Глава 4
Давние враги, старые друзья
Четыре миллиарда лет эволюции объединяют микробов и людей. Первоначальная борьба превратилась в кооперацию, конкуренция превратилась в неразлучность.
Мы с детства усвоили, что бактерии – это наши враги, из рекламы, от дяди доктора, из медицинских передач по телевизору. В этой книге мы постарается скорректировать такую точку зрения, используя несколько аргументов.
Чтобы лучше понять, что на самом деле логично не считать бактерии врагами, возможно, поможет небольшой мысленный эксперимент. Можно попытаться представить себе, что же произошло за несколько миллиардов лет эволюции с нашими предками и предками наших бактерий.
Что было в начале? Были ли наши предки и предки наших бактерий врагами? Друзьями? Мирными соседями? Игнорировали друг друга? Или бактерии были нахлебниками, которые угощались за столом, не мешая, но и не принося пользу?
Разумеется, это гипотетический вопрос, но он стоит того, чтобы немного поразмышлять над ним.
Попробуем дать ответ: в начале предки – наши и наших бактерий – просто были.
Защита и польза
Для того чтобы стать другом или врагом, партнером или конкурентом, наши предки и бактерии, в первую очередь, должны были встретиться. И в таком случае где-нибудь должны были совпасть еще и их жизненные интересы, поскольку те, у кого нет ничего общего (о чем можно было бы поспорить), остаются безразличными друг к другу. Таким образом, вполне вероятно, что отправной точкой всей этой взаимности была конкуренция. Ее также можно назвать враждой.
Предположим, ранний предок, который в качестве одного из первых имел чуть более близкие отношения с бактериями, был одним из тех сложенных из нескольких сотен клеток, прозрачных простейших животных, которые, по сути, состояли только из кишечника. Небольшая машина для глотания и отрыгивания, которая между глотанием и снова изрыгиванием каким-то образом переваривала проглоченное.
Вполне вероятно, что наш кишечник-предок питался одноклеточными водорослями. Вместе с водорослями он также раз за разом проглатывал несколько бактерий. Возможно, они тоже переваривались или, может, снова изрыгивались в полной сохранности.
Но в какой-то момент времени в этом процессе, вероятно, принял участие вид бактерий, который чувствовал себя там особенно комфортно. Он каким-то образом закрепился, был хорошо защищен там от бактериофагов и питался тем же, чем питалась гастрея.
То, что тогда началось, было типичной эволюционной гонкой. На протяжении многих поколений приживались те бактерии, которые могли использовать кишечное содержимое с пользой. Хорошо для бактерий, плохо для Госпожи Первичной Кишки. Потому что теперь он сам получал меньшую долю того, что поглотил. На протяжении многих поколений среди гастеров наилучшие шансы на выживание и размножение, следовательно, имели те, кто мог наилучшим образом контролировать бактерии. Однако лучше всего приспосабливались те, кто даже извлекал из бактерий пользу, например, благодаря тому, что бактерии утилизировали вещества, которые кишечник не мог переварить самостоятельно, и тем самым производили что-либо, что могла употреблять гастрея. Этим бактерии занимаются до сих пор, они изготавливают, например, из неперевариваемых растительных волокон короткоцепочные жирные кислоты, которые обеспечивают приблизительно десять процентов нашей потребности в энергии.
Возлюби хозяина своего (немного) как самого себя
В свое время это было хорошо для семьи первичной кишки и совсем неплохо для их бактерий. Потому что те как-никак получали свою пищу с бесплатной доставкой на дом и, кроме того, у них имелись жизненное пространство и средства к существованию. Их родственники, которые в первичной кишке стремились забрать все себе, очень скоро наелись досыта, правда, со временем остались без кишечной квартиры и поставщиков питания, так как их хозяин умирал с голоду.
Это был взаимообмен. Бактерии разлагали корм, с которым первичная кишка не могла справиться в одиночку, за это они получали бесплатную еду и кров. Со временем присоединялось все больше бактерий, а также грибы, вирусы и другие одноклеточные. Благодаря совместной работе в их распоряжении имелось достаточно энергии.
Высшие животные на протяжении многих поколений становились больше и сложнее. Пищеварительная полость непрерывно растягивалась в длину до тех пор, пока идея о транспортировке переваренной и непереваренной пищи через один и тот же проход не перестала быть эффективной. Было необходимо второе отверстие. Если посмотреть на безумно ускоренную версию эволюционного развития эмбриона, мы увидим зарождение этого второго отверстия, которое сегодня мы называем ртом.
Переход к так называемой системе трубопровода с двумя проходами стал решающим шагом в развитии нашего пищеварительного тракта. То, что за этим следовало, было лишь детальной доработкой, продлившейся в течение еще нескольких миллионов лет.
Имеющие кишечник животные продолжали увеличиваться и вмещали все больше одноклеточных. В этой фазе они уже начали развивать иммунную систему в качестве контролирующей инстанции, чтобы блокировать доступ чересчур наглым бактериям, когда существовала угроза их распространения.
Кишечная трубка в результате дальнейшего развития превратилась в рот с зубами, глотку, желудок, кишечник и анус.
Чем длиннее растягивалась система, тем больше жизненных пространств она предоставляла для развития бактерий. И они начали взаимодействовать на биохимическом уровне уже не только со своим хозяином, но и со своими микробными соседями.
Множественное число бактерий давало больше возможностей для сообщества организмов, рождающих новые свойства мутаций, а соответственно, большее количество веществ, которые приносили пользу одному из партнеров, и больше питательных компонентов, которые вместе были более полезны, чем в одиночку. И так далее.
Жизнь становилась все более сложной. Чем разнообразнее были бактерии на пути к пищеварению, тем слаженнее должна была действовать иммунная система. Она должна была научиться распределять свои силы, а не просто бороться со всем чужеродным. Во-первых, это принесло бы слишком много вреда, во-вторых, расходовало бы слишком много энергии, и, в-третьих, это также вытеснило бы полезные организмы.
Питание, влечение и проживание
Если посмотреть на такое совместное прошлое людей и микробов, становится ясно, почему у нас так много общего. Человеческие клетки в значительной степени управляются генами, которые есть и у бактерий. Это прежде всего такие наследственные характеристики, выполняющие основополагающие функции, которые на пути от одноклеточных к человеку почти не изменились. Их называют генами «домашнего хозяйства». Многочисленные сходства также делают их интересными для исследователей фундаментальных наук, которые стремятся раскрыть основополагающие генетические или цитобиологические механизмы.
Если взглянуть на совместный жизненный путь, становится ясно, что нас связывают между собой не только гены и метаболические пути. Это можно было бы назвать скорее старой дружбой. Мы знаем друг друга уже – здесь это громкое слово действительно является уместным – целую вечность. Вместе мы пережили плохие и хорошие времена. Мы притирались друг к другу, спорили. Мы не можем друг без друга, ведь мы всегда были вместе.
«Как ужасен и странен десяток восьмой», – поют Саймон и Гарфанкел в своей песне о двух старых друзьях на скамейке в парке. Как это невероятно странно – состариться вместе. То же могли бы сказать друг другу человек и микробы, если бы вдруг сидели рядом на скамье в парке, вот только они вместе уже около 700 миллионов лет.
Однако, когда сегодня мы называем кишечные бактерии «старыми друзьями», нам не следует основываться на слишком романтическом отношении к ним. Дружба зиждется на взаимности. Тот, кто постоянно помогает кому-либо, не получая ничего взамен, вскоре прекратит такую дружбу.
Наша дружба с нашими бактериями – это пакт, взаимообмен. Нам плохо без них, им плохо без нас, но каждый преследует свои собственные интересы. Каждая в отдельности из множества миллионов бактерий хочет есть и размножаться. Каждый отдельный человек хочет питаться, хорошо усваивать свою пищу и, да, размножаться. В том случае, если он не принимает сознательное решение не делать этого.
Человек предоставляет своим бактериям защиту, стабильно теплое местечко и поставляет питание. Это довольно много. За это он в рамках справедливой взаимности также может кое-что ожидать: помощь в переваривании, выработку веществ, которые он не может получать самостоятельно, ассистирование в борьбе с микроорганизмами извне.
Здесь речь идет не о справедливости в философско-этическом смысле. А скорее в биологическом. В случае если взаимность не соблюдается, одна из двух сторон будет настолько ослаблена, что в конечном счете не сможет более или достаточно благополучно размножаться. Мы по-прежнему находимся в центре эволюционной гонки с нашими бактериями. Какая-либо мутация у человека, вероятно, лишает корма целый ряд штаммов бактерий. Мы в таком случае получаем больше энергии и, казалось бы, извлекаем пользу. Но, умирая с голоду, бактерии больше не производят витамины, необходимые человеку. Очевидный вред для обоих. Что в этом случае происходит в процессе эволюции?
Здесь можно вывести формулу: при отсутствии витаминов жизнеспособность организма уменьшается и мутация «отбраковывается».
Ген, который лишает бактерии питания, не одержит победу в дарвиновской борьбе. Тем не менее среди невероятного множества штаммов микробов наверняка найдется та или иная бактерия с мутацией, которая станет надежным средством в борьбе за питательные вещества человеческого организма. Благодаря этому пища, которую употребляет человек, может использоваться более эффективно и бактериями, и их хозяином. В этом случае легко можно увидеть пользу для обоих (или по меньшей мере отсутствие вреда).
Что ж, случись так, то, видимо, сложные взаимоотношения между человеком и бактериями стали бы еще запутаннее.
Зубная паста как двигатель эволюции
Такими маленькими шагами, несомненно, происходила коэволюция нас и наших бактерий, за исключением того, что все было намного сложнее. Заблуждения били ключом, злоключения, война и мир, катастрофы, взаимодействия, обратные связи. Разумеется, бактерии конкурируют и кооперируются друг с другом, имеют связи с населяющими человека грибами и другими одноклеточными, и так далее.
Многое свидетельствует о том, что она, эта коэволюция, продолжается. И, скажем так, с повышенной скоростью, поскольку все новые питательные вещества и другие средства – от медикаментов до зубной пасты – ввели совершенно новые переменные в уравнение, которое каждый человек и каждый штамм бактерий вынуждены решать ежедневно.
Поиск равновесия, динамичного, но все-таки в некоторой мере стабильного баланса, который создает условия для существования всех участников, продолжается каждый день.
Симбиоз в природе представляет собой договор о взаимности, при котором обе стороны скрупулезно следят за тем, чтобы взаимообмен был сбалансированным. Несмотря на это, случается так, что один вид фактически, по крайней мере с точки зрения человека, заметно порабощает другой. Зачастую такие рабы получают что-то взамен – защиту, корм, возможности для размножения.
Симбиоз или эксплуатация – часто это только вопрос определения.
Самые тесные симбиозы в природе представляют те живые организмы, чьи клетки имеют ядро, полученное от бактерий. Из первоначальной слабой взаимности образовались альянсы, в которых один партнер нежизнеспособен без другого. Конечно, подразумевается продолжающееся около 1,5 миллиарда лет тесное сотрудничество таких обладателей ядер с митохондриями и хлоропластами. Последние есть только у растений, иначе мы все были бы зеленого цвета и нам бы не требовались кишечник и книги о кишечных бактериях.
Митохондрии и хлоропласты являются эндосимбионтами, потомками бактерий, по которым уже почти невозможно проследить их происхождение. Это партнеры по кооперированию, которые существуют в клетках и только там передаются дальше при размножении. У них есть свой собственный все еще напоминающий о бактериях наследственный материал. Они поставляют и обрабатывают энергию для окружающих их клеток. То, что сначала звучит как порабощение, на самом деле является не чем иным, как существующим с незапамятных времен пактом о взаимности, поскольку эндосимбионты за свои услуги получают – как можно догадаться – защиту, питание, гарантию размножения.
При повторном рассмотрении истории развития живых организмов, которые человек подчинил себе, можно задать себе вопрос, кто кого использует на самом деле. От яблони, японского декоративного карпа кои, откормочной свиньи, лошади, розового куста до цукини. Кто извлекает выгоду, в контексте эволюционной теории, которая говорит о хорошем физическом состоянии и возможностях размножения, и из кого? Человек получает от животных и растений пищу и возможность успешно размножаться и выращивать потомство. Что получают за это животные и растения? Защиту, корм, возможности размножения.
Размышляя об этом, кажется преувеличением говорить о бактериях и их генах как о части нас, которая относится к нам точно так же, как наши собственные гены, наши сердца и наши почки. Мы по-прежнему мутируем и конкурируем с нашими бактериями наперегонки.
Это давняя дружба или давняя конкуренция – в любом случае давняя взаимность.
Новым, однако, является факт, что мы сегодня знаем о наших микробах: то, что они оказывают влияние на нас, наше человеческое бытие, нашу индивидуальность, наше здоровье. Мы знаем, что можем сами оказывать влияние на них, и начинаем понимать, как делать это таким образом, чтобы всем было хорошо. В новинку нам в том числе и то, насколько сильный отпечаток союз микробов наложил на высшие формы жизни, на весь животный мир например. Подробнее об этом мы поговорим в следующей главе.
Назад: Глава 3 Кишечник – наше общежитие
Дальше: Глава 5 Фермы животных
