Роб Данн - Дикий мир нашего тела. Хищники, паразиты и симбионты, которые сделали нас такими, какие мы есть
Впервые мысль об этой более сложной проблеме пришла в головы ученых, изучавших жизнь термитов. В высыхающих и гниющих мертвых лесах земного шара обосновалась настоящая империя термитов – триллионы насекомых, поедающих то, что не годится в пищу ни одному другому биологическому виду. Представьте себе высохшие стволы и опавшие листья деревьев всего мира. Представьте, как вся эта груда древесины и листвы громоздится вокруг вас. Но этого не происходит, потому что большую часть высохших и погибших деревьев и почти всю опавшую листву поедают термиты. К тому времени, когда на Земле появились первые млекопитающие, мир населяли миллиарды термитов с почти прозрачными телами и длинным, похожим на лапшу, кишечником.
Термиты питаются тем, что неспособны переварить никакие другие животные (за редким исключением). Питательные вещества, содержащиеся в древесине и листьях, делятся на два больших класса – лигнин и целлюлозу. Эти соединения не расщепляются в кишечнике большинства животных, особенно устойчив в этом отношении лигнин. Долгое время оставалось непонятным, каким образом термитам удается делать их трудную и необходимую работу. И вот в начале ХХ века Джозеф Лейди – человек, которому было суждено стать отцом американской микробиологии, а также отцом палеонтологии динозавров, – вскрыл кишечник термита. Никто не знает, что он ожидал там увидеть – возможно, перемолотую древесину. В действительности Лейди обнаружил, что в кишках термитов кипит разнообразная жизнь. Всевозможные живые существа толклись в кишечнике этих насекомых, как люди, гурьбой покидающие кинозал после окончания сеанса. В этой толпе были бактерии, простейшие, грибы и еще бог знает кто. Обитатели кишечника термитов за сотню миллионов лет эволюции выработали весьма полезные черты, позволявшие им переходить из организмов предыдущих поколений к термитам поколений следующих. Таким образом, все эти микроорганизмы получали неограниченный доступ к древесине и листьям. Со своей стороны, термиты тоже усовершенствовали кишечник, чтобы вся эта масса жильцов могла там вольготно себя чувствовать. В самом деле, подвиды термитов отличаются друг от друга формой и биохимией их кишечника. Термиты, в кишках которых обитают разные виды микроорганизмов, способны питаться разными видами древесины. Одни микробы лучше расщепляют перегной, другие специализируются на листьях, третьи предпочитают древесину. Некоторые термиты за счет обитающих в них микробов умеют извлекать азот из воздуха, то есть в буквальном смысле слова питаются ветками и воздухом.
Так же как в случае с морскими свинками, в отношении термитов тут же возник вопрос: полезны ли для термитов их микробы? Проверить это на насекомых было легче, чем на морских свинках. Термитов можно заморозить, это убьет микробов, но пощадит насекомых. Можно положить термитов в ледник и через некоторое время извлечь их оттуда. Термиты медленно оттаивают, а потом удивленно осматриваются, словно они впервые появились на свет. В каком-то смысле это действительно так и есть – после замораживания термиты утрачивают обоняние и теряют способность узнавать собственную матку. Собственно, вы сами можете провести этот опыт, если живете в местности, где водятся термиты, и у вас есть ледник или морозилка. Когда такой эксперимент был проведен впервые, ученые были поражены его результатом – по крайней мере, в свете работ Рейнирса. Когда с помощью холода убивали кишечную флору термитов, насекомые погибали. По инерции они продолжали питаться привычной пищей, но она проходила сквозь их кишечник, не перевариваясь. Можно сказать, что термиты умирали от жажды, стоя посреди реки. Насекомые гибли от истощения, потому что лишились микробов, которые помогали им переваривать древесину. Ни в одном из опытов, проведенных над позвоночными (крысами, морскими свинками, курами и т. д.), не учитывался результат эксперимента с термитами. Для того чтобы это сделать, ученым, работающим с позвоночными, надо было бы встретиться и поговорить с учеными, изучающими термитов. Но эти исследователи – люди замкнутые. Они неохотно общаются даже со специалистами, занимающимися пчелами и муравьями, так что уж говорить об антропологах? Специалистов по термитам на земле насчитывается всего несколько сотен, и они вполне удовлетворены предметом своих исследований. Правда, следует заметить, что и специалисты по позвоночным не проявляют особого интереса к термитам. Таким образом, обе группы ученых продолжали существовать в параллельных мирах несмотря на то, что пришли к совершенно противоположным выводам на основании практически одних и тех же экспериментов – в одном случае ценой потери железа и десяти лет драгоценного времени, а во втором случае всего лишь ценой ледника.
Разница в результатах экспериментов на морских свинках и термитах имеет чрезвычайную важность для всего человечества. Эта разница объясняет, в чем был неправ Рейнирс при попытках ответить на вопрос Пастера. Нет, я не хочу сказать, что Рейнирс совершил какую-то роковую, безумную или непоправимую ошибку[48]. Но это был промах, типичный для всей современной медицины, – Рейнирс не смог посмотреть на интересовавшую его проблему в более широком смысле, а именно в контексте происхождения человека и его современной жизни. Он хотел сделать полезными для науки морских свинок, очистив их от микробов, и преуспел в этом. Но затем он так построил исследование конкуренции между стерильными и обычными морскими свинками, что сделал гибель первых практически невозможной.
Сейчас вы можете сделать паузу и подумать, чем эксперимент с термитами отличается от эксперимента с морскими свинками. Ответ прост: разница в составе пищи, в болезнях и шансах. История с пищей особенно занимательна – это настоящая история Тайной вечери. Термитам, очищенным от живущих в них микробов, предложили ту же еду, какой они питались и раньше. Но без микробов эта пища оказалась бесполезной. Для того чтобы расщепить целлюлозу и лигнин на усваиваемые питательные вещества, нужны целлюлаза и лигназа соответственно. В кишечнике термитов практически не вырабатываются эти ферменты, и поэтому насекомые могут усваивать только простые сахара, а вся листва и древесина, проглоченная ими, доходила до заднего прохода в неизменном виде и выводилась наружу. В отличие от термитов, морские свинки получали полноценное питание – о такой еде в другой обстановке они могли бы только мечтать. К рациону свинок добавляли все мыслимые полезные добавки, и если какая-то диета оказывалась неподходящей (то есть свинки погибали, что случалось множество раз), то ее заменяли другой. Соревнование стерильных и нестерильных морских свинок проходило в неравных условиях – стерильные свинки пользовались гарантированными преимуществами. Для Рейнирса подопытные животные были машинами, которые следовало заправлять самым лучшим топливом. Они были чем-то вроде автомобиля или парового двигателя, который нуждается в постоянной дозаправке. Но морские свинки, как и мы, не машины. Настоящая конкуренция должна проходить в равных условиях, имитирующих естественный отбор в контексте заболеваний.
При повторении опытов Рейнирса в современных пластиковых стерильных камерах подопытные животные чувствуют себя относительно неплохо. Однако здесь есть одно немаловажное «но». Стерильные свинки нуждаются в дополнительном питании, чтобы поддерживать такой же вес, как свинки – носители разнообразных микробов. Стерильных свинок нужно кормить более питательной и полезной пищей, чем обычных животных. Кишечная микрофлора морских свинок, как и микробы, обитающие в организмах термитов (и, как выяснилось, в наших организмах тоже), вырабатывают ферменты, которые отсутствуют у хозяина. Эти ферменты расщепляют поступающие в кишечник субстанции на питательные и легкоусваиваемые вещества, в частности такие, которые связаны между собой в сложные углеводы растительного происхождения – так называемую клетчатку. Например, бактерия Bacteroides thetaiotaomicron выделяет более 400 ферментов, способных расщеплять растительную клетчатку на простые сахара. Подобных ферментов нет ни в вашем, ни в моем организме. Если еды не хватает, то бактерии отчасти могут восполнить этот дефицит. Благодаря микробам в кишечнике морских свинок (и в нашем тоже), и мы, и они способны извлекать из пищи на тридцать процентов больше калорий, чем если бы у нас не было этих бактерий. Это справедливо в отношении любого вида пищи. Микробы способствуют ее более полному усвоению, извлекая из нее больше питательных веществ и калорий, – нравится нам это или нет.
Вторая причина высокой смертности стерильных морских свинок заключается в дефиците некоторых витаминов, в частности витаминов группы В и витамина К. Без микробов позвоночные (то есть и мы, и морские свинки) неспособны их вырабатывать. Витамин К играет важную роль в системе свертывания крови, и, собственно, называется так по первой букве слова «коагуляция» (во всяком случае, в немецком или русском написании). Взрослея, мы накапливаем в организме запасы витамина К, который получаем из растительной пищи и от наших микробов. На свет мы рождаемся с дефицитом витамина К, так как наш кишечник на тот момент стерилен. Грудное молоко не восполняет этот дефицит, так как оно содержит очень мало витамина К. Исторически сложилось так, что главную роль в накоплении витамина К в детском организме играет быстрая колонизация кишечника микроорганизмами. Если младенцу не удается достаточно быстро заполучить микробов в свой кишечник, возникает риск геморрагической болезни новорожденных. У таких новорожденных кровь не свертывается, что может привести к смертельно опасному кровотечению. Для профилактики этого серьезного заболевания всем новорожденным в США и Великобритании сразу после появления на свет делают инъекцию витамина К. В странах, где такая инъекция не предусмотрена законодательством, геморрагическая болезнь новорожденных распространена больше, особенно среди детей, рожденных с помощью кесарева сечения (так как эти новорожденные не контактируют с микроорганизмами родовых путей матери при появлении на свет). Точно так же, как у детей, у которых микробы еще не колонизовали кишечник, риск дефицита витамина К высок среди детей и взрослых, получающих антибиотики, так как они уничтожают кишечную флору, тем самым угнетая ее способность продуцировать жизненно необходимый витамин[49].
