Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана - J. Craig Venter
Сегодня в определенный момент экипаж этого роскошного судна, превратившегося в исследовательскую яхту, спустит паруса, остановится и возьмет на борт двести литров морской воды. Они установят приборы для измерения температуры воды, ее солености, уровня растворенного кислорода и т. д. Для сбора образцов морская вода всасывается с помощью насоса, который опускается в океан и тащится рядом с лодкой с помощью длинного шеста. Как только образцы окажутся на борту, ученые пропустят воду через ряд микропористых фильтров, помещенных в круглые держатели из нержавеющей стали, установленные на стойке в кормовой части кокпита лодки.
Фильтры будут отлавливать микроорганизмы разных размеров, и только самые маленькие из них попадут на последний фильтр. Микроб, собранный на фильтрах, будет заморожен и отправлен в Институт Дж. Там исследователи будут работать над идентификацией микробов, используя передовые технологии секвенирования, математику и программы искусственного интеллекта, которые Крейг и его команда помогали изобретать и совершенствовать на протяжении многих лет.
Большинство этих крошечных организмов представляют собой маленькие круглые клетки, которые при рассмотрении в микроскоп не имеют четких отличительных признаков. Другие имеют форму звезд, овалов, стержней и спиралей. У одних есть волосовидные выступы, называемые пили, у других - оболочки, похожие на раковины, шипы или хлыстообразные хвосты, называемые жгутиками.
До того как ученые, подобные Левенгуку, начали заглядывать в свои микроскопы, никто и представить себе не мог, что такой мир существует. И хотя со времен Левенгука микробиология стала одной из основных научных дисциплин, многое в этом мире еще не изучено. Его организмы остаются скрытыми, тайными и игнорируемыми, несмотря на то что населяют практически каждый уголок нашей планеты. Сейчас, когда вы читаете эти строки, в вашем теле обитает около тридцати восьми триллионов бактерий.8 Они повсюду - от кончиков ваших резцов до тонкого кишечника и альвеол, поглощающих кислород в легких. И хотя большинство людей до сих пор считают бактерии одиозными вредителями, которых лучше всего уничтожать с помощью антибиотиков. На самом деле, без них вы бы умерли раньше, чем без теории микробов, которая в XIX веке произвела революцию в выявлении и лечении бактериальных инфекционных заболеваний.
Большинство бактерий, живущих внутри вас и по всей нашей планете, полезны, а некоторые даже жизненно необходимы. Для человека бактерии помогают переваривать пищу и регулировать иммунную систему. Оказывается, бактерии связывают все живые виды, соединяя нас с почвой, водными путями и атмосферой нашей планеты в огромную сеть, которая живет и дышит почти как колоссальный организм - пять миллионов триллионов триллионов отдельных клеток, которые поддерживают макрофлору и фауну, составляющие видимый нами мир, от дубов и колибри до божьих коровок, лабрадоров, игривых дельфинов и вас.
Микробы, в первую очередь бактерии, выделяют жизненно важные химические вещества и, в некоторых случаях, выполняют такие задачи, как преобразование солнечного света в энергию и кислород. Они являются агентами гниения и разложения, поскольку пожирают и расщепляют все, что умирает, а также агентами возрождения, поскольку перерабатывают сырье для жизни, получаемое из трупов мух, одуванчиков, амёб и людей. "Микробы перерабатывают все", - говорит Джек Гилберт, профессор и микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Океанографического института Скриппса. Без них мы бы стояли по колено в собственных избыточных выделениях, по уши в апельсиновых корках и сосновой коре". Все, что является отходами или умерло, должно быть переработано в основные химические вещества жизни - углерод, азот и так далее, и микробы выполняют большую часть этой переработки".
По мере того как ученые узнают все больше об этих клеточных фабриках и их генах, они также находят новые потенциальные источники биоэнергетики, фармацевтики, а также более чистых и безопасных промышленных химикатов. Бактерии, как естественные, так и биоинженерные, играют ключевую роль в производстве таких продуктов, как антибиотики, витамины, ферменты, растворители, напитки, продукты питания и многое другое. Ученые также используют природные и биоманипулированные версии бактерий для создания альтернативных источников энергии, таких как водородное топливо и эт-анол из целлюлозы. Фотосинтезирующие бактерии в океане играют ключевую роль в борьбе с изменением климата, поскольку, подобно деревьям, они поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород.
Малоизвестный поворот к "неудобной правде" бывшего вице-президента США Эла Гора о том, что деятельность человека привела к увеличению накопления углерода в атмосфере. Поток углерода и других загрязняющих веществ в окружающую среду также изменяет баланс микроорганизмов на планете Земля. Избыток углерода грозит нарушить океаническую систему, поддерживающую фитопланктон, который поглощает углекислый газ и производит до 80 процентов кислорода на Земле. Увеличение количества углерода также означает рост числа микробов, живущих в так называемых мертвых зонах: участках воды с пониженным содержанием кислорода, часто залитых азотом, калием и фосфором из удобрений, которые смываются с сельскохозяйственных культур и газонов. Например, в Мексиканском заливе мертвая зона простирается на шесть тысяч квадратных миль к югу от устья реки Миссисипи. Другая, в Оманском заливе у входа в Персидский залив, в десять раз больше - 63 700 квадратных миль. В худшем случае мертвые зоны вообще не поддерживают рыбу и другие макроорганизмы, дышащие кислородом; в худшем - вызывают аномалии, такие как замедление или прекращение роста креветок. Таким образом, деятельность человека подрывает работу тех пяти миллионов триллионов триллионов одноклеточных, которые помогают поддерживать здоровье глобальной экосистемы, поддерживающей жизнь, какой мы ее знаем.
Микробы приспособятся и выживут, как они делали это на протяжении трех с половиной миллиардов лет существования Земли, включая ранние годы, когда атмосфера содержала гораздо больше углерода, чем сегодня. Но маловероятно, что люди смогут так быстро адаптироваться.
Когда в 2003 году началось научное путешествие "Колдуна II", микробиологи культивировали менее двух процентов бактерий, которые, как считалось в то время, существуют в природе, включая те, что обитают в океанах и водных путях Земли. До того как секвенирование дробовика позволило ученым идентифицировать бактерии по их ДНК, микробиологи использовали культивирование, чтобы выкормить и вырастить бактерию в чашке Петри, чтобы получить достаточное количество реплицированных клеток для
