Рихард Фрибе - Союз на всю жизнь

• Название: Союз на всю жизнь
• Автор: Рихард Фрибе
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-699-99219-5

Не секрет, что нам приходится делить свое тело с бактериями. Пока мы спим или занимаемся насущными делами, едим или обнимаемся, даже пока мы совершенно ничего не делаем – в нашем организме происходит кипучая деятельность. Тот факт, что для кого-то мы целая Вселенная, может пугать и даже вызывать отвращение, однако не спешите хвататься за гигиенические салфетки: эти маленькие организмы, населяющие нас, нам вовсе не враги. Ганно Харизиус и Рихард Фрибе провели масштабное исследование и установили, что сотрудничество человека и бактерий продолжается миллионы лет. Но даже если многие наши поступки продиктованы особенностями такого сосуществования, оно приносит пользу обеим сторонам.

---

Даже такие простые многоклеточные организмы, как гидра, внутри заполнены и снаружи покрыты большим количеством различных видов бактерий{36}. В рамках новейших исследований было обнаружено от 150 до 250 вариантов бактерий{37}, причем лишь немногие, вероятно, от пяти до десяти, селятся там в особо большом количестве. Такие кишечнополостные подхватывают какие-либо микроорганизмы, с которыми затем вынуждены жить, не случайно. Более того, каждый до сих пор исследованный вид обладает своим собственным, также достаточно постоянным для многих из своих сородичей составом бактериальной смеси. Гидры подбирают себе тех, с кем они хотят жить вместе, и для этого у них имеются свои инструменты. Уже упомянутый Себастиан Фрауне и его коллеги из биоцентра Кильского университета обнаружили у различных видов гидр вполне специфические мини-протеины, которые оказывают токсическое воздействие на определенные микробы, а на другие – нет{38}.

Внутренние солнечные электростанции и сахарные заводы

Даже такие сравнительно не очень сложные, состоящие только из одного двухслойного тканевого мешка и пары рук животные обладают способностью удерживать именно те микробы, которые им нужны. Относящиеся к кишечнополостным кораллы выработали подобную кооперацию. Они используют микроскопически маленькие водоросли, осуществляющие фотосинтез, в качестве живых солнечных элементов, которые снабжают их собственные клетки хоть и не электроэнергией, но сахаристыми питательными веществами. Более тысячи различных видов бактерий живут внутри и на них. Многие из них встречаются только в и на кораллах. Они могут, например, делать азот пригодным для стрекательных животных, дополнительно поставлять сахар и оберегать от вредных бактерий.

Подобные далеко не случайно составленные микробные слои защищают кожу от амфибий, рыб, червей, варанов, китов. Некоторые морские нематоды позволяют бактериям, использующим серу, произрастать на себе, чтобы затем съедать их. Другие культивируют серобактерии внутри себя и за время эволюции избавились от каких-либо естественных отверстий, поскольку серосодержащие молекулы достаточно малы, чтобы усваиваться через кожу.

В животном царстве с помощью микробов не только используется световая энергия, но и также в обратном порядке производится свет. Головоногий моллюск Euprymna scolopes, например, в качестве личинок поглощает бактерии вида Aliivibrio fischeri. Эти микробы при помощи субстанций с такими многозначительными именами, как люциферин и люцифераза, могут генерировать свет. Головоногий моллюск кормит их аминокислотами и сахаридами. Он включает эти микробные лампы, когда светит луна. Вследствие этого небольшой головоногий на залитом лунным светом фоне становится незаметным для хищников, наблюдающих за жертвой снизу.

В желудке крупного рогатого скота живет великое множество бактерий, грибов и миниатюрных животных.

В капле желудочной жидкости содержится примерно в десять раз больше одиночных микроорганизмов, чем на земле людей.

Они разлагают растительный материал, целлюлозу, для разложения которого у крупного рогатого скота не существует ни одного энзима. Точно так же в кишечнике термитов. Точно так же в кишечнике человека, только человек живет не только за счет трав или деревьев.

Первые животные одноклеточные организмы в рубце коров были обнаружены еще в 1843 году венгерским врачом Давидом Груби, который в том же году также открыл гриб Candida, причину самого частого и иногда угрожающего жизни грибкового заболевания у человека. Тем не менее, что конкретно они там делают, становится понятным только сейчас. Это исследование продолжалось примерно до 1998 года{39}, пока наконец не выяснилось, что микробы вытворяют с целлюлозой. Они разбивают ее на короткоцепные жирные кислоты, которые становятся превосходными поставщиками энергии.

Что расскажет о нас наш живот

Про других сожителей жвачных животных почти ничего не известно. Что они делают, каким образом они это делают, а также приносят ли они пользу пищеварению своего хозяина или скорее паразитируют. Ясно только, что метан производится археями, схожими с бактериями первобытными микроорганизмами. Для этого они используют водород, вырабатываемый бактериями и одноклеточными животными.

Для того чтобы смастерить экологически чистую корову, саму корову можно полностью оставить в покое. При этом необходимо следить за бактериями, которые производят меньше водорода, или за тем, чтобы водород преобразовывался во что-либо, что наносит меньше вреда окружающей среде. И, конечно же, водород можно использовать в качестве, например, топлива. В лабораториях Университета штата Огайо биотехнологи занимались подобными экспериментами до тех пор, пока наконец не получили результат. Желудочная жидкость теперь «урчит» в биореакторе. Хотя представлять себе живых коров, которые дважды в день подвергаются не только доению, но и дегидрированию посредством желудочного зонда, удаляющего водород, пожалуй, все же не очень приятно. Более крупные «животные» – потребители целлюлозы и других растительных молекул – это термиты. В Германии их насчитывается лишь несколько видов, так как они были завезены извне. В тропической и субтропической зонах, напротив, почти 2600 видов типа Holotermes, Macrotermes, Zootermopsis, и от них едва ли ускользнет хотя бы одна вялая соломинка или кусок сухого дерева. Это также относится к деревьям, которые люди какое-то время считали невредимыми. Только в Южной Калифорнии ежегодный ущерб, причиняемый термитами, составляет более одного миллиарда долларов. Мини-кишечники этих насекомых заключают в себе больше микробов, чем в мире термитников. До сих пор до конца не ясно, как именно функционируют эти членистоногие биореакторы. У них насчитывается более ста видов микробов, среди них есть те, которые состоят в родстве с полезными человеческими кишечными бактериями из группы Bacteriodetes, а также те, которые сильно похожи на возбудителя сифилиса. Вместо метана, наносящего вред окружающей среде, они превращают водород и углекислый газ в питательную для термитов уксусную кислоту, важнейший источник углерода для целой группы животных.

Как бременские музыканты

В сентябре 2013 года экспертное сообщество открыло, что за бактерии образуют ту уксусную кислоту{40}. И в отношении экспериментов, проведенных Джаредом Лидбеттером и его коллегами из Калифорнийского технологического университета в городе Пасадина, может возникнуть вопрос. Можно ли в принципе представлять термитов как хозяев таких ранее неизвестных вариантов дельта-протеобактерий. Поскольку они действительно живут в кишечнике термитов, но не где-нибудь, а на поверхности одноклеточных животных. Это именно те животные, которые производят большую часть водорода внутри термитов. Дельта-протеобактерии, таким образом, находятся, с одной стороны, прямо у истоков. С другой стороны, такие результаты лишний раз доказывают, что микробиологический кишечный процесс, будь то у насекомых или у людей, не кажется хаотичным смешением и клокотанием (см. главу 3). Вероятно, там протекают сложные, многоступенчатые, упорядоченные и согласованные программы с многими участниками, хозяевами и подчиненными, арендаторами и субарендаторами, производителями сырья, субпоставщиками, транспортными предприятиями и конечными производителями. Это пищевая сеть, или пищевая пирамида. Различные задействованные виды либо буквально, либо по крайней мере в рамках своих физиологических отношений сидят друг на друге, как Бременские музыканты. В конце концов посредством кооперации такого рода они смогли обеспечить себе еду, питье, надежное жилье и отстранить нежелательных гостей.

В нескольких лабораториях давно предпринимаются попытки создать биореакторы по образцу кишечника термитов, которые тогда также могли бы давать конечный продукт этанол, при помощи которого можно, например, производить топливо для автомобилей.

Людям больше не нужно представлять доказательства того, что микробиологическое производство вещей, которые необходимы, можно перевести на запасной склад. Другое социальное насекомое, хотя и состоящее в очень удаленном родстве с термитами, давно доказало это. Муравьи-листорезы питаются, как коровы или термиты, преимущественно целлюлозой. Необходимые для этого микробы-помощники живут в большинстве случаев не в их кишечниках. Гриб, культивированный в парниках величиной с небольшую хоккайдскую тыкву, разлагает разрезанные муравьями-листорезами листы. Принесенные бактерии снабжают гриб необходимым азотом, другие отстраняют неблагоприятные микроорганизмы, которые в противном случае покрыли бы грибной сад, как мокрицы{41} – непрополотую грядку огурцов. Это не похоже на чистую эксплуатацию микроорганизмов с помощью муравьев. Бактерии в качестве вознаграждения получают корм, безопасность и возможности для размножения, грибы – несмотря на то что многие из них служат селекционерам в качестве пищи, получают то же самое.