Начальная школа

Русский язык

Литература

История

Биология

География

Математика

 

Я стою в комнате размером с небольшой сарай. Яблоку тут, может, и есть где упасть, но укатиться ему будет некуда. Дверь в комнату тяжелая и внушительная. Внутри все белое и идеально чистое. Регулирование воздуха осуществляется с помощью ужасно громко рокочущего вентилятора – представьте себе Дарта Вейдера с мегафоном, чтобы понять, насколько громко. И тут повсюду растения. В маленьких горшочках на выставленных на полках поддонах уютно устроились ростки гороха, бобы и рассада люцерны. Комната напоминает какую-то странную теплицу, и, что еще более странно, все растения чем-то накрыты. Одни горшки укрыты прозрачными пластиковыми стаканчиками, другие стоят в пластмассовых ящиках – туда можно добраться лишь через покрытые тонкой тканью окошки, в которые как раз пролазит рука. Из одного особенно большого ящика выглядывают буйно растущие побеги.

«Мы их совсем недавно начали разводить, так что не знаю, появились ли они уже», – говорит биолог Нэнси Моран, хозяйка этой комнаты и всего, что в ней находится.

Я уставился на побеги. Если уж Моран чего-то не видит, то я – и подавно.

«О, да вот же они! – радуется она. – Вон на том стебле».

После долгой паузы и как раз перед тем, как сдаться и спросить, о каком именно стебле идет речь, я тоже их замечаю. К стеблю словно приросли крохотные черные клинышки меньше сантиметра в длину. Это цикадки Homalodisca vitripennis – мелкие насекомые с острыми ротовыми органами, которыми они пронзают растения, чтобы высосать из них сок. Усвоив скудные питательные вещества, они избавляются от оставшейся воды, выбрызгивая ее тонкой струей из заднепроходного отверстия. Цикадка питается соком десятков разных растений, что делает ее мощной угрозой сельскому хозяйству – потому-то здесь и нужны ткань и внушительная дверь.

Таких угроз в этой комнате пруд пруди. Прямо сейчас в ящике неподалеку какое-то растение пожирается другим видом цикадок. Бобы на нескольких полках уплетают гороховые тли – зеленые насекомые на зеленых стеблях. Заметить их нелегко, но у меня все-таки получилось: маленькие зеленые ромбики на тонких ножках, с усиками, указывающими назад, и двумя торчащими из живота иголками. У каждой тли здесь свое личное владение – целый росток, на котором можно делать что угодно. Тли – опасные вредители, как и цикадки. Растения вянут и погибают от одного их нападения, не говоря уже о переносимых ими вирусах. Они – бич сельского хозяйства, непрошеные гости в любом месте, где человек занимается выращиванием растений. Кроме этой комнаты в Техасском университете в Остине. Здесь все устроено для них. Здесь растения существуют лишь для того, чтобы их кормить. Таких садов в мире немного: здесь хозяйка специально разводит тлей и других насекомых-вредителей.

Все эти ничего не подозревающие насекомые относятся к отряду полужесткокрылых – разнообразной группе, включающей в себя постельных клопов, клопов-хищнецов, червецов и цикадок. Их главное отличие от других насекомых – острые ротовые органы, приспособленные для высасывания сока. Большинство представителей этого отряда всю жизнь проводят именно за этим занятием, и из всех животных лишь они делают это в обязательном порядке. Бабочки и колибри балуются соком растений по случаю, но охочие до сока полужесткокрылые питаются исключительно им. Своим образом жизни они обязаны бактериям-симбионтам. Если все эти бактерии вдруг погибнут, та же участь ждет и всех насекомых в комнате, в которой я сейчас нахожусь. «Эти группы, в общем-то, и существуют лишь благодаря симбионтам», – объясняет Моран. И не просто существуют, а процветают – описано уже около 82 тысяч видов полужесткокрылых, а еще тысячи только ждут своего часа.

Мы уже знаем, что самые обычные и даже необходимые аспекты жизни отдельных особей, такие как формирование органов и настройка иммунной системы, порой зависят от микробов. Нам также известно, что некоторые микробы награждают хозяев уникальными способностями – от светящегося камуфляжного костюма гавайской эупримны до мастерства регенерации плоского червя Paracatenula. А сейчас мы узнаем, как полученные от микробов способности превратили некоторые группы животных в победителей эволюционной гонки, способных переваривать неперевариваемую пищу, выживать в самых суровых условиях, не погибать от смертельных веществ и вообще добиваться успеха там, где другие виды сдаются. Лучше всего, конечно, начать с полужесткокрылых.

Немецкий зоолог Пауль Бухнер занялся изучением их симбионтов в 1910 году во время своего путешествия по миру насекомых. Проанализировав вдоль и поперек бессчетное количество видов, он пришел к выводу, что симбиоз животных и микробов случается далеко не так редко, как на тот момент считалось. Оказалось, что это не исключение, а правило – «широко распространенное, хоть и всегда второстепенное приспособление, что дает животным-хозяевам множество новых возможностей». Результатом десятилетий работы стал величайший труд под названием «Эндосимбиоз животных и микроорганизмов растений», переведенный на английский язык и напечатанный как раз перед восьмидесятилетием Бухнера. Моран достает экземпляр с полки в своем кабинете и с благоговением перелистывает страницы. «Это библия нашей области науки», – с почтением объясняет она.

Букашки интересуют Моран не один десяток лет. Когда-то она была из тех детей, что коллекционируют насекомых и хранят их в баночках. Сейчас она одна из ведущих ученых в области симбиоза, и краеугольным камнем ее карьеры стали тли. В 1991 году она помогала секвенировать гены симбионтов одиннадцати видов тлей – на тот момент это была та еще задачка, ведь технология секвенирования только начинала развиваться и ей с коллегами приходилось «таскать дискеты туда-сюда». Тогда они выяснили, что все симбионты тлей принадлежат к одному и тому же неизвестному виду. По традиции только что открытых микробов называют в честь особенно крутых микробиологов – это что-то вроде автографа. Имя Симеона Берта Вольбаха, например, навсегда увековечено вольбахией. Луи Пастер продолжает жить как Pasteurella. Вряд ли вы слыхали о Дэниеле Элмере Салмоне, малоизвестном американском ветеринаре, а вот с сальмонеллой – его «тезкой» – вы наверняка знакомы. Как же назвать симбионта тли? Моран и выбирать не пришлось – разумеется, Buchnera.

Buchnera – партнер тли с древних времен. Семейное древо разных штаммов Buchneraточно такое же, как у ее хозяев тлей: нарисуете одно – получите заодно и другое. Это означает, что Buchnera заселила организм тли лишь однажды (ну или лишь одно заражение оказалось успешным). Случилось это 200–250 миллионов лет назад, когда динозавры только начали появляться, а млекопитающие и цветы еще не существовали. Чем же все это время занималась Buchnera? Бухнер предположил, что симбионты главным образом помогают хозяевам переваривать пищу. Ведь именно так ведут себя симбионты многих изученных им насекомых. Однако с Buchnera дело обстоит немного иначе. Она не расщепляет питательные вещества тли. Она их дополняет.

Тли питаются флоэмным соком – текущей по стеблю сладкой жидкостью. Это во многом отличный источник пищи: сахаров много, токсинов мало, да и другие животные на него не покушаются. Но, увы, в нем не хватает некоторых питательных веществ, в том числе десяти незаменимых аминокислот, необходимых животным для выживания. Нехватка хоть одной из них может привести к непоправимым последствиям. Нехватка всех десяти была бы вообще несовместима с жизнью, если бы им не было достойной замены. Сейчас имеются веские доказательства того, что эта замена и есть Buchnera. Ученые выяснили, что если избавиться от Buchnera в организме тли с помощью антибиотиков, то для того, чтобы выжить, тле потребуются искусственные заменители аминокислот. Они отследили перемещения питательных веществ от микроба к хозяину с помощью радиоактивных веществ и обнаружили, что аминокислоты двигаются именно в этом направлении. И они доказали, что в геноме Buchnera, каким бы измельчавшим он ни был, сохранились многие гены, необходимые для создания незаменимых аминокислот.

Многие, но не все. Создание аминокислот – задача не из легких, и в нее входит прогон начальных составляющих через серию химических реакций, каждую из которых ускоряют разные ферменты. Представьте себе конвейер на автомобильном заводе, проходящий через несколько устройств. Одно устанавливает сиденья, другое – раму, третье ставит колеса. В конце с конвейера сходит готовая машина. Биохимические конвейеры по производству аминокислот работают примерно так же, но ни тля, ни Buchnera не способны сами создать все необходимые ферменты. Им приходится работать вместе, чтобы построить конвейер, идущий по обоим заводам сразу, один из которых находится в другом. Только вместе они способны прожить на одном флоэмном соке.

Связь между питанием соком растений и дополняющими симбионтами подчеркивают те полужесткокрылые, что утратили и то и другое. Некоторые виды поедают клетки растений целиком, а раз аминокислот с питанием в их организм теперь поступает достаточно, то и от симбионтов они избавились. В их отношениях нет места ностальгии и сентиментальности. Жесткие условия естественного отбора диктуют, что если партнер больше не нужен, то он изгоняется. К генам это тоже относится – потому-то полужесткокрылые изначально и оказались в таком опасном положении в плане питания. Они – животные, а все животные происходят от одноклеточных хищников, поедающих все вокруг. Пища обеспечивала их большей частью необходимых питательных веществ, так что они утратили гены, необходимые для их создания. Нас – тлей, панголинов, людей и всех остальных – это наследие обременяет до сих пор. Никто из нас не умеет создавать десять незаменимых аминокислот самостоятельно, так что нам приходится получать их с пищей. А если мы решим соригинальничать и начнем питаться скудной пищей, например флоэмным соком, нам потребуется помощь.

И тут за дело берутся бактерии. Они не раз позволили полужесткокрылым пересечь границу, за которой находится все царство животных, и начать питаться тем, что почти никто не ест. Когда сушу заселили растения, вместе с ними появились и питающиеся их соком букашки. Сейчас среди них насчитывается около 5000 видов тли, 1600 видов белокрылок, 3000 листоблошек, 8000 червецов, 2500 цикад, 3000 церкопоидов, 13 тысяч фулгороидов и больше 20 тысяч цикадок – и это лишь те, о которых мы уже знаем. Благодаря своим симбионтам полужесткокрылые стали настоящим воплощением успеха.

Полужесткокрылые – далеко не единственные животные с симбионтами, связанными с питанием. На таких микробов полагаются от 10 до 20 % насекомых – они обеспечивают насекомых витаминами, аминокислотами для создания белков и стеринами для создания гормонов. Благодаря своим живым дополнениям животные имеют возможность прокормить себя даже неполноценной пищей, от сока растений до крови. Муравьи-древоточцы – разнообразная группа, состоящая где-то из тысячи видов, – являются переносчиками симбионта по имени Blochmannia, позволяющего им питаться в основном растительной пищей и господствовать в листве деревьев тропических лесов. Миниатюрным вампирам, таким как вши и постельные клопы (наряду с животными, не относящимися к насекомым, например клещами и пиявками), для производства витаминов группы B, отсутствующих в их кровавых обедах, требуются бактерии.

Раз за разом бактерии и другие микробы позволяли животным превзойти свою животную сущность и пробиться во все уголки экологии, которые без них так и оставались бы недоступными; начать вести образ жизни, при котором иначе нельзя было бы выжить; питаться тем, что они не смогли бы переварить; добиться успеха, несмотря на собственную природу. А чтобы узнать о самых бескомпромиссных примерах такого взаимогарантированного успеха, мы отправимся в глубь океана, туда, где микробы дополняют своих хозяев до такой степени, что те могут питаться самой скудной пищей на свете – ничем.

В феврале 1977 года, за несколько месяцев до того, как «Тысячелетний сокол» улетел бороздить просторы открытого космоса, столь же отважный корабль под названием «Алвин» отправился исследовать подводный мир. И не просто корабль, а батискаф – достаточно большой, чтобы в нем поместилось трое исследователей, достаточно маленький, чтобы они даже потянуться не могли, и достаточно прочный, чтобы позволить им добраться до неслыханных глубин океана. Он опустился под воду в 400 километрах к северу от Галапагосских островов – там, где две литосферные плиты отдаляются друг от друга, словно разошедшиеся любовники. Из-за их расставания в земной коре появился рифт, а значит, не исключено, что там можно было найти первые гидротермальные источники, – считалось, что дно океана изрыгает в этих местах перегретую в результате вулканической деятельности воду.

Команда «Алвина» начала спуск. На смену синеве поверхности океана пришла всепоглощающая чернота глубоких вод. Чернота чернее черного. Черноту перемежали лишь случайное поблескивание люминесцентных существ, а через некоторое время включились и прожекторы батискафа. На глубине 2400 метров команда обнаружила источники, за которыми отправилась. Но кроме источников там было кое-что еще – жизнь, причем в изобилии! К стенкам расщелин стайками цеплялись моллюски и ракообразные. Вокруг них карабкались призрачно-белые креветки и крабы. Мимо проплывала рыба. И что самое странное, камни были целиком покрыты прочными белыми трубками, увенчанными темно-красными хохолками, похожими на помаду, которую слишком сильно выкрутили из тюбика, или вообще на что-то неприличное. Это были огромные черви – погонофоры.

На самом дне океана – там, куда не добраться солнечным лучам, где неустанно бьет вода температурой в 400 °C, а давление толщи океана достигает невиданной мощи, – команда «Алвина» открыла скрытую экосистему, не уступающую в изобилии тропическим джунглям. Как писал Роберт Кунциг в своей книге «Нанося глубины на карту», «это как если бы вы родились и выросли на полуострове Лабрадор, даже не догадываясь, что собой представляет мир, а потом вдруг оказались на Таймс-сквер». Члены команды даже представить себе не могли, что обнаружат там жизнь, так что биологов среди них не было – одни геологи. Они с горем пополам собрали образцы и взяли их с собой на поверхность, законсервировав предварительно в водке.

Одна из погонофор в итоге оказалась у Мередита Джонса в Национальном музее естественной истории в Вашингтоне – он назвал его Riftia pachyptila. И так червь ему понравился, что в 1979 году он лично отправился к Галапагосскому рифту, чтобы собрать еще образцов. Один участок так зарос этими штуками с красными хохолками, что его и назвали соответствующе – «Розовый сад». На старом черно-белом снимке запечатлен Джонс, уже седой и с пышными усами, с одним из образцов Riftia в руках. Он выглядит так, словно ничего ценнее у него нет, а червь – будто сосиски неаккуратно упаковали. Червь очень длинный, гораздо крупнее, чем все открытые прежде глубоководные черви, – размером, наверное, с Джонса. И что дико, у него нет ни рта, ни кишечника, ни анального отверстия.

Как же этот червь умудряется выжить без еды? Логично было предположить, что он впитывает питательные вещества кожей, как ленточные черви, но эту теорию быстро отмели – он при всем желании не смог бы их впитывать достаточно быстро. Вскоре Джонс заметил важную подсказку. Трофосома червя – загадочный орган, составляющий аж половину его веса, – заполнена кристаллами чистой серы. Джонс упомянул это на одной из своих лекций в Гарварде, и у Коллин Кавано, одной из слушательниц, возникла кое-какая мысль. От описания трофосомы на нее снизошло настоящее озарение. По ее словам, она вскочила с места и заявила, что в теле червей находились бактерии – они и использовали серу для выработки энергии. Говорят, Джонс тогда попросил ее сесть. А потом дал ей червя для изучения.

Мысль Кавано оказалась верной и принципиально новой. Рассмотрев трофосому Riftia под микроскопом, она обнаружила там множество бактерий – где-то миллиард на каждый грамм ткани. Еще один исследователь выяснил, что в трофосоме содержатся ферменты, способные перерабатывать сернистые компоненты, например сероводород, которого в среде подводного источника предостаточно. Кавано подумала-подумала и поняла, что ферменты эти вырабатываются бактериями. Они их используют для приготовления пищи по рецепту, который в то время и представить себе не могли.

На суше все живое питается солнцем. Животные, водоросли и некоторые бактерии используют солнечную энергию, чтобы преобразовывать углекислый газ и воду в сахара, и таким образом создают себе пищу. Этот процесс, при котором углерод из неорганического вещества переходит в нечто съедобное, называется связыванием углерода, а использование для этого энергии солнца – фотосинтезом. Это основа всех пищевых сетей, которые нам известны. Каждое дерево и каждый цветок, каждая мышка и каждый ястреб в итоге зависят от солнечной энергии. А вот в глубинах океана ее брать неоткуда. В принципе, можно прокормиться скудными остатками органических веществ, опадающими на дно сверху, но, чтобы по-настоящему преуспеть, потребуется новый источник энергии. Для бактерий, обитающих в организме Riftia, это сера – точнее, изрыгаемые источниками сульфиды. Бактерии их окисляют, а с помощью высвобожденной энергии связывают углерод. Это уже хемосинтез – создание пищи путем использования химической энергии, а не света и энергии солнца. И в качестве побочного продукта выделяется не кислород, как у фотосинтезирующих растений, а чистая сера. Так в трофосоме Riftia и появляются желтые кристаллы.

Благодаря хемосинтезу становится ясно, почему у этих червей нет рта и кишечника, – все необходимые питательные вещества им предоставляют симбионты. Тлей и цикадок бактерии снабжают аминокислотами, а погонофор они снабжают всем.

Вскоре подобные симбиозы были обнаружены по всему океану. Как выяснилось, хемосинтезирующих бактерий, которые связывают углерод с помощью серы или метана, приютили в себе самые разнообразные животные. К ним, кстати, относится и регенерирующий плоский червь Paracatenula. Среди них и черви, и брюхоногие моллюски с хемосинтезирующими симбионтами прямо в клетках, и креветки с целыми колониями на жабрах и ротовых органах. Это и нематоды, полностью покрытые микробами: кажется, будто они в шубах. И крабы-йети, которые выращивают у себя на щетинистых клешнях сады из бактерий и смешно ими шевелят, будто танцуют.

Многие из этих существ обитают у горячих гидротермальных источников. Кто-то предпочитает холодные – вещества там примерно те же, но температура ниже и вода не изрыгается, а лениво вытекает. Некоторые полихеты, родственные Riftia, заселяют деревянные части затонувших кораблей и опустившиеся на дно бревна, получая энергию от сульфидов в гниющей древесине. Трупы китов, опускаясь на дно, словно манна небесная, тоже создают среду с обилием сульфидов, в которой вскоре образуются временные, но многочисленные группы хемосинтезирующих существ. Некоторые из них – например, Osedax mucofloris, питающиеся костями «зомби-черви», у которых нет кишечника, – специализируются как раз на китовой падали.

Для этих животных жизнь в глубине океана – это пункт назначения обратного пути эволюции, занявшего миллиарды лет. Жизнь на Земле появилась у глубоководных источников, и первыми живыми созданиями стали хемосинтезирующие микробы (кстати, один из участков в Галапагосском рифте назван «Эдемским садом»). Первые микробы со временем развились в бесчисленные формы, замечательные и причудливые, которые выбрались из глубин туда, где помельче. Некоторые дали начало более сложным существам – животным. И некоторые из животных объединились с хемосинтезирующими бактериями и отправились обратно в бездну – в мир, где без бактерий они бы не смогли себя прокормить. Все животные, обитающие в районе гидротермальных источников, в том числе и Riftia, эволюционировали из видов, живших на мелководье, которые стали хозяевами глубоководных микробов. Установив с ними прочную связь, эти животные получили пропуск назад в катархейские глубины, где когда-то зародилась жизнь.

Хемосинтез появился в глубине океана, но встречается он не только там. Кавано обнаружила хемосинтезирующих бактерий в моллюсках, обитающих в богатом серой иле у берегов Новой Англии, что на северо-востоке США. Другие нашли подобные союзы на мангровых болотах, в затопляемых местностях, в загрязненном сточными водами иле и даже в грунте вокруг коралловых рифов – в общем, в экосистемах, больше всего похожих на мелководье. Николь Дюбилье, когда-то работавшая вместе с Кавано, исследует хемосинтез в месте, меньше всего на свете похожем на бурные гидротермальные источники, – на острове Эльба, прекрасном, как на открытке.

Эльба нежится в солнечных лучах, и эта энергия не пропадает впустую. В бухтах неподалеку от берега пышно произрастает морская трава. Хоть фотосинтез и кажется здесь главным, хемосинтезу тут тоже место есть. Дюбилье ныряет под заросли морской травы, зачерпывает горстку ила и из нее тут же высовываются ярко-белые веревочки. Это черви Olavius algarvensis, близкие родственники дождевых червей. В длину они несколько сантиметров, в ширину – полмиллиметра, и у них нет ни кишечника, ни рта. «По-моему, они лапушки, – умиляется Дюбилье. – Они белые, потому что у них под кожей бактерии-симбионты, в которых содержатся частицы серы. Их легко заметить». Эти бактерии хемосинтезирующие, как и во многих местных нематодах, моллюсках и плоских червях. Здесь, в средиземноморском иле, живущих на сульфидах организмов не меньше, чем на глубине. «В Италии! – торжественно заявляет Дюбилье. – Нам пришлось отправиться к неизведанным источникам на немыслимой глубине, чтобы понять, что симбиоз на основе хемосинтеза встречается прямо у нас под носом. Мы на каждой полевой вылазке открываем новые виды и новые симбиозы».

Эльба, может, и кажется идеальным местом, но хемосинтезирующим существам тут приходится несладко. Не забывайте, что бактерии Riftia высвобождают энергию, окисляя сульфиды. В иле у Эльбы сульфидов крайне мало, а значит, типичный хемосинтез там вроде бы вообще не должен происходить. Как тогда выживают черви Olavius? Дюбилье это выяснила в 2001 году, обнаружив, что у них два разных симбионта – большой и маленький, и оба под кожей. Бактерия поменьше захватывает сульфаты, которых в иле Эльбы полно, и превращает их в сульфиды. Бактерия побольше затем окисляет сульфиды и запускает хемосинтез, прямо как микробы червя Riftia. В процессе она вырабатывает сульфаты, которые затем снова перерабатывает ее мелкая соседка. Два микроба по очереди кормят друг друга серой, благодаря чему питается и червь – эдакий симбиоз на троих. Приняв в союз маленьких бактерий, захватывающих сульфаты, черви Olavius сумели поселиться в иле, который иначе был бы слишком скудным для их обычных хемосинтезирующих товарищей.

С тех пор Дюбилье выяснила, что этот союз на самом деле еще сложнее, чем кажется. У Olavius, оказывается, аж пять симбионтов – двое перерабатывают сульфаты, двое занимаются сульфидами, а что делает пятый спиралеобразный симбионт – пока неясно. «Нам, наверное, еще лет тридцать понадобится, чтобы в этом разобраться!» – смеется Дюбилье. На самом деле ей повезло. Она занимается исследованием мелководных симбиозов, а значит, для сбора образцов ей не приходится втискиваться в тесный батискаф. Нужно всего лишь нырять на пляжах солнечной Эльбы, у Карибских островов, у Большого Барьерного рифа… Ох, нелегкая это штука, все эти исследования, но нужно же кому-то ими заниматься.

А вот у Рут Лей со сбором микробов возникли сложности. Проблема не в том, что ей нужны были образцы стула животных – в мире микробиомной науки к работе с испражнениями привыкаешь быстро. И не в обитателях зоопарка, чей стул она собирала, – от клыков и когтей ее всегда отделяли решетки, стены и смотрители зоопарка с палками наготове. Нет, проблему представляла бумажная волокита.

Лей – специалист по микробной экологии, и ей нужно было сравнить бактерий в кишечниках различных млекопитающих, чтобы понять, как их питание и эволюция повлияли на микробиом. Для этого ей требовалось много животных и много фекалий – и того и другого было предостаточно в зоопарке Сент-Луиса неподалеку. В перерывах между другими опытами Лей забегала туда с перчатками, мешочками и ведром сухого льда. Приветливый смотритель возил ее по зоопарку и отвлекал животных, пока она пробиралась в клетку и собирала помет. «Я просто туда ходила, когда понадобится, а потом кто-то заметил, что мы там бегаем и собираем какашки, и решил, что это должно быть официально», – жалуется она. На смену приветливому смотрителю и приключениям без всяких формальностей пришли официальный договор, бланк для сбора кала и строжайшее следование регламенту. Как-то зимним днем Лей заметила, что бегемот только что справил большую нужду на пол вольера. «Там во-о-от такая куча была! – восклицает она. – А они все твердили, что о бегемотах договоренности не было. А потом ко мне подошел уборщик и сказал, что через десять минут все это окажется в закоулке прямо за зоопарком и тогда я смогу взять, сколько мне надо». Ну, она и взяла.

Еще она собирала фекалии медведей (гималайских, белых и очковых), слонов (африканских и индийских), носорогов (индийских и черных), лемуров (черных, мангустовых и кошачьих) и панд (больших и малых). За четыре года посещений зоопарка она собрала кал 106 особей, принадлежащих к 60 видам. Она высушивала каждый образец в микроволновке, перетирала в блендере и толкла в ступке. Амбре получалось незабываемое. Наградой стала ДНК, позволившая Лей описать микробов, живущих в кишечнике автора образца.

Лей выяснила, что кишечные микробы у всех млекопитающих индивидуальны и при этом делятся на определенные группы в зависимости от происхождения их владельца и, что особенно важно, его питания. У травоядных было больше всего разновидностей бактерий, а у хищников – меньше всего. Всеядные со всем своим разнообразием пищи оказались посередине. Были и исключения: так, кишечные микробы малых и больших панд больше напоминали микробов их хищных родичей – медведей, кошек и собак, – чем травоядных, коими они, собственно, являются. Однако в целом все совпадало. Объяснение тому было простым, а значение – крайне важным.

Для начала разберем объяснение. Растения – самый распространенный источник пищи на суше, но для того, чтобы их переварить, требуется больше ферментов. В растительных тканях по сравнению с мясом животных содержится больше сложных углеводов, таких как клетчатка, гемицеллюлоза, лигнин и резистентный крахмал. У позвоночных нет молекулярных приборов, чтобы их расщепить, а у бактерий есть. У широко распространенной кишечной бактерии B-theta нужных ферментов более 250, а у нас и сотни нет, и это притом, что наш геном в 500 раз больше. Раскалывая растительные углеводы на части своими инструментами, B-theta и другие микробы высвобождают вещества, что питают наши клетки напрямую. Вместе они производят 10 % потребляемой нами энергии и аж 70 % энергии коровы или овцы. Чтобы питаться растительной пищей, животному необходимо множество микробов, причем самых разных.

Теперь о значении. Первые млекопитающие были хищниками – крошечными суетливыми поедателями насекомыми. Переход с мяса на растительную пищу стал для нас настоящим прорывом. Благодаря изобилию и разнообразию растений травоядные начали развиваться гораздо быстрее своих плотоядных сородичей и вскоре заняли экологические ниши, оставленные после себя крупными динозаврами. Большая часть ныне живущих млекопитающих едят растительную пищу, да и почти во всех отрядах есть хотя бы несколько травоядных видов. Даже в отряде хищных, куда входят кошки, собаки, медведи и гиены, есть также и панды, которые питаются бамбуком. Получается, что успех млекопитающих основан на вегетарианстве, а вегетарианство – на микробах. Разные группы млекопитающих снова и снова получали с пищей из среды микробов, способных расщеплять растительные ткани, и с помощью их ферментов расправлялись с листьями, стеблями и ветвями.

Просто завести у себя нужных микробов недостаточно. Им для работы требуется пространство и время. Травоядные млекопитающие предоставили им и то и другое. Они увеличили участки пищеварительного тракта, превратив их в отсеки для ферментации, чтобы поселить там своих помощников и замедлить ход пищи, благодаря чему те успевали ее переработать. У слонов, лошадей, носорогов, кроликов, горилл, свиней и некоторых грызунов эти отсеки находятся в нижней части пищеварительного тракта – в кишечнике. Они сначала получают из пищи как можно больше питательных веществ с помощью своих собственных ферментов, а потом уже отдают ее на растерзание микробам. У других млекопитающих – коров, оленей, овец, кенгуру, жирафов, бегемотов и верблюдов – ферментация пищи происходит в верхней части тракта: осуществляющие ее микробы обитают или в отделах, предшествующих желудку, или в первых же его камерах. Часть питательных веществ эти животные тратят на бактерий, зато потом сами же их переваривают. «Вот зачем помещать эти отсеки сверху – так можно и самих бактерий съесть, – объясняет Лей. – Это ведь логично. Можно спокойно жевать солому и все равно получать все необходимые питательные вещества». Некоторые из них – например, крупный рогатый скот – дают микробам дополнительное время с помощью руминации – это довольно неприятный, но эффективный цикл, во время которого пища отрыгивается, пережевывается и снова проглатывается.

В зависимости от расположения отсеков для ферментации пищи в них появляются разные микробы. Лей выяснила, что микробы животных, расщепляющих пищу в верхней части пищеварительного тракта, больше похожи друг на друга, чем на микробов млекопитающих, поселивших их в нижней части, и наоборот. Эти сходства выходят за границы, установленные общими предками. У кенгуру, прыгающего сумчатого из Австралии, и окапи, африканского родича жирафов в полосатых штанишках, микробиомы во многом схожи. У животных с отсеками для ферментации, расположенными в нижней части тракта, сходства такие же.

Другими словами, микробы повлияли на развитие пищеварительной системы млекопитающих, а пищеварительная система млекопитающих – на эволюцию микробов.

Во время следующего эксперимента Лей это стало еще заметнее. Они с Робом Найтом сравнили результаты секвенирования микробов животных из зоопарка и других животных из самых разных сред – почвы, морской воды, горячих источников и озер. Они обнаружили, что в желудочно-кишечных трактах позвоночных микробиом куда разнообразнее, чем где бы то ни было. Он отличается от микробиомов обитателей озер, источников и всего остального даже сильнее, чем эти места друг от друга. Существует, как решили ученые, «дихотомия ЖКТ и остального организма». «Довольно неожиданно, – говорит Найт. – Когда этот анализ провели впервые, я подумал, что они просто ошиблись». Причина такого противопоставления пока неясна, но Найт отмечает, что пищеварительный тракт – уникальная среда для микробов: темно, кислорода нет, жидкости полно, иммунными клетками охраняется, а питательных веществ – хоть лопни. Здесь способны выжить не все бактерии, но те, что выживают, оказываются перед множеством экологических возможностей, которыми сразу пользуются. Один представитель вида попадает в кишечник и, одурев от радости, дает начало новым родственным штаммам и видам. В итоге получается семейное древо с высоким и прочным стволом, но редкими и небольшими ветвями, смахивающее скорее на пальму, чем на дуб.

На островах дело обстоит примерно так же. Вот животное-первопроходец оказывается на суше – его сюда принес мощный ураган, или привезло упавшее в воду бревно, или доставила лодка… Оно вылетает, выбегает или выползает на берег, а его потомство начнет понемногу заселять различные местообитания на острове, формируя новые виды. Так появились гавайские цветочницы, галапагосские вьюрки, змеи Французской Полинезии, карибские анолисы… и, возможно, наши кишечные микробы.

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. 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.

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. 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 их микробы). Вся ее колония – тысячи рабочих, миллиарды микробов, огромные плантации расщепляющих древесину грибов – выполняют роль ее пищеварительной системы.

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.

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. 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.

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.

Креозотовый куст – одно из самых распространенных растений в пустынях Юго-Запада США. Он достиг успеха благодаря своей устойчивости к засухе, старению и челюстям животных. Его листья покрыты смолой, в которой содержатся сотни химических веществ, вместе составляющих до четверти сухой массы кустарника. Эта смесь источает резкий запоминающийся запах, который особенно чувствуется, когда листья мокнут под дождем. Говорят, что креозот пахнет дождем, но на самом деле скорее дождь пахнет креозотом. Как бы там ни было, запах смолы не вреден, зато при попадании внутрь она вредит печени и почкам. Лабораторная крыса, поев листьев креозотового куста, умирает. А вот с пустынным хомяком ничего не происходит. Он еще съест. И еще. В пустыне Мохаве грызунам так нравятся эти листья, что зимой и весной они в основном ими и питаются. Каждый день они съедают столько смолы, что любой другой грызун уже давно бы склеил лапки. Как им это удается?

У животных существует множество способов обойти ядовитую защиту растений, но у каждого способа есть своя цена. Можно есть лишь наименее ядовитые части, но чем животное привередливее, тем меньше у него возможностей. Можно употреблять в пищу нейтрализующие вещества, например глину, но для поиска противоядия нужны усилия и время. Можно самим создавать обезвреживающие ферменты, но на это требуется энергия. Бактерии предлагают альтернативное решение. Они – мастера биохимии, способные расщепить что угодно, от тяжелых металлов до неочищенной нефти. Яды растительного происхождения? Да запросто! Еще в 1970 году ученые выдвинули предположение, что микробы в пищеварительном тракте обезвреживают все яды в пище еще до того, как они попадут в кишечник. Благодаря тому, что микробы обезоруживают пищу заранее, животным не приходится думать о противоядиях. Эколог Кевин Коль предположил, что своей стойкостью пустынный хомяк обязан именно бактериям, а проверить эту теорию ему помогли несколько тысячелетий климатических изменений.

Примерно 17 тысяч лет назад на юге современных США начало теплеть, и вскоре из Южной Америки туда переселился креозотовый куст. Он уютно устроился в теплой пустыне Мохаве, где его и обнаружили пустынные хомяки. Однако до пустыни Большого Бассейна к северу от Мохаве он так и не добрался – там холоднее. Там пустынные хомяки креозотовый куст в глаза не видели и питались в основном можжевельником. Если догадка Коля была верна, в кишечнике опытных пустынных хомяков Мохаве должно было быть достаточно бактерий, обезвреживающих яд, которых не было у неподготовленных грызунов Большого Бассейна. Коль поймал в каждой пустыне по несколько особей – и все подтвердилось. Столкнувшись с токсинами креозотовой смолы, кишечные бактерии неподготовленных особей понятия не имели, что делать, а вот микробы опытных хомяков переключались на гены, расщепляющие токсины, и быстренько с ними расправлялись. Чтобы окончательно доказать, что опытные особи обязаны своим мастерством микробам, Коль добавил в их корм антибиотики. Хомяки все так же спокойно ели обычный лабораторный корм, а вот креозотовые листья причиняли им боль. Без кишечных микробов они реагировали на креозотовую смолу даже хуже, чем их собратья из Большого Бассейна, ни разу не пробовавшие ее в природных условиях. Хомяки начали усиленно терять вес, так что Коль был вынужден закончить эксперимент досрочно. Всего за пару недель он изменил направление 17 тысяч лет эволюции и превратил профессиональных поедателей креозотовых кустов в полных дилетантов.

И наоборот тоже. Он собрал помет опытных хомяков, превратил его в кашицу в блендере и скормил неподготовленным грызунам, чтобы обезвреживающие микробы поселились у них в кишечнике. И вот эти особи начали спокойно уплетать креозотовые листья. Их новоявленные способности особенно отразились на моче: из-за токсинов в креозотовой смоле она темнеет, а прежде неопытные хомяки теперь расщепляли токсины в таких количествах, что мочились золотистой, чистой жидкостью. За несколько обедов они набрались опыта, который их собратья накапливали многие тысячи лет.

Видимо, когда креозотовые кусты впервые появились в Мохаве, произошло что-то подобное. Пустынный хомяк наткнулся на незнакомый ему кустик и решил попробовать. Фу, гадость какая! Впрочем, зимой еды и так мало, так что выбирать не приходится. Ну, тогда еще кусочек. С каждым куском в организм хомяка попадали микробы, обитающие на креозотовых листьях, – возможно, они уже тогда умели расщеплять токсины смолы. Съев этих микробов, хомяк и сам стал лучше подготовленным. Потом он убегает и справляет нужду, оставляя после себя шарик помета, наполненный бактериями. Этот шарик находит и съедает другой хомяк – так суперсила распространяется. В конце концов способность есть листья растения появляется у всех хомяков, и скоро она распространится по всей пустыне. Возможно, именно своей готовности принимать новых микробов эти грызуны обязаны своим успехом и неприхотливостью.

И таких примеров много – микробы нередко дают хозяевам возможность употреблять в пищу что-то потенциально смертельное. Лишайники – всем известные иконы симбиоза – полны ядовитой усниновой кислоты. А северные олени, что питаются в основном лишайниками, умеют расщеплять ее так, что в экскрементах от нее и следа почти не остается. По-видимому, и здесь дело в кишечных микробах. Многие растительноядные млекопитающие, от коал до хомяков, являются переносчиками микробов, расщепляющих танины – горькие соединения, придающие вяжущий вкус красному вину, но вредящие печени и почкам. Кишечные микробы кофейного жучка Hypothenemus hampei умеют расщеплять кофеин – вещество, позволяющее кофеманам проснуться и отравляющее любого вредителя, желающего полакомиться кофейными зернами. Любого, кроме кофейного жучка. Благодаря расщепляющим кофеин бактериям он стал единственным в мире животным, способным питаться лишь кофейными зернами, и одной из главных угроз мировой индустрии кофе.

Обезвреживание наряду с перевариванием, выживание не только благодаря пище, но и вопреки ей – травоядным без таких приемов не прожить. Совместив способности микробов и собственные пищевые стратегии, растительноядные получили возможность питаться любой зеленью, что найдут. Растениям приходится все это терпеть, но они вроде бы справляются. Креозотовые кусты, будучи основной пищей пустынных хомяков, остаются главным растением пустыни Мохаве. Сколько бы северные олени ни щипали лишайники, они все равно растут по всей тундре. Эвкалипты постоянно лишаются листьев из-за коал, но в Австралии и прогуляться нельзя так, чтобы хоть на один не натолкнуться. Даже с кофе, к счастью, все будет в порядке. Однако иногда микробы заходят со своим обезвреживанием слишком далеко. Иногда растениям приходится совсем несладко.

Пролетая над лесами на западе Северной Америки, вы, скорее всего, заметите крупные участки деревьев с порыжевшими кронами или голыми ветвями. На первый взгляд они, может, и похожи на живописный осенний пейзаж, вот только на самом деле это натюрморт. Эти деревья – сосны. У них не должны рыжеть иголки. Это вечнозеленые растения – точнее, были бы таковыми, если бы не погибали в столь огромных количествах. А кто убийца? Сосновый лубоед Dendroctonus ponderosae – иссиня-черное насекомое размером с зернышко риса. Он проникает под кору дерева и создает там длинные коридоры, по пути откладывая в них яйца. Личинки, вылупившись из яиц, пробираются внутрь к лубяному слою, чтобы питаться его соком. Один жук – не проблема, но в одном дереве поселяются сразу тысячи. Отодрав кусок коры, вы увидите их творение – целый лабиринт тоннелей, проходящих по всему стволу. Лубоеды лишают дерево большей части питательных веществ, так что оно начинает погибать. А заодно и дерево рядом с ним. И все их соседи. Целые акры деревьев рыжеют и умирают.

Сообщники лубоеда еще меньше, чем он сам, – куда бы он ни направился, его сопровождают два вида грибов. Они для жука – пищевые добавки, как Buchnera для тлей. Сами жуки обитают прямо под корой, питательных веществ там немного. Грибы же врастают в ствол и добираются до недоступных жукам запасов азота и других необходимых для жизни веществ. Добравшись, они начинают перегонять вещества ближе к поверхности ствола – в пределы досягаемости личинок. «Эти жуки едят всякую ерунду, а грибы снабжают их питательными веществами», – объясняет энтомолог Диана Сикс, много лет изучающая лубоедов. Когда личинка жука наконец окукливается, грибы производят споры – прочные репродуктивные капсулы. Взрослая особь, вылупившись, укладывает споры в полости во рту, напоминающие чемоданы, и тащит их к следующей бедняге-сосне.

Нашествия жуков начинаются и затихают, но вот последнее оказалось в десять раз масштабнее любого предыдущего – не в последнюю очередь благодаря глобальному потеплению. С 1999 года лубоеды и их грибковые официанты погубили более половины взрослых сосен в Британской Колумбии и поразили более 15 тысяч квадратных километров в США. Они даже каким-то образом переправились через Скалистые горы, что много лет удерживали их на западной окраине континента, и теперь распространяются на восток. А на пути у них огромные, пышные и уязвимые лесные массивы.

Однако деревья просто так не сдаются. При нападении жуков они начинают усиленно вырабатывать терпены – углеводороды, способные при достаточной концентрации и жуков убить, и грибок уничтожить. Считается, что жуки с этой преградой справляются грубой силой – за один раз их нападает столько, что дерево просто не успевает вырабатывать терпены в нужных количествах. Энтомологу Кену Раффе такое объяснение показалось нелогичным. Если бы все было так, деревья бы производили сразу много терпенов и их уровень быстро падал бы с наступлением все новых и новых армий лубоеда. На деле же все происходит по-другому: деревья удерживают химзащиту на высоком уровне по крайней мере с месяц. Получается, что личинкам жука приходится бороться с еще большим количеством токсинов, чем их родителям. Как у них это получается?

Научная группа Раффы выяснила, что лубоеды сотрудничают не только с грибами, но и с бактериями, такими как Pseudomonas и Rahnella – они были найдены во всех пораженных лубоедами деревьях. Они повсюду – на экзоскелетах насекомых, на стенах их лабиринтов, в их ротовых органах и кишечниках. Они – своего рода элита: их гораздо меньше, чем в кишечниках термитов, да и с пищеварением они не помогают. Зато они обладают целым набором генов для расщепления терпенов, и в лабораторных условиях они успешно с этими веществами расправляются. Разные виды бактерий умеют расщеплять разные вещества, так что вместе они справляются со всеми.

Хотелось бы заявить, что решение найдено: бактерии обезоруживают деревья, а жуки переносят их от одного ствола к другому. Однако, как мы уже знаем, мир симбиоза сложнее, чем кажется, и простые объяснения, при всей своей заманчивости, нередко оказываются неверными. Известно, что эти же бактерии обитают и на здоровых хвойных деревьях – не исключено, что они являются частью микробиома дерева. При нападении жуков и повышении уровня терпенов бактерии начинают пировать. Обед у них выходит отличный, но в итоге они, сами того не желая, вредят дереву – своему хозяину – и помогают лубоедам. Также выяснилось, что и жуки способны вырабатывать некоторые ферменты, расщепляющие терпены. Так в какой же степени им помогают бактерии – берут на себя большую часть работы или делят обязанности с насекомыми так же, как тли и Buchnera вместе создают аминокислоты? И что самое главное – действительно ли они увеличивают шансы лубоедов выжить?

Пока ясно вот что: на лес обрушивается союз животных, грибов и бактерий, и деревья, несмотря на все свои усилия по самозащите, постепенно умирают. Их гибель свидетельствует о мощи симбиоза – силы, позволяющей самым безобидным существам одолеть сильнейших. Чтобы разглядеть жуков, вам придется прищуриться, а чтобы увидеть их микробов – вооружиться микроскопом, зато проявления их взаимогарантированного успеха заметны аж с небес.

Благодаря полученным от микробов способностям полужесткокрылые научились питаться соком растений, а термиты и травоядные млекопитающие – жевать их стебли и листья. Трубчатые черви поселились на самых глубоких участках океанского дна, пустынные хомяки распространяются по американским пустыням, а сосновые лубоеды устраивают в вечнозеленых лесах разруху континентального масштаба.

Обыкновенный паутинный клещ к пафосу и хвастовству не склонен – он пакостит незаметно. Крошечное паукообразное красного цвета размером меньше этой запятой, как и лубоед, губит растения, нападая на них бессчетными армиями. Распространен этот вредитель по всему миру. Такому успеху он обязан устойчивости к пестицидам и разнообразным предпочтениям: он питается более чем 1100 видами растений, от помидоров до клубники, от кукурузы до сои. Для такой вкусовой палитры требуются неслабые навыки по обезвреживанию токсинов, ведь каждое растение вооружено своей смесью защитных веществ и паутинному клещу нужно с ними всеми уметь справляться. К счастью для него, он обладает целым арсеналом обезвреживающих генов, которые активируются в зависимости от того, соком какого растения клещ собирается полакомиться.

И здесь, судя по всему, микробы не играют никакой роли. Паутинный клещ, в отличие от пустынного хомяка и соснового лубоеда, не рассчитывает на кишечных бактерий и сам делает свою пищу пригодной к употреблению. Все необходимое уже есть у него в геноме. Однако бактерии важны даже тогда, когда их нет.

Многие растения, соком которых питается паутинный клещ, при повреждении своих тканей вырабатывают синильную кислоту. Ко всему живому это вещество на удивление недружелюбно. Дератизаторы отравляли синильной кислотой крыс и других грызунов, китоловы смазывали ей гарпуны, нацисты использовали ее в концлагерях – а паутинному клещу до лампочки. Один из его генов вырабатывает фермент, преобразовывающий синильную кислоту в совершенно безвредное вещество. Этим же геном обладают гусеницы разных бабочек и молей – для них синильная кислота тоже безопасна. Ни паутинный клещ, ни гусеницы этот ген не изобрели и не унаследовали от общего предка.

Этот ген им дали бактерии.

Поиск

Блок "Поделиться"

Физика

Химия

Методсовет