С нами или без нас: Естественная история будущего - Роб Данн

известно, что прародителями термитов являются древние тараканы. Предположительно термиты пошли своим эволюционным путем после того, как один из видов древних тараканов стал жить в поваленных деревьях. Первые термиты обитали и кормились в древесных стволах. Это удавалось им в том числе благодаря особым одноклеточным организмам – их называют простейшими или протистами, – живущим у них в кишечнике. Простейшие перерабатывают ту часть пищи, которую сами термиты переварить не могут, а затем, по-прежнему оставаясь внутри термитов, выделяют вещества, которые насекомые способны легко усвоить.

С точки зрения микроорганизмов (как простейших, так и других, например бактерий) термиты предоставляют им жилье, транспорт и немножко готовой еды в придачу. Они – энтомологическая помесь фургончика с фастфудом и гостиницы с завтраками. Термиты переносят микробов с места на место и бесперебойно обеспечивают их заранее пережеванной пищей. При этом самим термитам микробы просто необходимы: без них эти насекомые не могут есть древесину и обречены погибнуть от голода. А изначально без полезных микробов они остались бы всего лишь тараканами, живущими большими семьями. Все это означает, что термитам необходим надежный способ обзаводиться нужными микробами.

Когда выяснилось, что термитам требуются определенные микробы, исследователи заинтересовались, откуда новорожденный термит их берет. Ответить на этот вопрос сложнее, чем кажется, поскольку термиты рождаются не единожды. Сначала термит вылупляется из яйца, которое откладывает царица, а затем растет посредством линьки. Наружный скелет термита мутнеет, потом становится прозрачным, расходится по швам, и тогда термит выползает на свободу из своей старой «шкуры». Насекомые линяют вновь и вновь, но итогом этой линьки оказывается не превращение, скажем, гусеницы в бабочку, а получение из маленького термита особи покрупнее. Всякая линька – это перерождение. Сложность с линьками-перерождениями заключается в том, что перед каждой из них термит прощается со своими микробами, а после линьки ему приходится обзаводиться ими заново.

Как же термиты справляются с многократной утратой живых организмов, необходимых для нормальной ежедневной деятельности и в совокупности представляющих нечто вроде экосистемы в миниатюре? Термиты делятся ими друг с другом: те, у кого есть микробы, передают некоторую их часть тем, у кого их нет, скармливая последним жидкости из толстого кишечника (особые, обогащенные микробами фекальные субстанции). В маленьких колониях этим специальным снабжением занимаются исключительно царь и царица. Проктодеальная (от латинских слов procto – «анус» и odeal – «рот») кормежка внешне выглядит отвратительно. Но этот ритуал поддерживает сообщества термитов и возвращает им способность переваривать пищу. Подобный способ кормления есть слегка усложненная версия того, что эволюционные биологи называют «вертикальным наследованием». Термиты наследуют гены вертикально, получая их от родителей и передавая потомкам. Противоположностью его выступает горизонтальное наследование, при котором животные приобретают микробы (или гены – но сейчас речь не о них) не от собственных родственников, а из окружающей среды или от посторонних индивидов. Принято считать, что именно способность и потребность заниматься передачей микробов сыграли важную роль в том, что термиты, в отличие от тараканов, сделались социальными насекомыми. Даже под конец жизни термиту необходимо быть с другими сородичами, чтобы вновь и вновь обзаводиться микробами. По этой причине термиты всегда нуждались в больших группах, расширенных семьях, колониях, царствах. Однако, несмотря на четкое понимание, что и сами термиты, и их общественная структура зависят от особых микробов, специалисты долго отмахивались от идеи, что и для людей верно что-то подобное.

Мы склонны отмахиваться от нашей зависимости от микробов, но это ошибка. Наше выживание зависит от микробов не в большей и не в меньшей степени, чем у термитов. Микробы нужны нам для развития иммунной системы, переваривания пищи, получения определенных витаминов, а также защиты от паразитов. В нашем теле микробных клеток больше, чем собственно человеческих. Загадка в том, как мы, люди, – да и любые другие приматы – обзаводимся своими микробами.

Изучая микробиомы[15] приматов в дикой природе, например у шимпанзе и павианов, можно найти подсказку, отсылающую к происхождению микробов в теле человека. Например, мы с коллегами изучали микробиомы шимпанзе из 32 разных популяций по всей Африке. Нам довелось заняться этим благодаря проекту «PanAf», который поддерживается Институтом эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге. Проект «PanAf» предполагает наблюдение за шимпанзе при помощи фотоловушек. В тех местах, где фотоловушки засекали шимпанзе, ученые после ухода животных собирали образцы их экскрементов. В итоге после целого ряда промежуточных этапов в распоряжении нашей лаборатории оказалась выделенная из этих образцов ДНК (которую мы затем передали еще одной лаборатории). Мы обнаружили, что микробы в экскрементах шимпанзе различались в зависимости от принадлежности обезьян к тем или иным генеалогическим группам. Более того, чем дальше друг от друга отстояли группы, тем больше различались их микробы. На состав микробов отдельных особей влияла не только принадлежность к определенной группе, но и географическое местонахождение, однако групповая принадлежность, по-видимому, имела решающее значение. К очень похожим выводам пришла и моя коллега Бет Арчи, профессор Университета Нотр-Дам (штат Индиана). Бет с соавторами изучала популяцию из 48 павианов в Национальном парке Амбосели в Кении. Для разных групп павианов было характерно, как выяснили ученые, свое микробное разнообразие (то же самое мы увидели у шимпанзе), а внутри групп больше общих микробов обнаружилось у особей, которые чаще взаимодействовали между собой{128}.

Внутригрупповое сходство микробов у шимпанзе или павианов интересно в двух аспектах. Во-первых, оно дает потенциальное преимущество тем или иным особям, входящим в группу. Когда особь заимствует набор микробов у собственной группы, она с высокой вероятностью обогащается такими микробами, которые наилучшим образом приспособлены к групповому рациону, групповой среде и групповым генам. Иначе говоря, как писала Бет Арчи, микробы отдельных особей могут быть если и не идеально, то весьма эффективно приспособлены к местным условиям по сравнению с микробами особей из далекой социальной группы{129}.

На степени сходства микробов внутри отдельных групп приматов сказывается также и то, как вообще микробы приобретаются ими. Такое происходит в целом ряде ситуаций: когда обезьяны или делятся пищей, или вступают в социальные взаимодействия, такие как груминг, или – подобно термитам – поедают экскременты друг друга. Но обретение микробов может произойти уже в самом начале жизненного пути, в далеко не стерильном процессе появления новой обезьянки на свет. И если сказанное верно, то можно предположить, что микробы новорожденных обезьян будут больше похожи на те микробы, которые носит мать, а не отец и не другие члены социальной группы.

На протяжении долгого времени образ жизни наших предков мало отличался от образа жизни современных павианов и шимпанзе, и потому весьма вероятно, что микробами они обзаводились точно так же, как это делают современные обезьяны. Если же сказанное верно, то изучение микробиома человека способно пролить свет не только на человеческую, но и на более общую историю обретения микробов приматами (хотя не исключено, что у разных видов приматов процессы будут различаться). Относительно людей можно выстроить определенные гипотезы и протестировать их. Если микробы заимствуются из различных источников в социальном окружении, то вся совокупность микробов любого младенца (или взрослого) окажется комплексной производной обстоятельств рождения, питания в младенчестве, социальных связей и многого другого. Спрогнозировать ее состав будет довольно трудно. Однако если они приобретаются в процессе родов, то микробы у младенцев, рожденных естественным путем, окажутся аналогичными не просто микробам их социальной группы, но конкретно микробам их матери. А вот у детей, появившихся на свет посредством кесарева сечения, обнаружится намного большее разнообразие – за счет микробов, полученных из других источников.

Одно из самых известных исследований, посвященных микробным различиям у человеческих младенцев, рожденных естественным путем и посредством кесарева сечения, провела Мария Глория Домингес-Белло. Она выросла в Венесуэле, училась в Шотландии, а после окончания аспирантуры вернулась домой, где ее пригласили на работу в Венесуэльский институт научных исследований. Там Домингес-Белло более 10 лет изучала мир крошечных существ, обитающих в кишечниках животных. В начале ее научной карьеры почти все исследования кишечных микробов позвоночных были сосредоточены на домашних животных. Домингес-Белло тоже начинала с изысканий в этой сфере. Она