Эд Йонг – Вселенная внутри нас. Как микробы обогащают наш взгляд на жизнь (страница 43)
Научная группа обнаружила, что желудочно-кишечные микробиомы растительноядных позвоночных животных отличались вообще от всего – от микробных сообществ внешней среды, от микробиома хищников, от микробиома других частей тела и от микробиома беспозвоночных. Пищеварительная система сама по себе особенна, пищеварительная система позвоночного особенна вдвойне, а пищеварительная система позвоночного-вегетарианца – так вообще в квадрате. Кусок прожеванных побегов и листьев с множеством углеводов, которые можно переварить, – словно остров, на котором пища в изобилии. Он даст поселенцам возможность выбирать, чем питаться, а также толчок к размножению и появлению новых видов[294]. Пищеварение, управляемое микробами, не раз позволило животным стать вегетарианцами – причем не только млекопитающим.
Среди насекомых рекорд по поеданию растений удерживают термиты. В 1889 году выдающийся американский натуралист Джозеф Лейди вскрыл кишечники термитов, чтобы выяснить, чем они питаются. Разглядывая разрезанных насекомых под микроскопом, он с удивлением обнаружил, что от их тел повсюду расползались крошечные точки, словно «толпа людей, расходящихся по домам с собрания». Он решил, что это паразиты, но сейчас мы знаем, что крошечные выселенцы – это протисты, микробы-эукариоты с более сложным строением, чем бактерии, но при этом одноклеточные. Протисты составляют до половины веса термита-хозяина, и тому есть причина: они вырабатывают ферменты для расщепления грубой клетчатки в древесине, которой термиты питаются[295].
Протисты в основном обитают в кишечниках термитов из самых ранних групп, пренебрежительно названных низшими. Так называемые высшие термиты – те еще снобы – появились позже. Они полагаются главным образом на бактерий, которые обитают у них в желудках, по устройству напоминающих коровьи[296]. А еще более напыщенные макротермиты появились совсем недавно, и стратегия по уничтожению древесины у них самая изощренная – они занимаются сельским хозяйством. В испещренных пещерами термитниках они выращивают грибы, удобряя их древесными щепками. Грибы расщепляют клетчатку на составляющие поменьше, которые потом поедаются термитами. Бактерии у них в кишечнике переваривают то, что осталось. Сами термиты, в общем-то, и не при делах: их задача – содержать бактерий и выращивать грибы. Если хоть один партнер исчезнет, термиты умрут от голода. У их королевы все еще интереснее. Она огромна: ее торс не длиннее ногтя, а вот брюшко размером с ладонь, эдакий пульсирующий яйцекладущий мешок, настолько раздутый, что королева и пошевелиться не может. И микробов в пищеварительном тракте у нее почти нет. Вместо них ее кормят подданные (и
Отправившись в Африку, вы и сами убедитесь, насколько такая стратегия эффективна. Там макротермиты строят просто огромные термитники. Некоторые из них достигают в высоту девяти метров, подпирая небеса готическими шпилями и выступами. Самому древнему из них – ныне покинутому – 2200 лет. В термитниках селятся и многие другие животные, а кого-то термиты даже кормят. Кроме того, они поедают разлагающиеся растения и таким образом перегоняют через свою среду питательные вещества и воду. Они – инженеры экосистемы. В саванне они втихаря всем заправляют – точнее, не они, а их микробы. Без расщепляющих клетчатку бактерий африканские пейзажи выглядели бы совсем по-другому. Исчезли бы не только термиты, но и колоссальные стада антилоп, буйволов, зебр, жирафов и слонов, без которых животный мир Африки и представить нельзя.
Я как-то побывал в Кении как раз во время великой миграции гну – ежегодного марафона, во время которого миллионы антилоп, внешне похожих на коров, преодолевают огромные расстояния в поисках пастбищ. Один раз нам пришлось остановить джип больше чем на полчаса, чтобы дать пройти немыслимо длинной толпе антилоп. Без микробов, позволяющих получать питательные вещества из грубой неперевариваемой пищи, этих травоядных бы не было. Нас, кстати, тоже. Сложно представить себе, что без прирученных бактерий мы никогда бы не продвинулись дальше охоты, собирательства и простенького сельского хозяйства, не говоря уже о том, чтобы изобрести межконтинентальные перелеты и сафари. Вместо туристов, разинув рот разглядывающих стадо ферментативных камер, что несутся мимо с громким топотом копыт, здесь была бы пустынная равнина. И тишина.
Катерина Амато на протяжении тридцати недель занималась одним и тем же. Она вставала до рассвета, отправлялась в мексиканский национальный парк Паленке и вслушивалась. С первыми лучами солнца ветви деревьев оглашались глубоким и очень громким гортанным ревом. Этот зов исходил из глоток мексиканских ревунов – крупных черных обезьян с цепким хвостом, обитающих на деревьях и известных своим мощным голосом. Амато целый день следила за ними, следуя по звукам их рева, и, пока они лазили по верхушкам деревьев, старалась не отставать на земле. Ее интересовал кишечный микробиом ревунов, так что ей нужно было собрать их помет. Ревуны, что весьма удобно, всегда испражняются одновременно. «Как только у одного процесс пошел, уже знаешь, что сейчас начнется», – улыбается Амато.
А зачем ей все это? Дело в том, что ревуны на протяжении года питаются по-разному. Примерно полгода они в основном едят фиги и другие фрукты – калорийно и переварить пара пустяков. Когда фрукты заканчиваются, обезьяны переходят на листья и цветки – калорий меньше, переварить сложнее. Некоторые ученые предполагали, что ревуны ведут менее активный образ жизни и таким образом переживают голодовку, но наблюдения Амато это не подтвердили – ее ревуны вели себя активно во все времена года. А вот кишечные микробы у них меняются. Что особенно заметно, во время отсутствия фруктов они вырабатывали больше короткоцепочечных жирных кислот. Эти вещества питают клетки обезьян, так что микробы снабжали хозяев большим количеством энергии в период, когда калорий в пище было мало. Благодаря им ревуны, несмотря на капризы времен года, питаются стабильно[298].
Было бы слишком просто считать, что каждый вид животных постоянно питается чем-то одним. На самом деле наше питание меняется в зависимости от времени года, а иногда даже изо дня в день. Вот ревун устраивает себе фруктовый пир, а через месяц жует невкусные листья. В одно время года белка объедается орехами, а в другое вообще ничего не ест. Сегодня я слопаю круассан, а завтра буду ковыряться в салате. И с каждым обедом и куском мы избирательно кормим микробов, которые лучше всего переваривают то, что мы только что съели. Скорость реакции у них отменная. В одном исследовании десять добровольцев по пять дней просидели на двух разных диетах: одна включала в себя фрукты, овощи и злаки, а вторая – мясо, яйца и сыр. Вместе с питанием изменились и микробиомы участников, причем очень быстро. Всего за день они переключились с растительного режима, рассчитанного на углеводы, на мясной, рассчитанный на белки[299]. Собственно говоря, эти сообщества микробов сильно напоминали кишечный микробиом травоядных млекопитающих и, соответственно, плотоядных. Миллионы лет эволюции повторились меньше чем за неделю.
Так микробы в нашем кишечнике позволяют нам питаться самой разнообразной пищей. Жителям развитых стран и животным в зоопарках это не так уж важно – они питаются регулярно и в достаточных количествах. Но для наших предков, добывавших пищу охотой и собирательством, это наверняка имело огромное значение, а дикие животные, такие как ревуны, возможно, только благодаря этому и выживают. Они питаются тем, чем позволяет время года. Обилие пищи у них нередко сменяется голодом. Иногда им приходится пробовать новую, незнакомую пищу. Справиться с этими задачами помогает быстро адаптирующийся микробиом. Он предоставляет устойчивость и гибкость в изменчивом и ненадежном мире.
Для животных такая гибкость, конечно, преимущество, зато для нас – проклятие. Западный кукурузный корневой жук, обитающий в Северной Америке, – опасный вредитель. Взрослые особи откладывают яйца на полях кукурузы, а на следующий год их личинки объедают корни растений. Такой жизненный цикл делает насекомых уязвимыми: если из года в год чередовать посев кукурузы и соевых бобов, взрослые особи отложат яйца в кукурузе, а личинки вылупятся в сое и погибнут. Этот процесс известен как чередование культур и для истребления кукурузного жука он весьма эффективен. Только вот некоторые линии с помощью микробов развили устойчивость к чередованию. Кишечные бактерии таких жуков научились переваривать соевые бобы. Так взрослые особи разорвали древнюю связь с кукурузой и начали откладывать яйца на полях с соевыми бобами, чтобы их личинки вылуплялись посреди золота кукурузы. Благодаря микробиому, способному быстро адаптироваться, эти вредители продолжают нам вредить[300].
Живые существа, как правило, не особенно хотят, чтобы их съели. Они защищаются. У животных есть выбор – сражаться или удрать. Растения не столь подвижны, так что они полагаются на химическую защиту. Их ткани заполняются веществами, отпугивающими растительноядных животных, – ядами, которые вредят здоровью, лишают возможности иметь потомство, приводят к потере веса или неврологическим расстройствам, провоцируют появление опухолей или выкидыши и просто убивают.