Читать книгу "Как микробы управляют нами. Тайные властители жизни на Земле - Эд Йонг"

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[284].

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[285]. 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[286]. 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.