Микроб редко приходит один. Как микроорганизмы влияют на нашу жизнь: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Все микробы — одноклеточные микроорганизмы. То, что они вообще могут существовать в такой форме, заслуживает особого внимания. Когда микробиологи хотят объяснить разницу между одноклеточными и высшими, многоклеточными, существами, они прибегают к крайне простому примеру: все, что можно перемешать в миксере, не убив, — это микроорганизмы. Причина: в многоклеточных организмах клетки так специализировались, что не способны выжить поодиночке в естественной среде. Когда их разъединяют, они не могут образовать полноценный организм.

Микроорганизмы, напротив, потенциально бессмертны. Микроорганизмы размножаются делением или, выражаясь научно, экспоненциальным ростом: из одной клетки получаются две новые, из двух — четыре, из четырех — восемь… Куда это может завести? Из одной клетки, которая будет делиться каждые 20 минут в течение 48 часов, возникнет биомасса, которая в 3000 раз тяжелее Земли.

К микроорганизмам, или микробам, относятся бактерии и археи — менее известная родственная группа бактерий, которые, например, производят метан для тепла в биогазовых установках. Далее, грибы, водоросли, одноклеточные живые организмы (простейшие) и вирусы — тоже микроорганизмы. Последние составляют обособленную группу, они не живые существа, а «только лишь» сложные молекулы без обмена веществ.

Лучше всех из микроорганизмов изучены бактерии. Они способны реагировать на химические раздражители и у многих из них есть нечто вроде моторчика, с помощью которого они передвигаются. Слова «микробы» и «возбудители болезней» часто используются как взаимозаменяемые. Это необоснованно! Большинство микробов совершенно безвредны для человека.

В отличие от клеток грибов, водорослей, простейших и других высших живых существ, у бактерий нет клеточного ядра. Их называют «прокариоты». И тем не менее наши клетки родственны бактериям. Точнее, мы от них произошли. Давным-давно бактерии и археи соединились в эукариоты: клетки с ядром, из которых, в конце концов, и состоит человек.

Самим своим существованием мы обязаны микроорганизмам! Вся жизнь на Земле произошла от них. Печально, что в истории сотворения мира об этих крошечных существах, невидимых человеческому глазу, нет ни слова. Хотя бактерии и микроорганизмы заслуживают отдельной толстой главы в каждой книге, повествующей о сотворении или эволюции человека.

Микробы стали первыми обитателями нашей планеты, когда та еще была непригодным для жизни адом, а не тем приятным местом, где розы источают аромат и поют песни соловьи, каким мы знаем его сегодня. Если бы микробы не обладали почти пугающей возможностью к приспособлению, наша Земля осталась бы безжизненной пустыней. Ни одно животное не выжило бы на ней, деревьев и цветов не существовало бы.

В быту мы думаем о микроорганизмах как о непрошеных гостях. Давайте не будем заниматься самообманом: мы живем у них, а не они у нас!

Признаюсь, нелегко питать уважение к организму, который в 40 раз меньше человеческого волоса и к тому же обладает дурной репутацией. И тем не менее от этого фундаментального постулата никуда не деться: вся жизнь на Земле восходит к одному супермикробу, который вышел на сцену около 4,3 миллиарда лет тому назад.

Ученые назвали первое клеточное живое существо на планете LUCA (last universal common ancestor — последний универсальный общий предок). Когда он возник, Земле было всего 100 миллионов лет.

Микробы не оставляют таких же впечатляющих следов своего существования, как, например, тираннозавр. Наличием доказательств их раннего существования мы обязаны, как ни странно, изменению климата. Из-за потепления обнажаются скальные породы, где никогда не ступала нога человека.

Недавно британско-австралийская команда исследователей обнаружила древние скалы у эскимосского поселка Нуввуагиттук (канадская провинция Квебек). Этому горному образованию, которое называют зеленокаменный пояс, 4,3 миллиарда лет, и в нем были обнаружены трубчатые структуры. Такие образования сегодня представляют собой естественный продукт метаболизма микроорганизмов, живущих на дне глубоких озер близ горячих вулканических источников, поскольку вода этих так называемых черных курильщиков очень богата питательными веществами.

Молодая Земля, на которой возник LUCA, была непригодна для жизни. Земной атмосферы, защищающей нас от смертельного ультрафиолетового и рентгеновского излучения, в ее нынешнем виде еще не было. И кислорода, естественно, тоже не было. Кроме того, было очень жарко. LUCA зародился в воде.

Без кислорода не существовало бы высших форм жизни на нашей планете. То, что появился воздух, которым мы дышим, — настоящее чудо, совершенное цианобактериями (сине-зелеными водорослями). Они создали себе пищу из солнечного света, углекислого газа и воды — углеводы. Свободный, газообразный кислород возник как побочный продукт этого фотосинтеза.

Через 1,5 миллиарда лет концентрация кислорода в воздухе приблизилась к показателю 21 %. Именно столько нам нужно, чтобы великолепно себя чувствовать. Это состояние было достигнуто впервые около миллиарда лет назад. С таким количеством кислорода в качестве источника энергии для дыхания стал возможен взрыв разнообразия жизненных форм, и голубая планета позеленела. Кроме того, возникли высшие, то есть многоклеточные, организмы.

Но ни одно из многочисленных живых существ, появившихся вплоть до сегодняшнего дня, не может отрицать своего происхождения — мы все происходим от LUCA и, таким образом, родственны между собой; от бактерии до морского огурца, от картофеля и плодовой мушки до шимпанзе и человека, мы обладаем общими признаками, такими как унаследованная ДНК или способ производства протеинов (белков).

Это также означает, что микроорганизмы связаны с нами теснейшим образом. Ведь каждая наша клетка содержит «внедрившиеся» клетки-бактерии, так называемые митохондрии, производящие до 90 % нашей энергии.

Большинство ученых исходят из того, что жизнь возникла на Земле. Но один факт — способность некоторых микроорганизмов к выживанию даже в самых непригодных к жизни условиях — ставит в тупик. Откуда такая выносливость? Мы знаем, что эволюция не склонна к опережению и продвигается вперед малюсенькими шажками. Однако эти микробы развили в себе потрясающую способность к сопротивлению за относительно короткий промежуток времени.

На этот счет есть теория, у которой не слишком много поклонников в ученом мире. Но давайте отдадимся ненадолго той волне приятного ужаса, который ее сопровождает: теоретически возможно, что жизнь на Землю была занесена из космоса — утверждают сторонники панспермии. Уже развитые споры внеземной жизни поселились на пустой планете и ее колонизировали. Следовательно, все мы — пришельцы.

Американские микробиологи обнаружили в кристаллах соли, возраст которых составляет 250 миллионов лет, вкрапления спор бактерий. Ученые «напитали» эти бактерии, очевидно неживые, питательным раствором из сахара, витаминов и микроэлементов. Раствор оказался волшебным напитком. Споры возродились к жизни, как будто ничего не случилось.

Эти бактерии со своим внушительным возрастом в 250 миллионов лет являются старейшими в мире особями, когда-либо жившими на Земле. Для сравнения: самый старый из людей дожил до 122 лет. Понятно, что микроорганизмы с подобными свойствами вполне могли выдержать космическое путешествие, например, как пассажиры на метеорите.

Столкновение с Землей, по-видимому, нисколько им не повредило. Резистентность спор бактерий объясняется многослойной, чрезвычайно толстой оболочкой и обменом веществ, способным практически замирать. Этим формам жизни не угрожают жара, засуха, отсутствие питательных веществ и даже антибиотики.

За 4,3 миллиарда лет эволюции микробы обжили почти все уголки планеты. Их можно найти на многокилометровой глубине в геосфере и в самых высоких слоях стратосферы. На Земле нет не созданного искусственно места, которое было бы стерильно, то есть без микробов (за исключением, возможно, раскаленной магмы). Каждый микроб обладает чрезвычайно малым размером, а потому способен оказаться в любой точке Земли. Но то, насколько хорошо он будет себя там чувствовать, сумеет ли выжить и размножиться, зависит от окружающих условий.

Это означает следующее: мы можем повлиять на то, чтобы микроорганизмы не сочли для себя идеальным местом обитания холодильник, постель или туалет, но бессмысленно пытаться защититься или спрятаться от них. Мы не сможем избавиться от них полностью. Никогда.

Последний универсальный общий предок (LUCA) и его потомки живут на Земле уже почти 4 миллиарда лет. Динозавры просуществовали всего 170 миллионов лет — относительно короткий период. Человек разумный (Homo sapiens) существует какие-то смешные 200 тысяч лет.

Итак, бактерии стали первыми обитателями Земли. Но это не все: когда через 2–3 миллиарда лет нашу Землю испепелит Солнце, а это неизбежно, — они определенно станут и последними.

Вместе они сила: почему микроб хороший семьянин

Когда животные рычат или ревут, они, предположительно, так общаются со своими сородичами. Сельди, например, общаются посредством выпускания газов. То, что животные болтают между собой, стало одним из самых неожиданных открытий эволюционной биологии.

Растения также взаимодействуют друг с другом, когда есть такая необходимость. Если, к примеру, животное или насекомое хочет полакомиться зелеными листьями, растение не только защищается с помощью неприятных горьких веществ, но и предупреждает об опасности своих соседей, используя летучие химические вещества.