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

Получается, что в этом насекомом присутствуют кусочки пяти бактерий – двух съежившихся и зависимых друг от друга, что устроились у него в клетках, и еще как минимум трех, что когда-то обитали в его организме, но давно его покинули.

Оставленные ими гены – призраки симбиотического прошлого – не просто торчат в геноме червеца без дела. Одни вырабатывают аминокислоты, другие помогают с созданием крупной молекулы под названием пептидогликан. Это странно, ведь животные ее не используют – это бактериальная молекула, из нее получается толстая оболочка, удерживающая внутренности бактерии внутри[331]. Вот только Moranellaутратила гены для производства пептидогликана. Оболочку себе она создает благодаря бактериальным генам, подаренным червецу его прежними симбионтами.

Вот Маккатчен и думает: а может ли червец специально дестабилизировать Moranella, снижая поставки пептидогликана? Без этого вещества Moranella в конце концов лопается и освобождает белки, которые она создавать умеет, а Tremblaya – нет. Возможно, за счет этого Tremblaya и выживает – не забывайте, что у нее отсутствуют гены, которые считаются необходимыми. «Это всего лишь домыслы, – оправдывается Маккатчен. – Дурацкая теория, но пока я ничего лучше не придумал». Он рассказывает о ней трепетно, сумбурно и даже смущенно, словно его открытия настолько странные, что он и сам в них не верит. А они есть.

Хоть имеющиеся данные и рассказывают порой сказки с неправдоподобными сюжетами, но они не лгут. Они указывают на то, что цитрусовый червец состоит из шести видов, пять из которых – бактерии, трех из которых там вообще нет. С помощью генов, взятых у прежних симбионтов, он контролирует, укрепляет и дополняет связь между нынешними партнерами, один из которых живет у другого внутри[332].

Не все симбионты связаны со своими хозяевами так крепко. В организмах тлей, например, помимо вездесущей Buchnera обитают еще несколько видов бактерий. Эти «второстепенные симбионты» уступают Buchnera в преданности. У одних популяций тли часто встречаются сразу три вида, у других – ни одного.

Нэнси Моран, заметив эти особенности, поняла, что такие микробы не могут обеспечивать тлей необходимыми питательными веществами, иначе они присутствовали бы в их организмах всегда. А значит, скорее всего, они оказывают тлям услугу, в которой они нуждаются лишь время от времени. Они во многом напоминают вариации человеческого генома, влияющие на риск развития у нас заболеваний. У некоторых из нас, к примеру, есть мутация, из-за которой красные кровяные тельца меняют форму – из сплющенных таблеток превращаются в тонкие серпы. У такой мутации есть своя цена – при наследовании двух ее копий у человека развивается серповидноклеточная анемия, крайне тяжелое заболевание. Зато одна копия дает носителям устойчивость к малярии – у ее переносчиков плохо получается заражать клетки искаженной формы. Эта мутация встречается у 40 % жителей стран Центральной Африки, где опасность заразиться малярией крайне велика. Там, где малярия встречается редко, серповидных эритроцитов почти не бывает. Частота защищающей от чего-то мутации зависит от того, насколько сильно ее носителям это «что-то» угрожает. Моран решила, что, возможно, и второстепенные симбионты тлей представляют собой нечто подобное. Возможно, они защищают тлей от природного врага. Если этот враг встречается редко, их услуги не требуются и число их падает. А если часто – их становится много.

Но что это за враг такой? У тли их полно. Ее ловят пауки, заражают грибки, пожирают божьи коровки и златоглазки… Но самая большая опасность, пожалуй, исходит от паразитоидов, что откладывают свое будущее потомство прямо в тела других насекомых. Столь омерзительный для нас стиль жизни на самом деле на удивление широко распространен. Паразитоидным является каждый десятый вид насекомых, в том числе наездники бракониды с одомашненными вирусами. Один из видов браконид – стройное черное насекомое по имени Aphidius ervi – поражает именно тлей. Да так эффективно, что фермеры начали специально выпускать наездников на поля с урожаем. В интернете несколько сотен наездников можно заказать фунтов за двадцать.

У разных тлей разная степень устойчивости к наездникам. Одни прекрасно с ними справляются, другие сразу опускают лапки и сдаются. Многие ученые считали, что все зависит от собственных генов тлей, но Моран задумалась: а может, и здесь замешаны симбионты? Проверить эту гипотезу она предложила аспиранту Керри Оливеру[333]. Шансов на успех было мало – в те времена никто даже предположить не мог, что симбионты способны защитить хозяина от паразитов. Сама мысль об этом казалась ерундой. Моран не особенно верила, что эксперимент принесет хоть какие-то результаты.

С помощью микроскопа, иглы и растущих из плеч рук Оливер извлек симбионтов из разных видов тлей и ввел их представителям одной конкретной линии. Затем он напустил на этих тлей A. ervi. Спустя неделю садки были усеяны трупиками тлей и молодыми наездниками. Однако одна группа оказалась на удивление устойчивой. Наездники все так же откладывали яйца в тлей, но тлиный симбионт каким-то образом убивал их личинок. При вскрытии, как правило, внутри тли оказывался мертвый или умирающий детеныш бракониды. Другими словами, безумная теория оказалась верна – один из микробов тли работал телохранителем и расправлялся с наездниками. Ученые назвали его Hamiltonella defensa[334].

Если так подумать, в существовании микробов-защитников нет ничего необычного. Защита хозяина от различных угроз – очевидный способ обеспечить выживание самому себе. Бактериям это под силу, ведь они замечательно справляются с созданием антибиотиков. Но Hamiltonella defensa антибиотики не делает. После секвенирования генома Hamiltonella стало ясно, в чем заключаются охранные способности бактерии: ее ДНК почти наполовину состоит из ДНК вируса. Это был фаг – тот самый любитель слизи на тощих ножках, мы уже таких встречали. Обычно фаги размножаются внутри бактерии и выходят гурьбой наружу, разрывая ее насмерть в клочья. Но иногда они решают, что им больше по душе пассивный образ жизни, интегрируют свою ДНК в геном бактерии и остаются там на многие поколения. Сейчас в Hamiltonella прячутся десятки таких фагов[335].

Эти вирусы – своего рода кулаки Hamiltonella: именно благодаря им она стала телохранителем. Оливер выяснил, что если Hamiltonella носит в себе определенный штамм фага, то тлям можно вообще не бояться наездников. Без вируса она становится бесполезной – почти все тли оказываются жертвами наездников, и в этом случае им без разницы, есть у них Hamiltonella или нет. Возможно, фаги отравляют наездников напрямую – они в больших количествах производят токсины, поражающие клетки животных, но не наносящие при этом никакого вреда тлям. А может, они разрывают Hamiltonella изнутри – тогда бактериальные токсины выплескиваются прямо на наездников. Не исключено, что вещества и вируса, и бактерии работают вместе. Как бы там ни было, ясно одно: насекомое, бактерия и вирус объединились против паразита-наездника, что угрожал всем троим.

И союз у них получился довольно гибкий. У разных тлей разный уровень избавления от наездников, ведь они являются носителями разных штаммов Hamiltonella, а бактерия обеспечивает разную степень защиты в зависимости от фага, который в ней обитает. Эти микроскопические партнеры, как и серповидная аномалия эритроцитов, работают не за спасибо. При определенной температуре тли с телохранителями почему-то меньше живут, и детенышей у них не так много, как у других тлей. Если вокруг много наездников, на такую цену вполне можно согласиться, но если нет, она становится слишком высока – тогда прощай симбионт. А еще, если тлей регулярно пасут муравьи (ради выделяемой тлями сладкой жидкости, которая муравьям очень нравится), вероятность того, что они избавятся от симбионта, выше – муравьи сами предоставят им все необходимые услуги по защите от наездников. Вот почему Hamiltonella в организме тли – гость, а не житель. Когда в ней есть необходимость, она заходит. Фаги тоже не постоянно находятся в организме Hamiltonella. В природных условиях они нередко куда-то исчезают, почему – пока непонятно. Их отношения динамичны: благодаря естественному отбору они сами настраиваются на нужный, соответствующий угрозе уровень.