Помоги проекту - поделись книгой:
Илл. 3.1. Джессика Хенли работает с пробами ДНК перед их помещением в центрифугу. Центрифугирование — один из этапов подготовки ДНК, выделенной из проб, для секвенирования. (Фото Лорен М. Николс.)
Я УЖ НЕ ЗНАЮ, какие надежды питал сам Ной, приступая к этой работе, но могу точно сообщить, что было известно по данному вопросу в научной литературе, накопившейся со времен Левенгука, в 1600-е. Начиная с 1940-х гг. стало известно, что в домах повсеместно обнаруживаются виды бактерий, связанные с человеческим телом. Они особенно обильны в тех помещениях, где люди проводят много времени, и в первую очередь на поверхностях, соприкасающихся с обнаженной человеческой кожей, будь то сиденье унитаза, наволочка или пульт дистанционного управления. Сначала подобные исследования были нацелены на поиск и уничтожение небезопасных микробов, например фекальных бактерий на цветной капусте или возбудителей кожных заболеваний на постельном белье. Остальные виды, не вызывающие опасений, не привлекали особого внимания. Уже позднее, в 1970-е гг., были обнаружены и другие микроорганизмы, такие как
Всего в обследованных 40 домах мы обнаружили около 8000 разных видов бактерий, что примерно соответствует числу видов птиц и млекопитающих, обитающих в Америке. Среди них были не только хорошо известные микробы, связанные с человеческим телом, но и многие другие виды, порой весьма необычные. Выражаясь метафорически, мы «раздвинули листву» над 40 домами и обнаружили таящийся под ней мир «дикой природы». Многие из найденных микробов были неизвестны науке, они принадлежали к ранее не описанным видам и даже родам бактерий. Это приводило меня в восторг, я как будто снова вернулся в джунгли, но теперь это были «джунгли» нашей обыденной жизни.
Мы решили расширить число участников и охватить большее число домов. Понадобилось некоторое время, чтобы убедить Фонд Слоуна, который как раз в это время начал амбициозный проект по финансированию исследований форм жизни в домашней среде, выделить нам средства на расширенные исследования. Мы также привлекли к работе 1000 новых участников по всем Соединенным Штатам, каждый из которых взял по четыре пробы в разных местах своего жилища[44].
Мы определили видовой состав микроорганизмов в этой 1000 домов. Можно было ожидать, что во второй выборке окажутся виды, сходные с теми, что нашлись в Роли. До известной степени так оно и оказалось. Многие из микробов, зарегистрированных в Роли, обнаружились во Флориде и даже на Аляске. Однако в каждом доме и в каждом регионе мы встречали такие виды, которых не было в Роли. В итоге было зарегистрировано около 80 000 видов бактерий и архей — в десять раз больше, чем на первом этапе исследования. В это число вошли представители почти всех древнейших «ветвей» на древе жизни. Виды бактерий и архей группируются в роды, роды — в семейства, семейства объединяются в порядки, а те, в свою очередь, образуют классы. Наконец, классы группируются в типы. Некоторые типы, хотя они очень древние, встречаются крайне редко. Тем не менее в домах мы обнаружили почти все типы бактерий и архей, населяющих нашу планету. В постельном белье и в холодильниках мы находили представителей типов, о которых какие-нибудь десять лет назад никто не знал. Именно тогда мы почувствовали всю грандиозность жизни на Земле и ее истории. Для того чтобы полностью разобраться с многообразием живых существ в наших домах, нам придется изучить естественную историю десятков тысяч видов. (Мы еще далеки от этого, тут не хватит и нескольких десятилетий!) Но даже сейчас можно было попытаться очертить какие-то общие закономерности, найти способ классифицировать огромное разнообразие жизни, чтобы сделать его чуть более доступным для понимания.
Некоторые из обнаруженных нами микробов относились к видам, тесно связанным с организмом человека и потому ранее привлекавшим определенное внимание. Но большинство из найденных видов не были патогенными. Это микробы-детритофаги, живущие за счет не очень привлекательных продуктов нашей жизнедеятельности. Куда бы мы ни шли, вокруг нас витает живое облако. Когда мы ходим по дому, с поверхности нашей кожи постоянно отслаиваются чешуйки (этот процесс именуется десквамацией). За день с тела каждого из нас отшелушивается примерно 50 млн кожных чешуек, каждая из которых плавает в воздухе и несет с собой тысячи бактерий, живущих и питающихся на ней. Мы создаем вокруг себя постоянный «снегопад» из таких микробов, спускающихся на кожных чешуйках, как на парашютах. Бактерии выделяются также с фекалиями и с жидкостями нашего тела (слюной и пр.), которые мы оставляем то здесь, то там. В результате в разных местах нашего жилища можно обнаружить следы нашего присутствия. В каждом исследованном доме, на каждой поверхности, соприкасающейся с человеческим телом, мы неизменно находили микробные свидетельства того, что это место населено людьми[45].
То, что человек оставляет за собой микробный след, в принципе неудивительно. Это неизбежно и в общем безвредно, особенно в условиях, где используются современные средства гигиены и есть доступ к «чистой» питьевой воде (позднее мы вернемся к вопросу, что это значит). Подавляющее большинство микробов, остающихся на кресле после того, как в нем посидели вы или кто-нибудь еще, даже приносят определенную пользу. Перед тем как погибнуть, они съедают всевозможные частички, осыпавшиеся с вашего тела. Это бактерии кишечника, помогающие нам усваивать пищу и производящие необходимые для нас витамины. Это кожные бактерии, произрастающие во всех уголках нашего тела и помогающие бороться с патогенными микроорганизмами. Это бактерии в наших подмышках, помогающие сражаться с оседающими на коже патогенами. Изучению нашего микробного следа посвящены сотни научных исследований. О них пишут в новостях. Человеческие бактерии обнаруживаются на сотовых телефонах, поручнях вагонов метро и дверных ручках. Они сопровождают человека повсюду, и их численность прямо пропорциональна плотности человеческой популяции. Они будут с нами всегда, и это прекрасно.
Кроме видов, связанных с частичками, опадающими с наших тел, мы обнаружили виды, живущие на разлагающейся пище, — гнилостные бактерии. Неудивительно, что мы находили их в холодильниках и на разделочных столах, но далеко не только там. Например, одна из проб, взятая из телевизионного приемника, почти целиком состояла из бактерий, ассоциированных с пищей. Зачастую мы просто не могли найти объяснение, почему такое происходит. Наука полна загадок[46]. Конечно, если бы мы обнаружили, что в человеческом жилье встречаются только гнилостные бактерии и микробы, питающиеся опавшим с нас детритом, такая находка с научной точки зрения была бы крайне банальной, подобно «открытию», что влажный тропический лес в Коста-Рике состоит из деревьев. Но дело не сводилось к микробам на нашем теле и испорченной пище.
При более детальном анализе мы нашли другие разновидности микробов, экстремофильные виды бактерий и архей, подобные тем, которые были предметом поисков Брока, — виды, предпочитающие самые экстремальные условия и процветающие в них. Для такого микроскопического существа, как бактерия или архей, наш дом предоставляет самое невероятное сочетание крайностей, большинство из которых непреднамеренно созданы самими людьми. В наших холодильниках и морозильниках температура ниже, чем в самой холодной тундре. Мы пользуемся бытовыми печами, в которых жарче, чем в самой жаркой пустыне, и бойлерами, напоминающими горячие источники. К тому же в домах можно найти как предельно кислые среды (например, в некоторых продуктах, таких как хлебная закваска), так и предельно щелочные (как в зубных пастах, отбеливателях и различных чистящих средствах). В таких контрастных уголках человеческого жилища мы обнаруживали виды, которые, как считалось ранее, живут только в океанских глубинах, на ледниках или в отдаленных соляных пустынях. Дозаторы мыла в посудомоечных машинах оказались совершенно особой экосистемой, состоящей из микробов, способных жить в очень жарких, в очень сухих и в очень влажных условиях[47]. В бытовых печах обнаружены виды, выдерживающие экстремально высокие температуры. А недавно выяснилось, что один вид архей выживает в автоклавах — сверхгорячих устройствах, используемых в лабораториях и больницах для стерилизации оборудования[48]. Когда-то давно Левенгук показал, что перец может содержать необычные формы жизни. Мы обнаружили, что это характерно и для соли. Только что купленная в магазине соль содержит виды бактерий, типичные для пустынных солончаков и тех мест, что когда-то были океанским дном. В стоках из раковин мы нашли совершенно уникальное сообщество видов, куда входят не только бактерии, но и крошечные мушки, личинки которых питаются этими бактериями. (Вы часто видите их, при этом, вероятно, не понимая, что это. Их крылья имеют сердцевидную форму, и на каждом — кружевной узор.) Душевые шланги и лейки, которые периодически то увлажняются, то обсыхают, покрыты пленкой из необычных микробов, обычно встречающихся в болотах. Такие новые экосистемы часто физически очень малы, а экологические ниши входящих в них видов довольно узки. Эти микробы зачастую нуждаются в очень специфических условиях. В результате их трудно заметить, что характерно для видов естественной среды, обладающих очень узкими нишами. К примеру, того самого «тигрового муравья», которого отыскала Кэтрин, обнаружить в принципе нелегко, потому что он обитает исключительно в яйцевых коконах пауков, причем тех их видов, которые прячут свои коконы под землей.
Открытие жизни в экстремальных уголках человеческого жилища было не единственным откровением для нас. В некоторых из обследованных домов нашлось кое-что еще, а именно особая группа микробов, не достигающая высокой численности, но тем не менее составлявшая значительную долю от общего разнообразия, обнаруженного нами. Это были виды, типичные для девственных лесов и прерий, обычно обитающие в почве, на корнях растений, на листьях и даже в кишечнике насекомых. Такое буйное биоразнообразие чаще всего встречалось с наружной стороны входных дверей, несколько реже — с их внутренней стороны, но, как оказалось, они способны иногда проникать и внутрь помещения. Эти виды могут жить в воздухе и на комочках почвы, попадающих в дом с улицы. Они могут находиться в состоянии покоя, поджидая, когда для них найдется подходящая пища, а могут быть и мертвыми. А вот какие именно из этих микробов окажутся внутри дома, зависит от того, что находится в его ближайшем окружении. Чем ближе к естественным условия снаружи, тем больше дикой природы проникает внутрь[49]. Очень легко воспринять этих неприкаянных бродяг, путешествующих по нашему дому, как ни на что не влияющих правонарушителей. Легко, но совершенно неправильно.
ДАВАЙТЕ СДЕЛАЕМ НЕБОЛЬШУЮ ПАУЗУ, прежде чем я начну рассказ о различных микробах, которых вы прямо сейчас вдыхаете с воздухом, и о том, что происходит в домах с обилием уличных бактерий и других форм жизни (членистоногих, грибов и т. д.). Позвольте мне сначала поместить наши открытия в несколько более широкий контекст. Чтобы разобраться в том, кто же живет бок о бок с вами, нужно рассмотреть более долгую историю, а именно историю человеческого дома.
В доисторические времена люди обычно проводили ночь в шалашах из прутьев и листьев. Это подсказывает нам образ жизни современных человекообразных обезьян, у которых был общий предок с нами, людьми. Те черты поведения, которые специфичны для каждого из видов обезьян, ничего не дают нам для понимания этого прародителя, но общие для них признаки, скорее всего, унаследованы именно от него. Все ныне живущие человекообразные строят убежища из плохо прилаженных друг к другу веток и листьев. Их делают шимпанзе, обычные и карликовые, а также гориллы и орангутаны[50]. Обычно обезьяны устраивают пристанище всего на одну ночь, а потом бросают его. Такие гнезда — это скорее спальные места, чем дома, — лежанки, устроенные в однодневных ночлежках, напоминающих «общежития».
Не так давно одна студентка из моей лаборатории в Университете Северной Каролины, Меган Томмс, изучала бактерий и насекомых в гнездах шимпанзе. Мы ожидали, что в них будет полным-полно видов, связанных с телом обезьян, будь то специфичные для шимпанзе бактерии или кое-кто покрупнее, забравшийся в гнездо в поисках поживы. (Например, в шерсти ленивцев формируется особое сообщество, состоящее из членистоногих и водорослей[51]. Почему бы и не у шимпанзе?) Паразитические клещи. Пылевые клещи. Может быть, кожееды и жуки-притворяшки. Всех их можно встретить в человеческой постели[52]. Во время сна мы, люди, окружены своеобразной экосистемой, живущей за счет отмерших частиц нашего тела. Однако Меган установила, что гнезда шимпанзе населены почти исключительно бактериями из окружающей среды — из почвы и листьев[53]. Какие именно бактерии, зависит от того, в какой сезон, сухой или влажный, взята проба. Очень может быть, что похожее микробное население обитало и во временных жилищах наших далеких предков, когда они еще не начали строить себе дома. Именно с ним наши прародители сосуществовали в течение миллионов лет, хотя конкретный состав видов мог меняться в зависимости от времени года и местообитания.
Когда нашим пращурам понадобилось постоянное убежище, а не просто гнездо, они начали заселять пещеры. Искусство возводить настоящие дома возникло позднее. Самое древнее свидетельство такого умения — стоянка древнего человека Терра-Амата (в районе современной Ниццы)[54]. Именно там археологи раскопали остатки не менее 20 домов, стоявших в древности вдоль побережья. В наиболее сохранившихся из них найдены круги, составленные из камней, в центре которых был слой пепла. На полу до сих пор заметны ямки от кольев, на которых держалась крыша. Вокруг каменного очага расположены следы от других кольев, которые, по-видимому, были изогнуты и, сходясь верхними концами в одной точке, образовывали своды жилища. Эти постройки были сооружены древними гоминидами (скорее всего, принадлежавшими виду
Двадцать тысяч лет тому назад в разных уголках мира стали появляться настоящие дома. Почти во всех известных случаях эти жилища имели круглую форму и сводчатую крышу. Их конструкция была очень простой и напоминала гнездовую камеру термитника, которую строят для себя самцы и самки («царица» и «царь» термитов). В некоторых местностях дома строили из ветвей, в других из глины. В более северных районах — даже из мамонтовых костей. Некоторые из этих построек были временными, их использовали всего несколько дней или недель. Но я думаю, что даже в таких домах уже формировалось сообщество микробов, немного отличающееся от естественного. Прекрасное доказательство тому дали исследования построек современных людей, очень напоминающих первобытные жилища. Например, в Бразилии изучались традиционные дома племени ачуар, не имеющие стен и покрытые сверху пальмовыми листьями. В них преобладают бактерии, попадающие из окружающей среды[57]. А вот в постройках племени химба из северной Намибии, исследованных Меган Томмс, хотя они представляют собой самые простые круглые дома, микробное население той части дома, где люди проводят ночь, отличалось от микробов в той части, где готовится пища. Даже в самых примитивных жилищах формируется сообщество микробов, связанных с человеческим телом. Оно существует в домах химба и ачуар, но, как и в гнездах шимпанзе, в этих жилищах бактерии из внешней среды представлены не меньшим числом видов, чем в окружающем их воздухе. В постройках этих племен эти две группы микробов сосуществуют. Конечно, дома химба и ачуар нельзя считать полными аналогами древнейших человеческих построек, но я считаю вполне резонным предполагать, что обитатели хижин в Терра-Амата во Франции жили в таком же окружении из бактерий из внешней среды, как и наши современники ачуар и химба.
Итак, было время, когда люди умели строить только круглые дома. Примерно 12 000 лет назад появились квадратные конструкции. Хотя по сравнению с круглыми домами в них меньше полезного пространства, квадратные удобны тем, что их элементы легче комбинировать, например ставить бок о бок или даже один модуль на другой. Практически везде, где люди освоили земледелие и плотность населения выросла, произошел переход от круглых сооружений к квадратным. Когда это случилось, жилище стало еще более изолированным от внешнего мира. Пространство еще определеннее разделилось на «внутри» и «снаружи». Впрочем, постройки старого типа не исчезли, они продолжали существовать наряду с квадратными домами.
А теперь перенесемся на 12 000 лет вперед. Сегодня большая часть человечества проживает в городах, и эта тенденция постоянно усиливается. Основная масса городского населения живет в квартирах. Расстояние, которое необходимо преодолеть микробам из внешнего мира, чтобы попасть в них, все увеличивается. Если держать окна квартиры закрытыми, то бактериям нужно каким-то образом подняться по лестнице, миновать холл, пройти через несколько дверей и только потом юркнуть внутрь. Мы воображаем, что способны создать стерильный мир. Но вместо этого в квартирах, где окна постоянно закрыты, а путь до парка неблизок, создается собственный мир, состоящий в основном из микробов, питающихся частичками, осыпающимися с нас самих, с нашей пищи, со стен, потолков и т. д. Когда-то мы жили в убежищах-гнездах в окружении бактерий из внешней среды, и микробный след, оставляемый человеком в том месте, где он сидел или лежал, был почти незаметен. Тут мы подходим к ключевому моменту. Результаты нашего исследования показали, что микробная жизнь в квартирах почти так же разнообразна, как и внутри особняков. Некоторые человеческие постройки очень надежно изолированы от внешнего мира, другие, например жилища современных ачуар и химба, практически открыты. Мы сами выбираем, насколько богатой будет природная жизнь в нашем доме.
ПО ОПЫТУ МНЕ ИЗВЕСТНО, что люди, узнав о том, что их в собственном доме окружают тысячи разнообразных бактерий — экстремофильных, детритоядных или тех, что пришли из лесов и почв, реагируют по-разному. Профессиональным микробиологам, с которыми я часто общаюсь, наши результаты кажутся впечатляющими, но не ошеломительными. «Восемьдесят тысяч видов? Я бы подумал, больше… Зимой тоже брали пробы? А на собаках смотрели?» Микробиологи, которые ежедневно сталкиваются с «блеском и нищетой» невидимого мира, становятся невосприимчивыми к его чудесам. Давайте пока не будем обращать на них внимание.
Некоторые испытывают благоговение. Я сам ощущаю это трепетное чувство и хотел бы разделить его с другими. Как это волнующе — проникать в многообразный и до конца не открытый нами мир. Эволюции потребовалось 4 млрд лет для того, чтобы возникло царство микробов, которое живет по соседству с нами. Каждый дом кишит безымянными видами, о которых практически ничего не известно; с некоторыми из них люди живут бок о бок уже миллионы лет, а другие лишь недавно проникли в углы и закоулки современного дома. Можно сделать множество чудесных открытий, не выходя на улицу. Новые виды. Новые феномены. Все новое.
Но многие чувствуют отвращение. Как я об этом узнал? Просто потому, что мы сообщаем результаты своих исследований жителям обследованных домов. После этого они закидывают нас вопросами по электронной почте. Читать их одно удовольствие. Иногда они напоминают мне те вопросы, которые я задавал биологам на биостанции Ла Сельва в Коста-Рике: «Что мы знаем о таком-то виде? Какой образ жизни он ведет?» Часто я отвечаю своим респондентам так, как отвечали мне ученые в тропиках: «Мы не знаем. Можете сами заняться их изучением». Или: «Мы не знаем. Давайте попробуем вместе найти ответ». Иногда, впрочем, вопрос звучит примерно так: «Ок, пусть в пыли моей квартиры живут тысячи бактерий. Как их уничтожить?» Ответ состоит в том, что уничтожать их не нужно.
В идеале наш дом должен напоминать сад, в которым вы истребляете вредные и сорные растения, но заботитесь о тех, что посадили сами. Конечно, вредоносным и болезнетворным микробам в нашем доме нет места. Но число таких видов значительно меньше, чем обычно воображают. Во всем мире насчитывается менее 1000 видов вирусов, бактерий и простейших, вызывающих инфекционные заболевания.
В плане личной гигиены мы держим возбудителей инфекций в узде простым умыванием рук. Тем самым мы преграждаем путь фекальным микробам, которые могут попасть в рот через грязные руки. Мытье рук не уничтожает плотный слой микробов на вашей коже, оно просто удаляет вновь прибывших гостей. На индивидуальном уровне мы также используем защиту путем вакцинации. В свою очередь, наши правительственные органы и система здравоохранения борются с инфекциями специальными мерами, включая инфраструктуру для обеззараживания воды, когда уничтожаются патогены (но не все живые организмы в воде). На государственном уровне решаются вопросы борьбы с насекомыми, переносящими возбудителей инфекций, таких как малярия или желтая лихорадка. Наконец, если профилактические меры не помогают, то врачи для борьбы с патогенными бактериями используют антибиотики. Взятые вместе, все эти средства борьбы и контроля над инфекциями спасли сотни миллионов жизней и при правильном применении могут и дальше делать это.
Но все эти меры эффективнее всего действуют тогда, когда нацелены исключительно на вредоносные виды. Если же заодно с ними уничтожаются остальные виды (например, около 79 950 видов, обитающих в наших домах), последствия могут быть негативными. У меня еще будет возможность поговорить о том, что происходит, когда люди пытаются истребить все формы жизни в своем доме. Пока же достаточно сказать, что подобные действия лишь способствуют расселению, размножению и эволюции патогенных и опасных микробов, а вот работу нашей иммунной системы, напротив, затрудняют. В громадном большинстве случаев гораздо полезнее для здоровья поддерживать высокое биологическое разнообразие в нашем жилище, особенно за счет «диких» микробов, пришедших из лесов и почв (естественно, при условии, что вредные виды при этом находятся под контролем). Конечно, все не так просто (в биологии вообще все довольно сложно), но в целом дело обстоит примерно так[58].
И тут кое-кто из вас подумает: «А я все равно постараюсь избавиться от всей этой мерзости». Одна из полезных функций непатогенных микробов, живущих на поверхности нашего тела и в наших домах, состоит в том, что они помогают нам в борьбе с патогенами. Но возможно, вы воображаете, что, уничтожив всех без исключения микробов вокруг себя, вы окажетесь в стерильной среде, где не понадобится бороться ни с одним патогеном. В рекламе чистящих средств часто утверждается, что они убивают 99 % бактерий (не справляясь лишь с немногими особенно устойчивыми), но кто поручится, что вы не столкнетесь с оставшимся одним процентом? Если и есть где-нибудь жилое пространство, в котором человек попытался довести уничтожение микробов до предела, то это Международная космическая станция (МКС). Если вы воображаете, что сможете полностью очистить свой дом от бактерий, то МКС прекрасно иллюстрирует, чего вы добьетесь в реальности.
В САМОМ НАЧАЛЕ СВОЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ NASA рассудило, что важно предотвратить попадание земных микробов в космос. На первых порах опасались, что космический корабль может занести бактерии с Земли[59] в Солнечную систему или, наоборот, доставить на нашу планету «семена» внеземной жизни. В NASA был создан даже особый отдел — Отдел Планетарной Защиты (Planetary Protection Office). Со временем ученые NASA озаботились и тем, что астронавты, совершавшие полеты на космических челноках, а позднее на МКС, проводят значительное время в замкнутом пространстве, где могут присутствовать патогены.
На помощь NASA пришел сам космос. Шансы на то, что какие-то внеземные микробы проникнут внутрь космического челнока или МКС, равны нулю. Откройте окно у себя дома, и вместе с воздухом в комнату попадут микробы из внешней среды. Откройте люк МКС — и космический вакуум засосет вас, а заодно и все живое вокруг. Вдобавок объем воздуха внутри космической станции невелик, гораздо меньше объема воздуха в жилом доме. Поэтому сравнительно несложно контролировать как уровень влажности, так и потоки воздуха на станции. Наконец, NASA разработало современную аппаратуру для очистки всех пищевых продуктов и материалов перед их отправкой на МКС. Короче говоря, как ни старайтесь, вы не сможете сделать ваш дом столь же безжизненным, как эта орбитальная станция. Остается спросить, а живет ли на МКС кто-то, кроме людей.
Детальные исследования живых существ, населяющих МКС, проводились и продолжаются до сих пор. Одно из последних таких исследований осуществлялось по точно такой методике, которую мы использовали, обследуя дома в Роли. Конечно, это не случайно. В 2013 г., вскоре после того как мы опубликовали результаты нашего исследования 40 домов, ко мне обратился Джонатан Эйзен, микробиолог из Калифорнийского университета в Дейвисе. Его интересовало, можно ли применить нашу методику на космической станции. Конечно, мы хотели видеть астронавтов в числе участников нашего проекта не меньше, чем простых жителей Роли. Для взятия проб использовались точно такие же ватные палочки. И помещения для обследования были выбраны примерно такие же, хотя нам и пришлось несколько изменить процедуру. Мы просили участников проекта на Земле собирать пыль, осевшую на оконных рамах, что позволяло дать количественную оценку микробной жизни в окружающем воздухе. Но в условиях низкой гравитации на МКС пыль не оседает, поэтому астронавты брали пробы не с оконных рам, а с воздушных фильтров. В этом исследовании мы предлагали такие же формы согласия на использование полученных данных, как и прежде, но с небольшими изменениями. Работая в земных домах, мы соблюдали анонимность в отношении полученных результатов. Только жители дома, где были взяты пробы, знали о них, для остальных доступ был закрыт. На МКС это оказалось невозможным. Что-что, а анонимность не по части астронавтов. При проведении работ на станции находились шестеро: астронавты NASA Стив Свенсон и Рик Мастраччо, космонавты Олег Артемьев, Александр Скворцов и Михаил Тюрин, и командир МКС Коити Ваката, представлявший Японское агентство аэрокосмических исследований. Коити Ваката взял необходимые пробы, которые потом были доставлены на Землю и отправлены в лабораторию Джонатана Эйзена в Калифорнийском университете. Их изучала его студентка Дженна Ланг.
Проведенные ранее исследования показали, что бактерии из естественной среды на борту МКС практически отсутствуют. Здесь нет микробов, характерных для лесов и полей. Нет и микробов, связанных с пищей. Но, несмотря на эти успехи, задача по созданию на станции совершенно стерильной среды не была решена. Бактерии на МКС все-таки присутствуют, и в немалом количестве. Конечно, почти все они относятся к одной категории — видам, обитающим в организме астронавтов. Это было установлено уже первыми исследованиями на МКС и подтвердилось результатами, полученными Ланг. Но, чтобы должным образом проанализировать эти данные, рассмотрев их в определенном контексте, мы составили сравнительную карту распределения бактерий на космической станции и в домах города Роли. На этой карте пробы, наиболее сходные по видовому составу микробов, расположены более плотно, а наименее сходные удалены друг от друга. Карта показывает то, о чем я уже рассказывал выше, говоря о домах в Роли: в образцах пыли, взятых с дверных порогов, видовой состав схож, в них соседствуют микробы, характерные для внутренних помещений и открытых пространств. Пробы, взятые с кухонь в разных домах, тоже похожи друг на друга, в них представлены в основном бактерии, связанные с пищей. Наконец, пробы с постельного белья и унитазных сидений различались, но не настолько, как вы могли бы надеяться. Все образцы, взятые на МКС, оказались в нижней части карты, причем независимо от того, в каком именно отделении станции они были взяты. По составу микробов они больше всего напоминают пробы с постельного белья и из туалетов «земных» домов[60]. Во всех этих трех случаях пробы содержали фекальные бактерии.
В «космических» пробах Ланг обнаружила виды, родственные
Можно сказать, что видовой состав микробов на космической станции был именно такой, какой мы ожидали бы найти в обычном земном доме, если полностью изолировать его от внешнего мира. Если вы будете поддерживать в своем жилище идеальный порядок и при этом держать плотно закрытыми все окна, двери и люки, у вас получится нечто похожее на МКС. Но это еще не все. Пробы, взятые в разных частях станции, оказались крайне похожими друг на друга. В них присутствовали одни и те же микробы. В этом отношении МКС напоминает первобытный дом, построенный из глины или листьев. В таких постройках, если сравнить их с современными домами, все виды встречаются повсюду. Есть только один нюанс. Сходство микробного населения во всех уголках традиционного дома, неважно, где он расположен — в Амазонии или в Намибии, объясняется абсолютным преобладанием бактерий из внешней среды. Эти виды находятся там повсеместно. А на МКС, как установила Ланг, сходство проб по видовому составу обусловлено доминированием человеческих бактерий, которые в отсутствие силы тяготения и других форм жизни равномерно распределяются по всему пространству станции. Если вы будете без устали чистить и мыть свой дом, вы добьетесь примерно такого же эффекта. Нечто подобное можно наблюдать в некоторых домах на Манхэттене. Когда мы и другие исследователи приступили к изучению таких квартир, мы столкнулись с одной проблемой. Связана она не с теми видами, которые присутствуют в доме, а с теми, которые в нем отсутствуют. Проблема эта возникла тогда, когда мы научились строить дома, почти лишенные всего живого (кроме бактерий, связанных с нашим собственным телом), и стали проводить в четырех стенах до 23 часов в сутки.
Илл. 3.2. Овалы обозначают различные местообитания, из которых были взяты пробы бактерий в домах г. Роли и на МКС. Чем больше овал, тем больше различий в видовом составе бактерий в отдельных пробах, взятых из одинаковых местообитаний. Чем ближе друг к другу расположены овалы, тем более сходен видовой состав их бактерий. В местообитаниях, расположенных ближе к нижнему краю рисунка, доминируют бактерии человеческого тела, в тех, что расположены в верхней части справа, — бактерии, связанные с пищей, а в тех, что находятся вверху слева, — бактерии из почвы и других естественных сред. (Рисунок Нила Мак-Коя.)
Глава 4. Отсутствие как болезнь
Повсюду стоял смрад от прорванных сточных труб и разлагающихся крысиных трупов… Дух блевотины витал среди яблочной кожуры, побегов спаржи и капустных кочерыжек… Это было как тотальное заражение разрушающихся зубов, метеоризм вспученного живота, перегар, изрыгаемый пьяницей, сухое зловоние падали, кислый дух из ночного судна… вся эта лавина нечистот низвергалась по гниющим улицам… испускающим свои ночные ароматы.
В 1800-е гг. мир содрогался в судорогах холеры. Первая пандемия началась в 1816 г. в Индии и перекинулась в Китай, где погибло более 100 000 человек. Вторая началась в 1829 г. и прокатилась по всей Европе. Она закончилась 30 лет спустя, унеся сотни тысяч жизней от России до Нью-Йорка. В 1854 г. холера опять перешла в наступление, теперь уже по всему миру, захватывая один город за другим. Люди погибали целыми семьями, их трупы вповалку загружали в похоронные дроги. Только в России от холеры умерло более миллиона человек. Многоквартирные дома, в которых еще недавно бурлила жизнь, превратились в пустые скорлупы. В некоторых городах в то время количество умерших превосходило число родившихся. Сценарий, когда численность населения поддерживается только за счет притока иммигрантов, экологи называют демографической ямой[63]. Города становились ямами, по сточным трубам которых стекали человеческие жизни.
В те времена распространение холеры связывали с миазмами. Согласно данной теории, инфекции, включая холеру, вызываются дурно пахнущим воздухом (миазмом), особенно ночным. Эта теория сейчас кажется смехотворной, но в ней есть и рациональное зерно. Она выражает идею, что неприятные запахи связаны с болезнями. Биологи-эволюционисты утверждают, что понимание взаимосвязи между зловонием и недугом имеет очень древние корни и закреплено в нашем бессознательном[64]. На протяжении долгой эволюционной истории избегание отвратительных запахов давало нашим предкам больше шансов на выживание[65]. Отталкивающий смрад падали уменьшает риск заражения гнилостными бактериями. Неприязнь к запаху испражнений защищает от заражения фекальными микробами. По-видимому, понятие миазмов настолько древнее, что стало почти врожденным. К сожалению, когда на земле появились большие города, корреляция между дурным запахом и болезнью перестала быть руководством к действию. Зловоние царило повсюду, но уехать за город, чтобы спастись от смрада, могли себе позволить только состоятельные люди.
Илл. 4.1. Воссоздание карты, на которой доктор Сноу отмечал локализацию смертных случаев от холеры в Сохо, Лондон, 1854. Каждый черный штрих обозначает смерть, а каждая буква «P» указывает расположение водозаборной колонки. С помощью этой карты Сноу демонстрировал, что по большей части умершие жили поблизости или пили воду из колодца на Брод-стрит. (Рисунок воспроизводит реконструкцию Джона Макензи [2010], сделанную на основе карты Джона Сноу [1854].)
История поисков истинной причины холеры насчитывает долгие десятилетия бесплодных попыток и упорного нежелания ученых и широкой публики поразмыслить над тем, что находится прямо у них перед глазами. Впрочем, в середине XIX в. в Лондоне нашелся один человек, по имени Джон Сноу, проявивший больше наблюдательности, чем его современники. Сноу предположил, что холеру вызывают невидимые «микробы», передающиеся не по воздуху, а через фекалии, из которых каким-то образом они попадают в ротовую полость. В отличие от самого кала, думал он, микробы не имеют дурного запаха. Эта идея была встречена без энтузиазма. Она противоречила теории миазмов, к тому же была вульгарна. В 1854 г. Сноу работал в лондонском районе Сохо, где произошла особенно сильная вспышка холеры. Используя данные священника Хенри Уайтхеда, Сноу смог определить, в каких местах Сохо люди заболевают холерой, а в каких нет.
Он пришел к выводу, что все смертельные случаи сконцентрированы в одном довольно крупном квартале. Тут же нашлась и причина. Все жители квартала брали воду из одной и той же водозаборной колонки, расположенной на улице Брод-стрит (ныне Бродвик-стрит). Правда, от холеры погибли и несколько семей, не пользовавшихся этой колонкой, но, как выяснилось позднее, все они пили хотя бы иногда воду из колонки на Брод-стрит, когда вода в их собственной колонке пахла миазмами.
Сноу нанес все случаи смерти от холеры на карту, чтобы показать, как болезнь распространялась во все стороны от зараженной колонки. С этой картой в руках он доказывал, что причиной заболевания была вода из этого загрязненного источника и что если снять рукоятку насоса с колонки, остановив ее действие, то эпидемия в Сохо прекратится[66]. Хотя Сноу был абсолютно прав, ему понадобилось несколько лет, чтобы убедить большинство своих коллег. Тем временем холерная эпидемия в Сохо пошла на убыль и прекратилась сама собой[67]. Уже потом выяснилось, что источником инфекции была старая пеленка, лежавшая в заброшенной выгребной яме вблизи той самой колонки. Много лет спустя Роберт Кох, микробиолог, открывший бактерию
Потребовались десятилетия, чтобы понять, каким образом нужно реконструировать города для предотвращения подобного загрязнения воды. В случае с Лондоном решение состояло в том, чтобы доставлять в город воду из отдаленных источников, где вероятность ее заражения ниже. После открытия, сделанного Сноу, в крупных городах, включая Лондон, стали осуществлять активный контроль над утилизацией отходов. В ряде случаев, хотя и не повсеместно, в городах начали подвергать обработке поступающую питьевую воду. Тем самым были спасены миллионы, если не миллиарды жизней[68]. Принцип состоял в том, чтобы пресечь попадание возбудителей инфекции из фекалий одного человека в ротовую полость другого.
Вслед за Сноу эпидемиологи стали повсеместно использовать картирование для изучения распространения болезней. Студентам рассказывают, что карта Сноу была первой (хотя и не вполне точной) иллюстрацией того, как распространяется инфекция. Им также объясняют, как важно картирование для того, чтобы определить вероятный источник болезни и ее возможную причину. В большинстве случаев, когда эпидемиолог использует этот метод, он стремится описать, когда и где встречается патоген, а затем уже пытается понять почему. Хотя карты показывают только корреляции, они помогают эпидемиологам выявлять причинно-следственные связи. Но порой они лишь отражают степень нашего незнания, как это произошло в 1950-е, когда возникла целая серия новых заболеваний.
Подобно апокалиптическим всадникам, это новое племя недугов — болезнь Крона (воспалительное заболевание желудочно-кишечного тракта), астма, аллергия и даже рассеянный склероз — несло людям страдания и разнообразные функциональные расстройства. Все эти состояния сопровождались той или иной формой хронического воспаления. Но что его вызывало?
Поскольку эти болезни были совершенно новыми, они вряд ли определялись исключительно наследственными факторами. Более того, подобно лондонской холере, они были локализованы географически, причем довольно необычным образом. В отличие от холеры, случаи заболеваний отмечались в основном в районах с развитой системой общественного здравоохранения и хорошей инфраструктурой. Чем богаче был регион, тем с большей вероятностью население страдало ими. Это полностью противоречило сложившемуся под впечатлением работ Сноу представлению о связи «микробов» с географией. Впрочем, если изучать распространение этих заболеваний в пространстве или по отношению к другим внешним факторам, то можно приблизиться к пониманию их причин, следуя предложенному Сноу подходу. Картирование помогало ему выдвинуть гипотезы о причинах заболевания. Для их проверки он использовал метод натурного эксперимента. Когда он отбрасывал в ходе проверки все гипотезы, кроме одной, наилучшей, он снова обращался к картам в качестве доказательства в ее пользу. Тогда — и только тогда — можно было подойти к пониманию особенностей биологии реального возбудителя инфекции. Так следовало поступить и с этими новоявленными болезнями. Для начала кто-то должен был выдвинуть гипотезы и затем, путем натурного эксперимента, их проверить.
В болезнях винили новые патогены, холодильники и даже зубную пасту. Одна группа исследователей доказывала, что истинная причина не в воздействии какой-то бактерии, а, напротив, в ее отсутствии. Среди участников этой группы был эколог Илкка Хански — несколько неожиданный персонаж в истории о хронических заболеваниях и микробах. Он начал свою научную карьеру с того, что стал признанным во всем мире специалистом по жукам-навозникам. Историю жизни Хански, глава за главой, можно найти в его автобиографии. Он начал писать ее в 2014 г., в большой спешке, поскольку в марте того года объявил друзьям, что скоро умрет от рака. Ему хотелось сохранить для потомства некоторые важные мысли о живой природе.
Читатель этой книги вместе с Хански проходит через все этапы его научной карьеры. Всю жизнь тот занимался изучением небольших местообитаний в виде изолированных участков, подобных островкам. Сначала это были навозные кучи. С точки зрения жуков-навозников каждая куча — это своеобразный остров, который нужно отыскать и очень быстро заселить. В качестве приманки для навозников Хански использовал мертвую рыбу или даже собственные фекалии. На острове Борнео он ловил жуков на склонах горы Мулу, выясняя, почему в одних случаях за какую-то кучу экскрементов соперничает сразу множество видов, а в других — нет. Затем Хански обратился к изучению одного вида бабочек, шашечницы цинксии (
С годами исследования Хански становились все более узконаправленными. Начав с изучения целых сообществ жуков-навозников, он перешел к одному виду бабочек, а после этого и к одной аллели. Однако потом он неожиданно переключился на исследование хронических воспалительных заболеваний человека. Подвигла его на это одна случайная встреча. В 2010 г. Хански присутствовал на докладе на эту тему, который делал видный финский эпидемиолог Тари Хаахтела[69]. То, о чем он рассказывал, оказалось новостью для Хански, ни с чем подобным ему ранее не приходилось иметь дела. Это было свежо и впечатляюще. Хаахтела описывал рост случаев хронических заболеваний. По его данным, начиная с 1950 г. частота этих болезней удваивалась каждые 20 лет, особенно в богатых странах. И эта тенденция сохраняется. Например, за последние 20 лет в Соединенных Штатах число случаев аллергии выросло на 50 %, а астмы — на треть. К тому же, по мере того как бедные страны вкладывали все больше средств в развитие городов, там наблюдался рост числа хронических заболеваний. Эта глобальная модель вызывала удивление и тревогу. Восходящие линии на графике Хаахтелы могли соответствовать росту биржевых котировок, человеческой популяции или цен на масло, но за ними скрывалось нечто другое — чудовища, страшные хронические болезни, подстерегающие нас в собственном доме. На картах Хаахтелы было видно, где они распространены, а где нет.
Илл. 4.2. Неуклонный рост числа новых случаев иммунных нарушений между 1950 и 2000 г. (На основе рисунка Жана-Франсуа Баха, опубликованного в
Хаахтела утверждал, что заболевания не связаны с патогенами, и это шло вразрез с микробной теорией. По его мнению, люди болеют оттого, что лишены контакта с какими-то необходимыми для них видами. О том, какие это виды, он не имел понятия, как не знал Сноу, какое загрязняющее вещество в воде стало причиной холеры. Когда Хански увидел карты Хаахателы, у него сразу появилась догадка о недостающем звене. Эти карты были полной противоположностью тем, что он показывал в своей собственной презентации, — графикам, которые демонстрировали глобальное сокращение площади девственных лесов и их биологического разнообразия: навозных жуков, бабочек, птиц и прочих видов. По мере того как на Земле остается все меньше видов, частота заболеваний растет, причем особенно резко в самых развитых странах мира, уже утративших большую часть своего биоразнообразия (особенно в условиях городской среды). Хански полагал, что это вредное для здоровья явление относится не просто к отсутствию какого-то конкретного вида, оно гораздо масштабнее. То, что мы потеряли, — это биологическое разнообразие как таковое. Впервые в эволюционной истории позвоночных и, возможно, в истории всех животных была утрачена дикая природа. Ее уже нет в наших дворах, особняках, квартирах на Манхэттене и точно так же на МКС…
Нечто подобное уже приходило на ум и самому Хаахтеле, хотя, наряду с точными данными, он прибегал к метафорам. В 2009 г. он даже опубликовал статью о том, что на территории Финляндии в местах с пониженным разнообразием бабочек больше распространены воспалительные заболевания. В статье он поместил несколько фотографий своих любимых чешуекрылых: эльбской сенницы, снежной чернушки, двухвостой нимфалиды, полярной перламутровки, голубянки Ногеля и полудюжины других. Когда подходящая для этих видов среда обитания стала встречаться все реже, заболеваемость пошла вверх[70]. Бабочки были чуткими индикаторами того, как важна связь между людьми и дикой природой и что происходит, когда эта связь рвется. Когда мы изолируем себя от патогенов, наподобие холерного вибриона (а это тоже часть дикой природы!), это хорошо, но сегодня люди зашли чересчур далеко и отгородились не только от тех немногих действительно смертельных врагов, но и от остального биоразнообразия, включая полезные виды.
Хаахтела подошел к Хански, и между ними завязался разговор. Это была не первая их встреча. За много лет до того именно Хаахтела, фотографировавший бабочек в качестве хобби, обратил внимание Хански на обыкновенную шашечницу как удачный объект для исследований. Они сразу вспомнили свои былые очень приятные встречи. Теперь их объединяла не только любовь к бабочкам, но и интерес к изучению глобальных трендов, таких как потеря биоразнообразия, рост числа хронических воспалительных заболеваний, а также переход человечества к жизни в закрытых помещениях, где биоразнообразия еще меньше, чем снаружи[71]. Если все эти тенденции и правда взаимосвязаны, то прогноз на будущее еще хуже. Угроза биоразнообразию все возрастает, а мы тем временем забираемся все дальше вглубь наших домов, прочь от естественной среды обитания. Хаахтела пригласил коллегу посетить семинар в своей лаборатории, где Хански повстречался с микробиологом Леной фон Хертцен, которой предстояло стать одним из его ключевых партнеров. Семинар проходил в такой волнующей атмосфере, что мурашки шли по коже. Как Хански позже напишет в своей автобиографии, у него тогда было ощущение, что он становится участником одного из самых великолепных научных коллективов, в котором ему когда-либо доводилось работать. Ему казалось, что они вплотную подошли к пониманию каких-то очень важных явлений в мире.
Когда Сноу высказал догадку о том, что из фекалий, попавших в воду, распространяется нечто, вызывающее холеру, он не понимал, что же это именно. Точно так же Хански, Хаахтела и фон Хертцен не знали наверняка, какой конкретно утраченный аспект биологического разнообразия способствует заболеваниям, но у них были кое-какие догадки о том,
Подобно малым правительствам, иммунная система человека состоит из большого числа подразделений, когда одни отдают команды, а другие их выполняют. За их согласованную работу отвечает система управления, которая порой дает сбои. В случае хронических воспалительных заболеваний возможны два варианта развития событий. Первый, насколько мы понимаем, состоит в том, что, если вещество (антиген), будь то белок пылевого клеща или смертельный патоген, обнаруживается иммунными клетками на коже, в кишечнике или в легких, это вызывает цепь сигналов, определяющих, атаковать ли антиген немедленно (с помощью белых кровяных клеток, таких как эозинофилы) или в будущем. Если решено начать атаку, то от одного типа клеток к другим направляется целый каскад сигналов, поднимающих «по тревоге» армию различных лейкоцитов, а также (хотя и не во всех случаях) запускающих производство специфических иммуноглобулиновых E (IgE) антител. Эти антитела способны запоминать антиген и в случае, если он объявится снова, смогут заблокировать его. Суть в том, что иммунная система обнаруживает антигены и принимает решения о борьбе с ними. Если все делается правильно, то она оперативно отвечает на угрозы. Если происходит сбой, то иммунные клетки набрасываются на ложные цели, и так развиваются аллергии, астма и другие хронические заболевания. Второй вариант действий направлен на сбалансирование иммунного ответа, чтобы не допустить образования излишка лейкоцитов, таких как эозинофилы, и в то же время предотвратить реакцию антител IgE на какой-либо обнаруженный антиген. Это совершенно особый механизм, в котором задействованы специфические клетки-рецепторы, особые регуляторные соединения и сигнальные молекулы. Он поддерживает мир и спокойствие, блокируя иммунные атаки, поскольку реальная нужда в них случается редко. Большинство антигенов неопасны, особенно те, что встречаются часто и связаны с обычным воздействием внешнего мира или с микробами, живущими на коже, в легких или кишечнике; задача второго механизма состоит в том, чтобы постоянно напоминать организму об этом. Стрэчан и его единомышленники полагали, что этот умиротворяющий механизм, «здравый смысл» нашей иммунной системы, дает сбои, потому что в повседневной жизни получает недостаточно внешних стимулов. Но они не могли объяснить, чего же именно не достает детям, растущим в «сверхчистой» городской среде, какие воздействия необходимы для нормальной регуляции иммунной системы. Хански, Хаахтела и фон Хертцен предположили, что нужен постоянный и полноценный контакт с разнообразными формами жизни, как в домашней обстановке, так и вне дома. Если этого нет, то иммунная система начинает вырабатывать IgE антитела в ответ на совершенно безобидные антигены, такие как продукты жизнедеятельности пылевых клещей, тараканов-прусаков, на грибы и даже на клетки собственного организма. Итак, если дети лишены полноценного контакта с «дикими» видами, регуляторный механизм их иммунной системы не может полноценно работать. Так возникают аллергии и астма, не говоря уже о многих других проблемах. В этом и состояла новая захватывающая гипотеза, которую, впрочем, еще только предстояло проверить на практике.
Недолго думая, ученые решили осуществить такую проверку прямо в Финляндии. Современная Финляндия после окончания Второй мировой войны, по сути, переживала своего рода естественный эксперимент. Частота хронических заболеваний среди финнов возросла повсеместно, за исключением российской части Карелии, региона, бывшего когда-то частью Финляндии. До Второй мировой войны Карелия, находившаяся на границе между Финляндией и Россией, входила в состав Финляндии. После войны граница разделила регион, и в результате образовались русские карелы и финские карелы, люди с общими корнями, но с разным будущим.
В современной российской Карелии ожидаемая продолжительность жизни сравнительно невелика из-за автокатастроф, алкоголизма, курения и всевозможных комбинаций этих факторов. В финской части Карелии эти причины смертности распространены гораздо меньше. Можно сказать, что карелам, живущим в России, повезло меньше, чем их собратьям по ту стороны границы. Однако жители финской Карелии подвержены хроническим заболеваниям, а их сородичи в России — нет. В Финляндии частота таких заболеваний, как астма, сенная лихорадка, экзема и ринит, была и остается в 3–10 раз выше, чем в России. Например, сенная лихорадка и аллергия на арахис вообще не встречаются в российской Карелии[76]. Финская же Карелия давно стала частью того большого мира, в котором процветают хронические заболевания. В послевоенной Финляндии каждое следующее поколение страдает ими чаще, чем предыдущее, чего не наблюдается по другую сторону финско-российской границы.
Хаахтела и фон Хертцен потратили больше пяти лет, сравнивая образ жизни карелов по обе стороны границы. Эта работа получила название «проект Карелия». Они проводили интенсивные наблюдения, исследовали пробы крови на наличие в них антител IgE, связанных с различными формами аллергии. Так им удалось доказать, что две сравниваемых популяции достоверно различаются по частоте аллергических заболеваний. Что еще важнее, они убедились в том, что высокая частота заболеваний в финской Карелии вызвана недостаточным контактом с микробами внешней среды.
Образ жизни российских карелов за последние 50–100 лет не претерпел серьезных изменений. Они живут в небольших сельских домах, без кондиционеров и центрального отопления, постоянно контактируют с домашними животными, включая крупный рогатый скот, и выращивают овощи на своих огородах. Питьевую воду они берут из колодцев, вырытых возле домов, или прямо из близлежащего Ладожского озера. В российской Карелии еще сохранились обширные леса и высокое биологическое разнообразие. Финские карелы живут совсем в другой среде. В основном это жители больших и малых городов, где биоразнообразие резко снижено. По сравнению с сородичами из России большую часть времени они проводят в закрытых помещениях, в домах, надежно изолированных от окружающей среды. Это больше напоминает жизнь на борту космического корабля, чем среди полей и лесов.
Хаахтела и фон Хертцен вместе со своими студентами показали, что дети, выросшие в финской части Карелии, лишены повседневного контакта с некоторыми видами микробов, ассоциированных с растениями. Но это была лишь малая часть общей картины. После того как к работе подключился Хански, они приступили к обоснованию концепции, что сокращение естественного биологического разнообразия (будь это бабочки, растения или что угодно другое) приводит к сокращению числа видов, встречающихся в человеческом жилье, что заставляет иммунную систему вырабатывать избыточное количество эозинофилов, а в результате возникают хронические воспалительные заболевания. В статье, написанной группой ученых во главе с Леной фон Хертцен, эта идея получила название «гипотезы биоразнообразия»[77]. Теперь они могли приступить к ее проверке.
В идеале можно было бы проделать эксперимент — изменить число видов, с которыми растущие дети контактируют в домашней обстановке, а потом в течение нескольких десятилетий отслеживать состояние здоровья этих детей. Теоретически это возможно, но весьма затратно и потребовало бы очень долгого времени. Другой подход состоял в сравнении образа жизни и вероятных воздействий у финских и российских карелов. Но в то время это было нецелесообразно. Пришлось подумать над третьим вариантом. Хаахтела и его коллеги решили исследовать один конкретный район Финляндии, тот самый, в котором они работали начиная с 2003 г. Здесь они могли проверить состояние иммунной системы у подростков 14–18 лет, выросших в домах городского типа, и определить, насколько те склонны к аллергии и астме.
Район для исследований представлял собой квадрат размером 100 на 100 км, внутри которого располагались один небольшой город, несколько деревень разного размера, а также хутора. Дома для эксперимента в этом районе были выбраны случайным образом. Почти все отобранные для исследования семьи жили в этих домах в течение многих лет, поэтому подростки росли в одной и той же среде (что нехарактерно для большинства местностей Финляндии). Конечно, ученых можно было упрекнуть в том, что они не выбрали другой район, с более разнообразным населением, или не обследовали несколько регионов. Но, как неоднократно отмечал эколог Дэн Дженсен, даже «братья Райт не летали во время грозы»[78]. Хански, Хаахтела и фон Хертцен предпочли работать в местности, где они могли контролировать большее число внешних факторов, а также использовать ранее полученные данные.
В ходе исследования все подростки были проверены на наличие у них аллергических заболеваний. Параллельно подсчитывалось видовое разнообразие в их повседневном окружении и на их коже. Рабочая гипотеза состояла в том, что на коже детей, живущих в домах с меньшим биоразнообразием, должно обнаружиться меньше видов микробов и, соответственно, у них больше вероятность аллергии. Уровень окружающего биоразнообразия определяли путем подсчета видов диких, культурных и редких растений во дворе дома. Известно, что каждый вид растений имеет свой специфический набор сопутствующих ему видов бактерий, насекомых и грибов. Поэтому, определив число видов растений, можно получить приблизительную оценку общего видового разнообразия, с которым ежедневно контактирует подросток. Кроме того, подсчитывать виды растений гораздо легче, чем вести учет других организмов. В отличие от микробов, они видны невооруженным глазом и, в отличие от птиц или бабочек, постоянно находятся на одном месте[79]. Для определения накожного бактериального разнообразия пробы брались со средней части предплечья той руки, которой подросток пишет. Число видов устанавливали примерно таким же способом, как мы это делали в Роли. Наконец, уровень аллергии оценивался как функция количества антител IgE в крови подростков. В целом чем больше IgE, тем выше склонность к аллергии. Подростков с повышенным содержанием антител дополнительно проверяли на наличие чувствительности к определенным антигенам, таким как полынь, кошачья и собачья шерсть.
План исследования был довольно прост, а роли каждого из участников четко определены. Хаахтела отвечал за взятие проб крови на аллергены, фон Хертцен занималась микробными сообществами на коже подростков, а Хански — изучением разнообразия растений. Над анализом работали все вместе. Это был большой и многообещающий шаг вперед, хотя в известном смысле, возможно, несколько переоцененный.
ИЗУЧАЯ ЭТИ ДАННЫЕ, Хански и его коллеги испытывали подъем, но в то же время некоторое беспокойство. Действительно ли все дело в разнообразии растений во дворах? Исследователи постарались учесть влияние как можно большего числа факторов, но, как хорошо известно, делать предсказания о здоровье людей невероятно сложно. Хански знал это лучше, чем кто-либо другой. Он уже давно понял, что человек — гораздо более сложный объект для изучения, чем бабочки или навозные жуки. Он задумывался о том, как хорошо было бы провести какой-нибудь натурный эксперимент. Ведь, если они не отыщут никаких закономерностей, вся работа пойдет насмарку. Возможно, потребуется обследовать больше подростков, или разные страны, или увеличить продолжительность наблюдений.
Но то, что Хански, Хаахтела и Хертцен наблюдали, для них было очевидно. На коже подростков, живущих в окружении большого числа редких видов растений, обнаруживалось наиболее богатое видами микробное сообщество, в котором довольно заметно были представлены почвенные бактерии. Они могли попадать на кожу подростков во время прогулок во дворе или проникать в дома через окна и двери, а потом оседать на их телах как днем, так и ночью. Риск возникновения аллергии (любого типа[80]) у таких подростков тоже был меньше. Хотя ученые не проводили настоящего эксперимента, обнаруженная ими корреляция вполне подтверждала их гипотезу.
В частности, одна группа бактерий, гамма-протеобактерии, явно была более распространена при большом разнообразии растений и чаще встречалась на коже подростков, не страдающих аллергическими заболеваниями. Еще наблюдения, сделанные более чем 40 годами ранее, показали, что численность гамма-протеобактерий на коже людей зависит от времени года[81]. То же самое было характерно для проб из гнезд шимпанзе, изученных Меган Томмс. Хански с коллегами установили, что разнообразие этих микробов изменяется в пространстве. Какой бы вид аллергии они ни рассматривали — реакцию на кошек, собак, лошадей, березовую пыльцу, тимофеевку или полынь, частота всех этих заболеваний была ниже у подростков, имеющих на коже большее количество видов гамма-протеобактерий (особенно относящихся к роду
В качестве дополнительной проверки предположения о связи между бактериальным разнообразием (особенно видов рода
ИТАК, РЕЗУЛЬТАТЫ, полученные Хански, Хаахтелой и фон Хертцен, показывают нам, что существует прямая взаимосвязь между разнообразием дикорастущих растений и численностью гамма-протеобактерий (и других бактерий, оказывающих сходный эффект, в легких и кишечнике), что, в свою очередь, способствует работе уравновешивающего механизма нашей иммунной системы и помогает бороться с воспалительными заболеваниями[85]. Эта связь сформировалась за долгие миллионы лет, причем безо всяких усилий со стороны человека. Большое видовое разнообразие гамма-протеобактерий характерно не только для диких, но и для культурных растений. В качестве мутуалистов{6} они встречаются в семенах, плодах и стеблях. Мы вдыхаем их с воздухом, поглощаем с пищей, они окружают нас повсюду, куда бы мы ни шли. Однако если растительные продукты подвергаются обработке, например глубокому охлаждению, численность этих микробов сокращается вплоть до полного исчезновения. Они совершенно отсутствуют на МКС, а в большинстве городских квартир, обследованных нами, встречаются очень редко.
Вполне возможно, что для нашего благополучия нужно, чтобы гамма-протеобактерии были многочисленны не только в саду, но и в горшках с комнатными растениями, и в свежих овощах и фруктах[86]. Чтобы выяснить, какую именно роль играют эти микробы, ученым потребовалось бы, например, целенаправленно изменить число видов растений, растущих во дворе дома или в его комнатах, затем договориться с разными семьями, чтобы одни употребляли в пищу только необработанные растительные продукты, а другие — предварительно стерилизованные фрукты и овощи. Затем, после многолетних наблюдений, оставалось бы проверить, как все эти изменения повлияли на работу иммунной системы. Такой эксперимент был бы немного похож на действия Сноу, предложившего закрыть зараженную колонку с водой, только в данном случае, наоборот, перекрывался бы путь к биоразнообразию. Кто-то мог, наверное, так поступить. Только никто этого не сделал[87]. Правда, по крайней мере одно реальное исследование несколько напоминает мое вымышленное: когда изучали детей амишей, детей гуттеритов и мышей.
Амиши и гуттериты переселились в США из Европы в XVIII–XIX вв. С точки зрения генетики у них много общего, в частности, у тех и других есть гены, связанные с подверженностью бронхиальной астме. С точки зрения культуры они ведут сходный образ жизни. Для них характерны многодетные семьи и рацион, состоящий в основном из продуктов, обычных для традиционного фермерского хозяйства Германии. Вместо вакцинации они употребляют в пищу некипяченое коровье молоко{7}. Есть у них и другие схожие обычаи. Ни амиши, ни гуттериты не смотрят телевизор, да и вообще не используют электричество. У них нет комнатных домашних животных, они держат только рабочую скотину. В обеих группах брак с чужаком автоматически приводит к исключению из общины. Итак, на первый взгляд и в генетическом, и в культурном отношении амиши и гуттериты практически идентичны. Пожалуй, единственное серьезное биологическое различие состоит в том, что гуттериты перешли к промышленному земледелию. Они используют тракторы и пестициды и выращивают ограниченное число злаковых культур. Амиши же, напротив, продолжают вести традиционное фермерское хозяйство, до сих используя лошадей в качестве тягловой силы. Дети амишей сохраняют вполне осязаемую связь с землей, контактируя с почвой и домашними животными гораздо чаще, чем дети гуттеритов. Входная дверь амишского дома часто находится всего в 15 м от ближайшего сарая, тогда как у гуттеритов жилые и хозяйственные постройки расположены на большем расстоянии друг от друга. И, как могли бы предсказать Хански и его коллеги, амиши очень редко страдают астмой. Зато среди гуттеритов частота этого заболевания очень высока, гораздо выше, чем в среднем по Соединенным Штатам. Среди детей гуттеритов этим недугом поражены 23 %. Как и у их сверстников в Финляндии, растущих в среде, бедной дикими видами растений, у них в крови обнаруживается повышенный уровень антител IgE, борющихся с содержащимися в пище аллергенами. Этот факт никак не мог объясняться только иммунологическими различиями.
Не так давно большая группа исследователей во главе с учеными и врачами из Чикагского и Аризонского университетов провела сравнительное изучение иммунной системы у детей амишей и гуттеритов. Когда чикагские исследователи детально проанализировали взятые у этих двух групп образцы крови, они обнаружили, что при попадании в кровь веществ, выделяемых стенками бактериальных клеток, у молодых амишей вырабатывается сравнительно меньше цитокинов — особых молекул, подающих сигнал тревоги. К тому же у белых кровяных телец детей амишей обнаружились некоторые качественные и количественные отличия. В частности, у них было меньше эозинофилов, присутствие которых указывает на воспалительный процесс, а их нейтрофилы были представлены разновидностью, проявляющей наибольшую «разборчивость» в своих атаках. Наконец, в крови юных амишей преобладала особая разновидность моноцитов (еще одного типа белых клеток крови), связанная с подавлением действия иммунной системы. По сравнению со столь «миролюбивым» составом крови юных амишей кровь их сверстников-гуттеритов выглядела настоящим дворовым хулиганом.
Ученые решили, что единственный способ установить вероятное воздействие домашней пыли и содержащихся в ней микробов на иммунную систему амишей, это ввести больным воспалительными заболеваниями дозу такой пыли. Но, исходя из соображений этики, проводить подобный эксперимент на людях они не могли, поэтому было решено поставить его на мышах. В распоряжении исследователей была особая линия лабораторных мышей, страдающих воспалительным заболеванием, сходным с аллергической астмой. Симптомы астмы появляются у них при воздействии яичного белка. Белок для них — «криптонит»{8}. В эксперименте мыши-астматики были разделены на три группы. Животным из первой группы каждые два-три дня в течение месяца вводили через нос яичный белок. Вторая группа получала таким же способом и с той же частотой яичный белок, смешанный с пылью, взятой из спальных комнат гуттеритов. Наконец, третьей группе мышей вместе с белком вводили пыль из спален амишей (как позже выяснилось, в микробиологическом отношении эта пыль была самой разнообразной по числу представленных видов). Как и ожидалось, все подопытные животные, получавшие чистый белок, стали проявлять симптомы аллергического процесса, схожего с астмой. Заболели и мыши второй группы, причем болезнь у них протекала значительно тяжелее обычного. А что произошло с третьей группой, получавшей белок, смешанный с «амишской» пылью? Оказалось, что введенная им пыль практически блокировала возникновение аллергического процесса. Эта чертова пыль не только защитила мышей от болезни, она смогла даже одолеть их самого страшного врага — яичный белок, которым их пичкали в лошадиных дозах![88] Подобный же результат был получен финскими учеными, вводившими мышам пыль из деревенских сараев (при этом пыль, взятая в домах в Хельсинки, такого эффекта не оказала)[89]. Конечно, это не значит, что если вы астматик, то вам следует ползать по полу в спальне амишей или в финском сарае (особенно без разрешения хозяев) и втягивать носом пыль. Но не исключено, что вам нужно больше биоразнообразия и контакта с дикой природой.
Какой же особый компонент, способствующий умиротворению иммунной системы, мог содержаться в «амишской» пыли? В соответствии с предсказаниями Хански и его коллег, это вполне могли быть гамма-протеобактерии, предотвращающие неоправданный иммунный ответ, особенно в легких. Возможно, эту функцию в легких и кишечнике выполняют другие микроорганизмы, скажем фирмикуты или бактероидеты{9}, а может быть, даже некоторые особые виды грибов. Заданная этим исследованием перспектива допускает много возможных ответов, но ясно одно: по мере того как сокращается разнообразие жизни на земле, уменьшается число видов растений, животных и всех остальных, у нас все меньше шансов встретиться с полезными микробами, включая гамма-протеобактерий. Рассмотрим это с точки зрения теории вероятностей. Предположим, существует определенное число видов бактерий, с которыми вы должны вступать в контакт, чтобы оставаться здоровым. Примем далее, что вам неизвестно, в каких именно местах эти бактерии обитают. В этом случае чем выше разнообразие растений, животных и типов почвы, с которыми вы сталкиваетесь, тем выше вероятность вашей встречи с «правильными» микробами. И наоборот, если биоразнообразия недостаточно, то ваши шансы натолкнутся на бактерии, заставляющие иммунную систему держать под контролем ваши эозинофилы, тоже малы. Конечно, это своего рода лотерея. Можно жить в богатом природном окружении и все-таки не иметь контакта с нужными бактериями. Некоторые дети амишей, как и дети российских карелов, страдают аллергией, но это редкость.
Конечно, гораздо лучше было бы определить, в каких именно видах бактерий мы нуждаемся, убедиться в их присутствии в вашей жизни и на том успокоиться. Пока мы этого не делаем, мы не так далеко ушли от самой начальной стадии понимания причин хронических воспалительных болезней, стадии, которая соответствует теории миазмов в эпидемиологии. Чтобы продвинуться дальше, может понадобиться много времени. Рассмотрим фекальную трансплантацию. Это одно из самых лучших средств лечения пациентов, зараженных патогенным микробом
Ученым нравится делать предсказания, а потом их проверять. Одно из свойств науки, которое легче всего предвидеть, — социополитика. Итак, я предсказываю, что в течение ближайших десяти лет появятся новые препараты против хронических воспалительных заболеваний и новые способы их лечения. Одни ученые будут продолжать настаивать, что главная проблема в том, что мы избавлены от присутствия определенных видов круглых, ленточных червей или других гельминтов. Другие станут доказывать, что все дело в контакте с гамма-протеобактериями. Третьи будут искать кандидатов среди других микроорганизмов, причем каждая лаборатория станет предлагать свой собственный вид. Кто-то примется искать нужные бактерии в пищевых продуктах, а кто-то — в воде. Тем временем генетики определят, какие именно гены человека определяют предрасположенность к этим заболеваниям. Так выяснится, что разные люди нуждаются в различных видах микробов в зависимости от своей генетической конституции. Потом, хотя далеко не сразу, генетики сообразят, что обследованная ими выборка человеческих особей состоит в основном из белокожих студентов мужского пола, и если включить в анализ представителей других групп населения, то картина станет более полной… В конце концов выяснится, что набор бактериальных видов, необходимых для поддержания нашего здоровья, варьирует в зависимости от местности, в которой живут люди, и даже от их культурных особенностей. Вероятно, в конце концов можно будет давать индивидуальные рекомендации для конкретных людей. Я бы не стал биться об заклад, что это произойдет скоро, но стремиться к этому нужно. Открытие пути передачи холеры, сделанное Сноу, принесло пользу. Еще более значимым шагом стала идентификация холерного вибриона и появление возможности проверять водопроводную воду на его наличие, чтобы убедиться в ее безопасности.
В ожидании полной ясности мы можем по крайней мере определить проблемы, возникающие при существующем положении дел и найти новый способ действия, пусть не совершенный, но все-таки лучше прежнего. Нынешнее положение заключается в том, что мы живем в окружении совсем не тех видов, с которыми привыкли жить наши предки, да и само биоразнообразие вокруг нас обеднено, потому что мы не только сокращаем число видов на планете, но и отгораживаемся от них в своих домах. Поэтому и процветают такие хвори, как болезнь Крона, астма, рассеянный склероз, различные аллергии и им подобные. Что мы можем сделать для своих детей? Мы должны устроить их жизнь так, чтобы их окружал микробный мир, в котором есть виды, полезные для их здоровья. Чем чаще играть в экологическую лотерею, тем больше шансов на выигрыш.
Сажайте во дворе своего дома побольше всяких растений и почаще контактируйте с ними. Ухаживайте за ними. Наблюдайте за ними. Отдыхайте в их тени. Вполне возможно, что разведение комнатных растений тоже пойдет вам на благо. Разбейте у дома сад и копайтесь голыми руками в земле. Или же вступите в общину амишей и держите коров на своем подворье. Это принесет вам пользу (по крайней мере, точно не повредит). Вместе с тем мы должны сделать так, чтобы все полезные виды продолжали существовать и в будущем. Как выразился в 2009 г. Хаахтела, мы должны «позаботиться о бабочках». Иными словами, важно сохранять биологическое разнообразие в целом, даже если пока мы не знаем, какие именно виды приносят пользу. Забота о бабочках — это забота о самих себе. Оберегайте их, потому что места, где живет много бабочек, обычно богаты микроорганизмами, включая те виды, в которых мы нуждаемся, но пока сами об этом не подозреваем. Защищайте бабочек, чтобы почтить память Илкки Хански. Он умер 10 мая 2016 г., сохранив до конца дней свою любовь к бабочкам. Он умирал в любви к миру во всех его проявлениях. Он умирал, зная, что хотя взмах крыльев бабочки не может изменить погоду, но исчезновение этих насекомых или растений, с которыми так тесно связаны бабочки и многие микроорганизмы, может вызвать серьезные болезни. Биоразнообразие крайне важно для нашего благополучия. Мы нуждаемся в нем у себя в комнате, во дворе своего дома и даже, как недавно выяснилось, в собственной душевой кабине.
Глава 5. Купаясь в ручье жизни
Следует заключить, что в море существует гораздо больше анималькулей, или мельчайших водных тварей, чем мы думали.
Я принимаю ванну раз в месяц, независимо от того, нуждаюсь в ней или нет.
В вине — мудрость, в пиве — свобода, а в воде — бактерии.
В 1654 г. в Амстердаме Рембрандт написал картину «Купающаяся женщина». Положив свое элегантное красное платье на камень, она входит в воду, приподняв края ночной рубашки выше колен, чтобы ее не замочило водой. Ночь, темно, и видно, как кожа женщины мерцает в воде. Эта картина вызывает в памяти произведения художников Древней Греции и Рима. Рембрандтовская купальщица, входящая в ручей, как бы переходит из одного мира в другой. По крайней мере, искусствоведы усматривают здесь именно такую метафору[90]. Но биолог, такой как я, может увидеть здесь и экологический смысл. Погружаясь в воду, эта женщина вступает в контакт с ее обитателями — рыбами, микроорганизмами и много кем еще. Когда мы думаем о чистой воде, мы воображаем ее безжизненной. На самом деле это не так. Вода, которую мы пьем, в которой плаваем или принимаем ванну, всегда полна живых существ.
Поток, изображенный Рембрандтом, очень напоминает воду каналов и речушек в окрестностях Амстердама. Женщина на картине — это, скорее всего, Хендрикье Стоффелс, возлюбленная художника. Даже если у Рембрандта не было мысли изобразить какой-то конкретный водоем, его вдохновляло, несомненно, то, что он знал и видел. Можно предположить, что водоемы в окрестностях Дельфта 10 или 20 лет спустя выглядели примерно так же. Вполне вероятно поэтому, что и населявшие их микробы были очень схожи с теми, которых Левенгук нашел в канале, протекавшем возле его дома. Конечно, вода, в которую вы входите сегодня, совсем не похожа на ту, в которой купалась возлюбленная Рембрандта. Я не хочу сказать, что в наши дни водоемы стали безжизненными, вовсе нет; однако сегодня, садясь в ванную или моясь под душем, вы попадаете в окружение совсем иных форм жизни, которые очень редко встречались в Дельфте. Не так давно мне пришлось вплотную ими заняться.
Все началось осенью 2014 г. Мне на электронную почту пришло письмо от Ноя Фирера, моего сотрудника по Колорадскому университету, с которым мы в свое время занимались изучением домашней пыли. Он сообщил, что у него возникла идея нового исследовательского проекта. Его всерьез занимала загадка душевых насадок. «Ты со мной или нет?» — допытывался он, даже не успев объяснить, зачем я мог ему понадобиться. «Я говорил со многими людьми про эти насадки. Их нужно исследовать. Это будет здорово». Последовал короткий обмен мнениями, с которого и начинается путь к любому открытию. Ной показал наметки своего проекта и предложил мне заполнить недостающие пункты. «Это будет реально круто», — заключил он, что должно было означать: «Если ты не со мной, то ты полный осел, и я тебе это еще припомню. Не хочешь участвовать, не надо. Но если ты согласен, то надо пошевеливаться»[91].
Исходный план состоял в следующем. Вода, поступающая к вам в дом и проходящая через душевую лейку, полна жизни. Левенгук находил простейших и бактерий в дождевой воде и в своем колодце. Его наблюдения подтвердили последующие исследователи. Например, в Дании, где я работаю по несколько месяцев в году, в водопроводной воде можно встретить мелких рачков[92]. В Роли, где я нахожусь остальное время, в сырой воде из-под крана в большом количестве присутствует бактерия
Биопленка образована множеством бактерий, относящихся к одному или нескольким видам, которые вырабатываются их совместными усилиями, чтобы защитить себя во враждебных условиях (в том числе от потока воды, который постоянно угрожает их смыть). Биопленка, в сущности, состоит из разнообразных веществ, выделяемых бактериальными клетками[94]. Усердно трудясь, микробы сооружают на внутренней поверхности трубы что-то вроде очень прочного многоквартирного дома — прочного, потому что он состоит из сложных и очень устойчивых к разрушению углеводов. Ной хотел изучить виды, населяющие биопленку душевых насадок, которые получают пищу из водопроводной воды и при высоком напоре воды выбрасываются наружу, чтобы с мельчайшими каплями воды оседать на наших волосах и коже, с брызгами попадать нам в рот и нос[95]. Он хотел заняться ими не только потому, что такая работа интересна сама по себе. Были подозрения, что в некоторых местностях эти микробы все чаще вызывают у людей заболевания.
Болезнетворные бактерии в биопленках относятся к роду
Поделиться книгой: