как бы там ни было, запах смолы не вреден, зато при попадании внутрь она вредит печени и почкам. Лабораторная крыса, поев листьев креозотового куста, умирает. А вот с пустынным хомяком ничего не происходит. Он еще съест. И еще. В пустыне Мохаве грызунам так нравятся эти листья, что зимой и весной они в основном ими и питаются. Каждый день они съедают столько смолы, что любой другой грызун уже давно бы склеил лапки. Как им это удается?