С нами или без нас: Естественная история будущего: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Зато мы уже хорошо разобрались, что значит для отдельной страны иметь множество видов сельскохозяйственных культур. Если представить, что в будущем нас ждут и урожайные, и неурожайные годы (а также редкие, но неизбежные годы ужасной засухи и мора), то мы окажемся в более выигрышном положении, если будем сажать на огромных экспериментальных участках – таковыми, по сути, и являются наши страны – все более разнообразные культуры. Научные наработки и опыт земледельцев подсказывают нам, что все это верно и для меньших масштабов. Земледельцам действительно выгоднее сажать разнообразные культуры. Например, поле, засеянное различными разновидностями риса, более устойчиво к вредителям и имеет более стабильную урожайность, нежели поле, засаженное одним сортом{122}. Аналогичным образом и поле, которое по очереди засеивается разными зерновыми, более устойчиво к засухам и дает более стабильные урожаи из года в год, чем поле, на котором сменяет друг друга меньшее число видов{123}. Поддержание широкого разнообразия зачастую дается земледельцам нелегко: оно влечет за собой не только дополнительные затраты на посевы, но и серьезные сложности со сбором урожая. Но чем более нестабильным становится климат и чем чаще и неожиданнее нападают вредители и паразиты, тем ощутимее выгоды разнообразия перевешивают затраты на его поддержание.

Рис. 7.3. Карта показывает изменение численности видов с/х культур в разных странах за последние 50 лет. Страны, заштрихованные темнее, возделывают теперь больше видов, чем раньше, а в странах, где штриховка светлее, число с/х видов сократилось. В целом количество возделываемых видов сократилось примерно в половине стран. В них потенциал сопротивления климатической изменчивости снизился. При этом в других странах разнообразие с/х культур выросло. Среди таких стран Эфиопия, Канада, Китай.

Изображение: Лорен Николс по данным Дельфины Ренар

Ворона минимизирует свои риски, зная, как нужно искать разную пищу в разных условиях. Люди же до сей поры тяготели к противоположному решению: мы выращивали и употребляли в пищу относительно небольшое количество культур, которые хорошо поддерживали нас в прошлом. Но будущее не похоже на прошлое. Оно будет теплее и во многих местах суше (хотя кое-где, напротив, влажность значительно повысится). Кроме того, оно будет более переменчивым. В будущем людям придется легче, если мы начнем производить разные виды продовольствия, позволяющие поддерживать существование независимо от условий конкретного года. Добиваясь этой цели, мы для начала должны разнообразить виды и сорта своих сельскохозяйственных культур. Чем нестабильнее и суровее будут условия завтрашнего дня, тем бо́льшая диверсификация нам потребуется. Все это разнообразие нужно будет не только высаживать в полях, но также запасать в семенных фондах и других хранилищах. Вдобавок к этому нам придется сохранить и разнообразие диких родственников наших посевных культур, что, возможно, поможет человечеству варьировать посевы не сегодня и не завтра, но через сотни или тысячи лет. Впрочем, если мы хотим защититься от рисков, расширяя спектр разнообразия, нам нельзя будет ограничиться только растениями и их семенами{124}. Придется смотреть шире.

Глава 8

Закон зависимости

Если в следующие столетия нам удастся избежать крушения мировой социальной системы, то лишь благодаря тому, что мы научимся ценить живой мир вокруг нас, а также прозрения и догадки, основанные на познании природы. Так будет, потому что мы осознали: человечество зависит от всей прочей жизни, существующей на Земле. Нет границ между нами и природой. Мы такие же дикие, как были всегда. Даже наши тела – кожа, мышцы, органы, сознание – неотделимы от природы. Мы – ее порождение. Это особенно видно на примере кесарева сечения.

Кесарево сечение в человеческой истории практикуется довольно давно. Есть свидетельства, что такие операции проводились уже в 300 году до н. э. – примерно 2300 лет назад. Но, исходя из более широких горизонтов жизни на Земле, они, как и прочие изобретения людей, появились совсем недавно. С возникновения млекопитающих примерно 250 млн лет назад и до первого кесарева сечения все наши предки рождались одним и тем же естественным путем.

Поначалу при кесаревом сечении ребенка почти всегда извлекали из мертвой или умирающей матери. Так, будущая мать второго императора индийской династии Маурья, находясь на большом сроке беременности, умирала, приняв яд. Как утверждается, ее подвергли кесареву сечению ради спасения ребенка. Ребенок выжил и стал властителем, а его мать скончалась. Большинство кесаревых сечений в последующие века проводилось в похожих обстоятельствах, хотя и без монархического антуража. Лишь в начале XX века кесарево сечение стало заурядной процедурой, в которой обычно выживают и мать, и дитя.

Эти операции до сих пор проводятся ежедневно – для спасения жизни ребенка, матери или обоих. Проводятся они и по желанию, и благодаря этому кесарево сечение стало весьма распространенной медицинской процедурой. Если в 1970-х годах в США благодаря кесареву сечению на свет появлялось 5 % детей, то сегодня таких новорожденных треть{125}. Оставшиеся две трети, очевидно, рождаются по старинке. Явившись в наш мир, обе группы детей отправляются в дальнейшую жизнь. Однако еще в 1987 году специалисты обратили внимание на некоторые различия между детьми, появившимися с помощью кесарева сечения и рожденными естественным путем, причем эти различия порой весьма значительны{126}. Отчасти они связаны с микробами, присутствующими в организме. Микробы – часть организма, подобно тому как пчелы – часть возделанного поля. Но, подобно тому как пчелы могут покидать свои поля, микробы могут исчезать из наших тел, и это влечет за собой серьезные последствия.

О том, что микробы важны для наших организмов, мы знаем уже больше столетия. Но основную часть того, что о них известно, мы почерпнули, изучая термитов. В некоторых аспектах термиты похожи на людей: они живут в социумах. Их общества напоминают человеческие монархии, у термитов есть цари и царицы. Но, в отличие от людей, именно царица порождает у них всю свою империю, причем буквально – яйцо за яйцом.

К концу XIX века было уже известно, что некоторым видам термитов для переваривания дерева (а в особенности целлюлозы и гемицеллюлозы) необходимо иметь в кишечнике набор конкретных микроорганизмов. Джозеф Лейди, прародитель американской палеонтологии и микробиологии, изучал термитов вида Reticulitermes flavipes, распространенного на территории Северной Америки. Наблюдая за тем, как термиты «бродят по своим дорожкам под камнями», он задумался о том, «какой же в этих обстоятельствах может быть природа их пищи». Чтобы разобраться, ученый вскрыл кишечник термита под микроскопом. Лейди описывал этот момент так:

Лейди назвал эти формы жизни «паразитами», но понимал, что они способны приносить пользу. Они показались ученому «прекрасными»; он и его супруга рисовали их с пылким чувством, которое было сродни любви. Также Лейди полагал, что, подобно термитам, иными видами могут быть населены и многие другие животные. Он пошел еще дальше, высказав следующее мнение: «Для некоторых животных зараженность множеством разнообразных паразитов настолько типична и обыкновенна, что представляется их нормальным состоянием»{127}.

Сегодня нам известно, что прародителями термитов являются древние тараканы. Предположительно термиты пошли своим эволюционным путем после того, как один из видов древних тараканов стал жить в поваленных деревьях. Первые термиты обитали и кормились в древесных стволах. Это удавалось им в том числе благодаря особым одноклеточным организмам – их называют простейшими или протистами, – живущим у них в кишечнике. Простейшие перерабатывают ту часть пищи, которую сами термиты переварить не могут, а затем, по-прежнему оставаясь внутри термитов, выделяют вещества, которые насекомые способны легко усвоить.

С точки зрения микроорганизмов (как простейших, так и других, например бактерий) термиты предоставляют им жилье, транспорт и немножко готовой еды в придачу. Они – энтомологическая помесь фургончика с фастфудом и гостиницы с завтраками. Термиты переносят микробов с места на место и бесперебойно обеспечивают их заранее пережеванной пищей. При этом самим термитам микробы просто необходимы: без них эти насекомые не могут есть древесину и обречены погибнуть от голода. А изначально без полезных микробов они остались бы всего лишь тараканами, живущими большими семьями. Все это означает, что термитам необходим надежный способ обзаводиться нужными микробами.

Когда выяснилось, что термитам требуются определенные микробы, исследователи заинтересовались, откуда новорожденный термит их берет. Ответить на этот вопрос сложнее, чем кажется, поскольку термиты рождаются не единожды. Сначала термит вылупляется из яйца, которое откладывает царица, а затем растет посредством линьки. Наружный скелет термита мутнеет, потом становится прозрачным, расходится по швам, и тогда термит выползает на свободу из своей старой «шкуры». Насекомые линяют вновь и вновь, но итогом этой линьки оказывается не превращение, скажем, гусеницы в бабочку, а получение из маленького термита особи покрупнее. Всякая линька – это перерождение. Сложность с линьками-перерождениями заключается в том, что перед каждой из них термит прощается со своими микробами, а после линьки ему приходится обзаводиться ими заново.

Как же термиты справляются с многократной утратой живых организмов, необходимых для нормальной ежедневной деятельности и в совокупности представляющих нечто вроде экосистемы в миниатюре? Термиты делятся ими друг с другом: те, у кого есть микробы, передают некоторую их часть тем, у кого их нет, скармливая последним жидкости из толстого кишечника (особые, обогащенные микробами фекальные субстанции). В маленьких колониях этим специальным снабжением занимаются исключительно царь и царица. Проктодеальная (от латинских слов procto – «анус» и odeal – «рот») кормежка внешне выглядит отвратительно. Но этот ритуал поддерживает сообщества термитов и возвращает им способность переваривать пищу. Подобный способ кормления есть слегка усложненная версия того, что эволюционные биологи называют «вертикальным наследованием». Термиты наследуют гены вертикально, получая их от родителей и передавая потомкам. Противоположностью его выступает горизонтальное наследование, при котором животные приобретают микробы (или гены – но сейчас речь не о них) не от собственных родственников, а из окружающей среды или от посторонних индивидов. Принято считать, что именно способность и потребность заниматься передачей микробов сыграли важную роль в том, что термиты, в отличие от тараканов, сделались социальными насекомыми. Даже под конец жизни термиту необходимо быть с другими сородичами, чтобы вновь и вновь обзаводиться микробами. По этой причине термиты всегда нуждались в больших группах, расширенных семьях, колониях, царствах. Однако, несмотря на четкое понимание, что и сами термиты, и их общественная структура зависят от особых микробов, специалисты долго отмахивались от идеи, что и для людей верно что-то подобное.

Мы склонны отмахиваться от нашей зависимости от микробов, но это ошибка. Наше выживание зависит от микробов не в большей и не в меньшей степени, чем у термитов. Микробы нужны нам для развития иммунной системы, переваривания пищи, получения определенных витаминов, а также защиты от паразитов. В нашем теле микробных клеток больше, чем собственно человеческих. Загадка в том, как мы, люди, – да и любые другие приматы – обзаводимся своими микробами.

Изучая микробиомы[15] приматов в дикой природе, например у шимпанзе и павианов, можно найти подсказку, отсылающую к происхождению микробов в теле человека. Например, мы с коллегами изучали микробиомы шимпанзе из 32 разных популяций по всей Африке. Нам довелось заняться этим благодаря проекту «PanAf», который поддерживается Институтом эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге. Проект «PanAf» предполагает наблюдение за шимпанзе при помощи фотоловушек. В тех местах, где фотоловушки засекали шимпанзе, ученые после ухода животных собирали образцы их экскрементов. В итоге после целого ряда промежуточных этапов в распоряжении нашей лаборатории оказалась выделенная из этих образцов ДНК (которую мы затем передали еще одной лаборатории). Мы обнаружили, что микробы в экскрементах шимпанзе различались в зависимости от принадлежности обезьян к тем или иным генеалогическим группам. Более того, чем дальше друг от друга отстояли группы, тем больше различались их микробы. На состав микробов отдельных особей влияла не только принадлежность к определенной группе, но и географическое местонахождение, однако групповая принадлежность, по-видимому, имела решающее значение. К очень похожим выводам пришла и моя коллега Бет Арчи, профессор Университета Нотр-Дам (штат Индиана). Бет с соавторами изучала популяцию из 48 павианов в Национальном парке Амбосели в Кении. Для разных групп павианов было характерно, как выяснили ученые, свое микробное разнообразие (то же самое мы увидели у шимпанзе), а внутри групп больше общих микробов обнаружилось у особей, которые чаще взаимодействовали между собой{128}.

Внутригрупповое сходство микробов у шимпанзе или павианов интересно в двух аспектах. Во-первых, оно дает потенциальное преимущество тем или иным особям, входящим в группу. Когда особь заимствует набор микробов у собственной группы, она с высокой вероятностью обогащается такими микробами, которые наилучшим образом приспособлены к групповому рациону, групповой среде и групповым генам. Иначе говоря, как писала Бет Арчи, микробы отдельных особей могут быть если и не идеально, то весьма эффективно приспособлены к местным условиям по сравнению с микробами особей из далекой социальной группы{129}.

На степени сходства микробов внутри отдельных групп приматов сказывается также и то, как вообще микробы приобретаются ими. Такое происходит в целом ряде ситуаций: когда обезьяны или делятся пищей, или вступают в социальные взаимодействия, такие как груминг, или – подобно термитам – поедают экскременты друг друга. Но обретение микробов может произойти уже в самом начале жизненного пути, в далеко не стерильном процессе появления новой обезьянки на свет. И если сказанное верно, то можно предположить, что микробы новорожденных обезьян будут больше похожи на те микробы, которые носит мать, а не отец и не другие члены социальной группы.

На протяжении долгого времени образ жизни наших предков мало отличался от образа жизни современных павианов и шимпанзе, и потому весьма вероятно, что микробами они обзаводились точно так же, как это делают современные обезьяны. Если же сказанное верно, то изучение микробиома человека способно пролить свет не только на человеческую, но и на более общую историю обретения микробов приматами (хотя не исключено, что у разных видов приматов процессы будут различаться). Относительно людей можно выстроить определенные гипотезы и протестировать их. Если микробы заимствуются из различных источников в социальном окружении, то вся совокупность микробов любого младенца (или взрослого) окажется комплексной производной обстоятельств рождения, питания в младенчестве, социальных связей и многого другого. Спрогнозировать ее состав будет довольно трудно. Однако если они приобретаются в процессе родов, то микробы у младенцев, рожденных естественным путем, окажутся аналогичными не просто микробам их социальной группы, но конкретно микробам их матери. А вот у детей, появившихся на свет посредством кесарева сечения, обнаружится намного большее разнообразие – за счет микробов, полученных из других источников.

Одно из самых известных исследований, посвященных микробным различиям у человеческих младенцев, рожденных естественным путем и посредством кесарева сечения, провела Мария Глория Домингес-Белло. Она выросла в Венесуэле, училась в Шотландии, а после окончания аспирантуры вернулась домой, где ее пригласили на работу в Венесуэльский институт научных исследований. Там Домингес-Белло более 10 лет изучала мир крошечных существ, обитающих в кишечниках животных. В начале ее научной карьеры почти все исследования кишечных микробов позвоночных были сосредоточены на домашних животных. Домингес-Белло тоже начинала с изысканий в этой сфере. Она изучала коров и овец – а точнее говоря, жизнь в коровах и овцах. Но одновременно Домингес-Белло занималась анализом кишечников других видов живых существ – в частности, населяющих леса ее родной Венесуэлы. Там обитают трехпалые ленивцы, древесные муравьи, капибары, разнообразные мелкие грызуны. А еще гоацины. В результате сложилась интересная и разнообразная исследовательская программа, направленная на понимание мира микробов. Но, исследуя микробиомы самых разных животных, особое внимание Домингес-Белло уделяла гоацинам.

Рис. 8.1. Гоацин, усевшийся на ветке: его зоб, возможно, полон трудноперевариваемой растительной пищи и, вне всякого сомнения, разнообразных видов бактерий, способных расщеплять эти растения.

Фото: Фабиан Микеланджели

Гоацин – птица из южноамериканских тропиков. Вокруг ее красных глаз лежат голубые тени, кончик хвоста желтый, крылья окаймлены бордовым, на голове торчит хохолок. Гоацин словно сочетает в себе высокую моду и рок-н-ролл. Но самое удивительное в этих птицах не броский внешний вид, а то, что они, в отличие от большинства пернатых, способны в огромных количествах поедать живые листья. Гоацины переваривают листья, ферментируя массу в особом зобе, который в ходе эволюции образовался только у них. Этот зоб заполнен микробами, при помощи которых гоацин расщепляет и обезвреживает вещества, имеющиеся в составе листьев (подобно тому как действуют микробы у термитов). Домингес-Белло обратилась к изучению гоацинов в конце 1980-х, еще в аспирантуре. Вместе с коллегами и студентами она опубликовала более десятка статей о гоацинах и об уникальном биологическом устройстве их кишечника. Об экологии кишечника гоацинов она знала все, что вообще возможно узнать.

Домингес-Белло могла бы и дальше постепенно раздвигать занавес природы, копаясь в кишечниках животных на фермах и в джунглях. Но к власти в Венесуэле пришел Уго Чавес, и постепенно перегибы его режима стали сказываться не только на повседневной, но и на научной жизни в стране. Домингес-Белло покинула Венесуэлу, получив позицию в Университете Пуэрто-Рико. Оказавшись на острове, на новом месте, вдали от дома, и вынужденная выбрать новую тематику, Домингес-Белло решила обратиться к детальным исследованиям человеческого кишечника. Надо сказать, что она занималась этой темой и раньше. Например, именно она и ее коллеги первыми доказали, что желудочная бактерия Helicobacter pylori прибыла в Новый Свет вместе с первыми его обитателями, отправившимися в путь из Азии. (На этом избавительном пути в Америку индейцы сумели попрощаться с некоторыми своими паразитами и прочими телесными спутниками – но не с этим.) Теперь Домингес-Белло намеревалась почти полностью сосредоточиться на людях, попутно, впрочем, продолжая вести несколько проектов, посвященных гоацинам. Как раз в этот переходный период она и начала задумываться над тем, как человеческие младенцы обзаводятся необходимыми микробами.

Работая в Пуэрто-Рико, Домингес-Белло понемногу начала выстраивать планы исследований и решила, что они пойдут по двум направлениям. Первое сосредоточивалось на ее любимых гоацинах: в общей структуре эта линия была периферийной, но в ее сердце ей отводилось главное место. Работая в паре с Филипой Годой-Виторино, естествоиспытательница сравнивала микробов, обнаруженных у разновозрастных птенцов гоацинов, с микробами из зобов их матерей. Ученые смогли показать, что некоторые ценные микробы у гоацинов, как и у термитов, передаются из поколения в поколение. В полупереваренной пище, которую матери-гоацины срыгивают, чтобы кормить птенцов, всегда содержится некоторое количество материнских микробов. Взрослея, птенцы получают дополнительные порции микробов из самостоятельно добываемой пищи: с поверхности проглатываемых листьев. В итоге жизнь в кишечнике птицы становится все более и более разнообразной{130}.

Вторая линия исследований касалась не гоацинов, а людей. Объектами сравнения для Домингес-Белло стали новорожденные: микробы младенцев, произведенных на свет естественным путем, сопоставлялись с микробами младенцев, рожденных при помощи кесарева сечения. Прежде всего ее интересовала вероятность совпадения материнских и детских микробов. Ключевым в процессе передачи ей представлялся сам процесс родов. Возможно, полагала она, дети, рожденные естественным путем, приобретают необходимые микробы из влагалища матери, с материнской кожи или из экскрементов, выделенных матерью во время родов.