2. Экология суперорганизма

Главное различие между «старой» биологией, рассматривающей человека как обособленный организм определенного вида, и «новой» биологией, считающей его суперорганизмом, состоящим из множества видов, – сложная сеть экологических взаимодействий. Экология – это наука о взаимодействиях живых организмов друг с другом и с окружающей их средой. В этих взаимодействиях могут участвовать растения, животные и микробы или же представители всех этих групп живых существ одновременно. Звучит довольно просто! Попробуем копнуть глубже.

Когда я учился в университете, мне пришлось сдавать множество трехчасовых письменных экзаменов по самым разным разделам биологии. Одним из таких разделов была экология. Этот экзамен требовал особенно тщательной подготовки, поскольку экология не была основным предметом моих интересов или образования. А в Корнеллском университете в то время преподавали несколько блестящих экологов. Доставшийся мне экзаменационный вопрос особой сложностью не отличался: «Что такое экологическая ниша?» В дискуссиях об эволюции нам часто приходится слышать, как какой-нибудь организм достиг эволюционного расцвета, потому что нашел нишу, где, возможно, не было особо острой конкуренции за жизненно важные ресурсы. Не помню, как в точности я ответил тогда на этот вопрос, но сейчас, 39 лет спустя, я вспоминаю, что для внятного ответа на него мне пришлось за три часа исписать 30 листов бумаги. Я помню, с каким волнением ожидал результатов этого и других экзаменов, поскольку от них во многом зависели мои дальнейшие академические перспективы. По иронии судьбы результатов экзамена по экологии я так и не дождался. Мне сообщили, что двое-трое профессоров-экологов, составлявших экзаменационные вопросы и оценивавшие ответы на них, так и не смогли прийти к согласию относительно моей писанины.

Как издавна повелось в науке, новые выдающиеся идеи в конце концов побеждают старые. Иногда эта борьба сопровождается громкой шумихой; иногда новые научные представления зарождаются постепенно и почти незаметно. Но, пожалуй, чаще всего этот процесс можно сравнить с длительными родами после первой беременности: здесь и неопытность, и тревога, а нередко и сильная боль. Но рождение новых научных идей может приносить и блаженную радость – точно так же, как и результаты родовых мук.

Доводы в пользу иного, более экологического, понимания человека убедительно прозвучали во вступительных фразах статьи Дэвида Релмана «Познавая самих себя», опубликованной в журнале Nature. Релман пишет, что «начало XXI века ознаменовалось возникновением главного направления в биомедицинских исследованиях – изучением молекулярных и генетических основ сущности человека. Как ни удивительно, своей биологией и индивидуальностью мы, похоже, во многом обязаны микробам, живущим внутри нас и на поверхности нашего тела, и осознание этого факта обещает радикальное изменение принципов и практики медицины, здравоохранения и вообще фундаментальной науки». Релман указывает на то, что микробы настолько сильно влияют на нашу сущность, что нам даже не всегда легко отделить самих себя от их эффектов. Биологическая идентичность и здоровье человека тесно переплетены с биологией его партнеров-микробов.

Пропаганда экологии в популярной культуре нередко напоминает мыльные оперы или телевизионные реалити-шоу типа «Когда животные атакуют!». Для разъяснения идей, пропагандируемых этой книгой, лучше подойдут менее «кусачие» и жестокие названия телефильмов – что-нибудь вроде «Когда виды взаимодействуют». Рассуждая на эту тему, мы обычно имеем в виду взаимодействия, которые можно наблюдать со стороны. Так, на ум сразу же приходит египетская цапля на спине коровы, коала в кроне эвкалипта, жующий листву этого дерева, или подлетающая к цветку пчела. А я сразу же представляю при этом своего одержимого голубями пса, которые, по его мнению, постоянно вторгаются на его территорию. На самом же деле понятие экологического взаимодействия носит более широкий характер и описывает взаимоотношения между видами, разделяющими общее жизненное пространство – например человеческое тело.

Для описания различных типов взаимодействий между видами ученые используют различные названия. Так, если взаимодействия между двумя видами идут на пользу обоим партнерам, они называются мутуализмом. Если пользу от взаимодействий получает лишь один из партнеров, а на другом партнере они никак не отражаются, речь идет о комменсализме. И наконец, при паразитизме выгоду от взаимодействий получает один вид, а другому они идут во вред. В человеческом суперорганизме едва ли не каждый день реализуются все эти три типа экологических взаимодействий. Правильно обращаясь с тысячами видов составляющих его живых существ, мы пребываем в добром здравии. И по большей части вся эта экосистема, представляющая нас во всей нашей неповторимой сложности, складывается помимо нашей воли – в соответствии с законами природы.

Большинство из нас впервые знакомятся с паразитами, давая своим собакам лекарства от сердечных червей филярий и других глистов. Многие знают о паразитических ленточных червях и соблюдают надлежащие меры предосторожности при стряпне и приеме пищи, а некоторые, возможно, умышленно заражались круглыми червями анкилостомами для лечения аллергий и некоторых аутоиммунных заболеваний (так называемая гельминтотерапия). Менее известен тот факт, что малярию тоже вызывает паразит, живущий в красных кровяных тельцах (эритроцитах). Этот паразит – микроб из группы простейших, называемый плазмодием (Plasmodium). Из сотен видов плазмодиев, поселяющихся в организме различных животных и растений, пять видов способны заражать людей и вызывать малярию. Паразитизм – самая простая и наименее интересная, по крайней мере, для этой книги, форма межвидовых взаимодействий. Действительно, иногда некоторые паразиты приносят пользу своим хозяевам, но в общем и целом они причиняют им вред – сказать об этих существах что-либо новое трудно. Мы никогда не хотели иметь паразитов внутри нашего тела, не хотим этого и сейчас.

Гипотеза биологически полноценного человека зиждется на двух важных экологических понятиях. Первое из них – комменсализм. В переводе с латыни это слово буквально означает «еда за одним столом» или «совместная трапеза», чем, собственно говоря, и занимаются тысячи видов наших партнеров-микробов. Комменсализм свойствен большинству микробов, живущих на поверхности и внутри нашего тела, но, как правило, не вызывающих инфекций. Обычно их называют комменсалами или комменсальными бактериями. Основы терминологии, связанной с комменсальными бактериями, были разработаны еще во времена «старой» биологии. Это важно отметить потому, что сегодня наши отношения с большинством этих микробов рассматриваются совершенно иначе, чем прежде.

Согласно представлениям нашей старой биологии, кишечные бактерии извлекают пользу из партнерских отношений с людьми, поскольку способны утилизировать перевариваемую нами пищу. Прежде считалось, что на наш организм присутствие этих микробов не оказывает ни положительного, ни отрицательного влияния. Теперь же мы знаем, что практически каждый микробный компонент нашего микробиома оказывает определенное воздействие либо на наш собственный организм, либо на присутствующих в нем других микробов.

Многие взаимоотношения между нашим телом и микробами носят не комменсальный, а мутуалистический характер (мутуализм – второе ключевое понятие экологии, означающее взаимовыгодные связи между видами). Возьмем, к примеру, некоторых бактерий, переваривающих сахара, которые присутствуют в материнском молоке и не могут перевариваться нашим организмом. Это бактериальное пищеварение и образование разнообразных пищевых метаболитов обеспечивают грудного ребенка необходимыми для его развития питательными веществами, получить которые иным путем он не может. Но пищу при этом получают и сами бактерии. Таким образом, выгоду из сложившихся партнерских отношений извлекают и клетки растущего тела млекопитающего, и живущие в нем бактерии.

Мы, как «хозяева» микробов, получаем от них огромную пользу: они способствуют созреванию наших физиологических систем. До тех пор, пока тело новорожденного малыша не заселят определенные микроорганизмы и не помогут его развитию, его организм остается «недоукомплектованным», то есть биологически неполноценным (отсюда и гипотеза биологически полноценного человека). И такая экологическая ситуация должна сохраняться на протяжении всей человеческой жизни.

Вплоть до недавнего времени иммунологи полагали, что организм новорожденного ребенка снабжен всем необходимым для нормального функционирования иммунной системы. Этому учили и меня на лекциях по иммуногенетике в университете. А возникло такое представление потому, что иммунологи, подсчитывая и маркируя клетки, воочию видели, что при рождении ребенка в его организме, казалось бы, присутствуют все клетки иммунной системы. Ошибочность этого вывода основывалась на допущении, что все эти клетки были полностью созревшими, нормально функционировали и присутствовали в крови в надлежащих соотношениях.

Но в действительности доступные методы подсчета и маркировки клеток не давали ученым сколько-нибудь ценной информации о событиях, происходящих в тех случаях, когда иммунная система подвергается серьезным испытаниям – как, например, при инфекциях. Здесь-то и заблуждались иммунологи, воспитанные в традициях «старой» биологии. Если иммунные клетки не «подрастают» в организме ребенка бок о бок со своими партнерами-микробами, когда-нибудь впоследствии его иммунная система будет отвечать на такие воздействия неадекватными реакциями. Если наш организм не содержит полного комплекта микробных партнеров, мы обречены на расстройства и заболевания, основанные на иммунных дисфункциях. Вот как все просто!

В качестве моделей для разработки действенных подходов к пониманию экологии человеческого организма полезно рассмотреть две хорошо изученные экологические системы нашей планеты. Это тропические дождевые леса, произрастающие в экваториальных регионах Земли, и коралловые рифы у морского побережья некоторых континентов. Эти примеры не дадут нам заново изобретать велосипед, когда мы будем разбираться в нашей собственной экологии, включающей микробиом.