Микроб редко приходит один. Как микроорганизмы влияют на нашу жизнь - Эгерт Маркус (читать книги онлайн бесплатно полные версии .txt, .fb2) 📗
Это также означает, что микроорганизмы связаны с нами теснейшим образом. Ведь каждая наша клетка содержит «внедрившиеся» клетки-бактерии, так называемые митохондрии, производящие до 90 % нашей энергии.
Большинство ученых исходят из того, что жизнь возникла на Земле. Но один факт — способность некоторых микроорганизмов к выживанию даже в самых непригодных к жизни условиях — ставит в тупик. Откуда такая выносливость? Мы знаем, что эволюция не склонна к опережению и продвигается вперед малюсенькими шажками. Однако эти микробы развили в себе потрясающую способность к сопротивлению за относительно короткий промежуток времени.
На этот счет есть теория, у которой не слишком много поклонников в ученом мире. Но давайте отдадимся ненадолго той волне приятного ужаса, который ее сопровождает: теоретически возможно, что жизнь на Землю была занесена из космоса — утверждают сторонники панспермии. Уже развитые споры внеземной жизни поселились на пустой планете и ее колонизировали. Следовательно, все мы — пришельцы.
Американские микробиологи обнаружили в кристаллах соли, возраст которых составляет 250 миллионов лет, вкрапления спор бактерий. Ученые «напитали» эти бактерии, очевидно неживые, питательным раствором из сахара, витаминов и микроэлементов. Раствор оказался волшебным напитком. Споры возродились к жизни, как будто ничего не случилось.
Эти бактерии со своим внушительным возрастом в 250 миллионов лет являются старейшими в мире особями, когда-либо жившими на Земле. Для сравнения: самый старый из людей дожил до 122 лет. Понятно, что микроорганизмы с подобными свойствами вполне могли выдержать космическое путешествие, например, как пассажиры на метеорите.
Столкновение с Землей, по-видимому, нисколько им не повредило. Резистентность спор бактерий объясняется многослойной, чрезвычайно толстой оболочкой и обменом веществ, способным практически замирать. Этим формам жизни не угрожают жара, засуха, отсутствие питательных веществ и даже антибиотики.
За 4,3 миллиарда лет эволюции микробы обжили почти все уголки планеты. Их можно найти на многокилометровой глубине в геосфере и в самых высоких слоях стратосферы. На Земле нет не созданного искусственно места, которое было бы стерильно, то есть без микробов (за исключением, возможно, раскаленной магмы). Каждый микроб обладает чрезвычайно малым размером, а потому способен оказаться в любой точке Земли. Но то, насколько хорошо он будет себя там чувствовать, сумеет ли выжить и размножиться, зависит от окружающих условий.
Это означает следующее: мы можем повлиять на то, чтобы микроорганизмы не сочли для себя идеальным местом обитания холодильник, постель или туалет, но бессмысленно пытаться защититься или спрятаться от них. Мы не сможем избавиться от них полностью. Никогда.
Последний универсальный общий предок (LUCA) и его потомки живут на Земле уже почти 4 миллиарда лет. Динозавры просуществовали всего 170 миллионов лет — относительно короткий период. Человек разумный (Homo sapiens) существует какие-то смешные 200 тысяч лет.
Итак, бактерии стали первыми обитателями Земли. Но это не все: когда через 2–3 миллиарда лет нашу Землю испепелит Солнце, а это неизбежно, — они определенно станут и последними.
Вместе они сила: почему микроб хороший семьянин
Когда животные рычат или ревут, они, предположительно, так общаются со своими сородичами. Сельди, например, общаются посредством выпускания газов. То, что животные болтают между собой, стало одним из самых неожиданных открытий эволюционной биологии.
Растения также взаимодействуют друг с другом, когда есть такая необходимость. Если, к примеру, животное или насекомое хочет полакомиться зелеными листьями, растение не только защищается с помощью неприятных горьких веществ, но и предупреждает об опасности своих соседей, используя летучие химические вещества.
Конечно, сложно поверить, что микроорганизмам тоже доступно такое фантастическое культурное достижение, как коммуникация. Тупые, как пробка, и могут только размножаться — столь нелестный образ намертво прилип к этим пасынкам нашей экосистемы. Поэтому когда биохимик Джон Вудланд «Вуди» Хастингс из Гарвардского университета в Кембридже впервые выдвинул предположение, что микробы незаметно общаются, к нему отнеслись скептически.
Но со временем гипотезу Хастингса признали. Потрясающая способность микробов договариваться о встрече и организовываться в большие группы получила в микробиологии громоздкое название quorum sensing («чувство кворума»). Это означает, что одноклеточные организмы могут воспринимать, сколько их сородичей находятся поблизости. И использовать это знание с пользой.
Очевидно, что самые маленькие формы жизни на нашей планете разработали удивительно сложную коммуникационную систему, выполняющую многообразные функции. Только за последние годы исследователи выявили около двадцати различных сигнальных молекул, которые позволяют микробам посылать разные сообщения. И эта расшифрованная часть, вероятно, — лишь небольшая часть их форм взаимодействия.
Имеющиеся данные указывают на то, что одноклеточные вынуждены разбираться с настоящим вавилонским смешением языков. Не каждая бактерия может понять любое переданное сообщение. Как именно бактерии отфильтровывают интересные для них молекулы из множества сообщений, является предметом крайне волнительного актуального исследования и во многом еще непонятно.
Вуди Хастингс уже в 1970-е годы начал на примере сепиолидов (моллюсков) Euprymna scolopes изучать, насколько выгодно «чувство кворума» для микроорганизмов: этот подводный житель обитает у побережья Гавайев; в ясные лунные ночи он хорошо виден своим врагам как темное пятно. Поэтому кальмар Euprymna scolopes в ходе эволюции приобрел орган свечения, который «включает» под водой, и свет размывает его контуры.
Но сам кальмар светиться не умеет. Для этого у него есть помощник: микроб Aliivibrio fischeri.
Сразу после того, как кальмар выползает из яйца, он начинает вбирать в себя из морской воды важные бактерии. Эти микроорганизмы сразу транспортируются в орган освещения, где привольно размножаются, пока не достигнут количества, достаточного для освещения, а это целых 10 миллиардов! Когда это пороговое значение достигнуто — залпом пли! — вся веселая компашка начинает светиться. Один-единственный микроб был бы слабой коптилкой, расходующей энергию попусту. Десять же миллиардов сияют, как зенитные прожекторы.
Микробы действуют вовсе не бескорыстно. За свою службу они получают от хозяина безопасное укрытие, а также сахар и другие питательные вещества.
Больше всего микробиологов в связи с любопытной кооперацией между кальмаром и бактерией занимает следующий вопрос: как одноклеточные организмы распознают 10 миллиардов сородичей, как им это удается?
По какой-то причине крошечные существа знают, что вместе они — сила, и поэтому они очень общительные. Хотя они и состоят всего-то из жировой оболочки, заполненной белками и ДНК. Но у бактерий есть еще и рецепторы для восприятия некоторых внешних раздражителей, например сахарных молекул кальмара. Кроме того, они обладают способностью выделять молекулы с информацией.
Чтобы обратить на себя внимание, бактерии старательно выделяют молекулы и таким образом кричат: «Привет, это я, здесь есть еще кто-нибудь?» Если этот зов достаточно громкий, то есть сигнальных веществ достаточно, он привлекает большое количество микробов. И только тогда бактерии зажигают свой яркий биохимический светильник.
Но не всегда микробов затягивает в воронку чужой глотки, где они находят кормушку и счастье на всю жизнь. Не всем так везет, как Aliivibrio fischeri. Иногда бактерии перемещаются по территории в поисках пропитания и общества. Нередко, как огонек такси поздно ночью, вдруг приходит спасительный зов от сородича: «Иди сюда, здесь ты нужен!» И тогда бактерии быстро пускаются в путь.
