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

Еще в 1885 году было замечено, что во время естественных родов младенец проглатывает и вдыхает некоторое количество микробов. Также было установлено, что микробы могут «подхватываться» – именно такое слово использовали тогдашние ученые – ими и через анус{131}. Такие «подхваченные» микробы могут принадлежать матери. Кроме того, как было зафиксировано в то же время, новорожденные способны «подхватывать» толику микробов – как правило, в меньших дозах – от непосредственного окружения, включая людей, занимающихся родовспоможением. Иначе говоря, ученые и раньше знали, что все эти процессы имеют место, но просто не догадывались, насколько они важны. Никто не понимал, здесь ли таится ключ к обретению микробов, необходимых младенцам для здоровой жизни. Домингес-Белло хотела заняться микробами и родами у людей. Таким, по крайней мере, был ее долгосрочный план. Но работа с людьми требует более тщательного планирования, чем работа с гоацинами, и проект застрял на стадии разработки. И тут вдруг представился удобный случай подтолкнуть его – как ни удивительно, благодаря кое-каким транспортным проблемам.

Завершив полевые исследования в венесуэльском штате Амасонас, Домингес-Белло дожидалась вертолета, который должен был вывезти ее. Дни и недели шли, а вертолета все не было. И тогда она решила воспользоваться моментом и заняться сопоставлением результатов кесарева сечения и естественных родов. Благодаря другому проекту, который она возглавляла, у исследовательницы уже имелись все необходимые разрешения; требовался лишь пропуск в местную больницу в Пуэрто-Аякучо, который удалось вскоре раздобыть. Итак, все документы на руках, а вертолета по-прежнему нет. И тогда Домингес-Белло принялась набирать матерей, которые разрешили бы взять пробы не только у себя, но и у своих детей. На момент проведения исследования рекрутировать семьи было непросто, а идентифицировать образцы дорого. Поэтому Домингес-Белло и ее коллеги решили ограничиться небольшим количеством детей: четырьмя, рожденными естественным способом, и шестью, появившимися на свет путем кесарева сечения. У матерей этих детей ученые взяли пробы с кожи и изо рта, а также из влагалища; у младенцев – с кожи, изо рта и из носа, а также из экскрементов{132}.

Обработав собранные пробы, группа обнаружила, что у младенцев, рожденных естественным путем, больше микробов, связанных с микробиомом влагалища. Более того, набор микробов каждого младенца, как правило, совпадал с набором микробов его матери. У двух матерей в вагинальных микробиомах преобладала бактерия Lactobacillus – то же самое отличало и их детей. У третьей матери в микробиоме было больше бактерии Prevotella, которая также часто встречается в кишечнике; у ребенка наблюдалась та же картина. Наконец, у четвертой матери в кишечнике обнаружились микробы из множества разных линий – они же выявились и у ее ребенка. Аналогичные явления мы наблюдаем у термитов, гоацинов и во всей остальной дикой природе.

Но у детей, появившихся с помощью кесарева сечения, Домингес-Белло нашла нечто иное. По сравнению с малышами, рожденными естественным путем, у них был заметно другой состав микробов. Их набор микробов включал в себя виды, которые обычно встречаются на поверхности кожи, а не внутри организма. Кроме того, у них не имелось признаков, демонстрирующих передачу микробов от матери к ребенку, а их выборка не ограничивалась исключительно микробами, типичными для матери или семьи. Наконец, в некоторых случаях речь шла о микробах, которые обычно не встречаются у людей, – их можно найти только у детей, прошедших через кесарево сечение.

В своем первом исследовании Домингес-Белло рассмотрела совсем небольшое число матерей с детьми. Она действовала как естествоиспытатель: это было похоже на эксперименты Лейди с термитами, где ученого подстегивали интерес и любопытство. Именно этот естествоиспытательский дух способствовал тому, что обретение младенцами микробиомов вошло в круг актуальных научных вопросов. Мы не должны считать себя обособленными от тех, кого Монтень называл «всеми прочими тварями»{133}: чтобы напомнить об этом медицине, потребовался специалист по гоацинам. Наша связь с другими живыми существами двояка. Во-первых, мы намного больше, чем нам представляется, схожи с другими животными – будь то термиты или гоацины. Во-вторых, мы не сможем быть совершенно здоровыми, не учитывая свою зависимость от других видов живых существ, в том числе и микробов.

Факты, изложенные в первой статье Домингес-Белло о матерях и младенцах, уточнялись в дальнейших исследованиях. Теперь мы знаем, что основной ее вывод вполне универсален. В целом дети, рожденные естественным путем, как правило, наследуют микробы от матери, и благодаря этому у них формируется здоровый микробиом кишечника. Дети же, рожденные путем кесарева сечения, обзаводятся микробиомом в том числе и из других источников и потому могут страдать от расстройства с причудливым названием «дисбиоз» (или дисбактериоз): это своего рода коллапс кишечного экологического сообщества, ведущий к разнообразным отрицательным последствиям. Более поздние исследования лишь корректировали наше представление о том, какая доля микробов, переходящих от матери к новорожденному, передается через вагину, а какая – через экскременты, выделяемые во время родов. Недавнее исследование, проведенное Кэролайн Митчелл в Массачусетской больнице общего профиля, почти не обнаружило подтверждений того, что в естественно рожденных детях обосновываются вагинальные микробы. Зато было найдено много свидетельств, говорящих о том, что во время родов от матери к ребенку передаются фекальные микробы. Согласно убедительной логике Митчелл, главным моментом в передаче фекальных микробов при родах выступает вовсе не то, что ребенок их получает, а то, насколько велика их доля: они вытесняют все остальные виды{134}. Кроме того, другие исследования показали, что на обретение новорожденными микробов, а также на их состав в дальнейшей жизни ребенка могут воздействовать и другие факторы. Одним из них оказывается грудное вскармливание, которое, видимо, подпитывает материнские микробы и в целом поддерживает здоровый человеческий микробиом. Еще один фактор – употребление антибиотиков: если роженица или ребенок принимают антибиотики, то микробиом выйдет из равновесия и в нем могут набрать силу не самые полезные микробы. И этот дисбаланс может не исчезнуть и в позднем детстве, и даже во взрослом возрасте.

Мы узнали, помимо этого, откуда берется бо́льшая часть изначальных микробов у детей, появившихся на свет с помощью кесарева сечения. Они «подхватываются» с кожи матери, докторов и акушеров, а также из воздуха и со всех поверхностей родильной палаты. Есть среди них и необычные микробы: например, бактерии, способные вызывать болезни, или бактерии, чьи гены устойчивы к антибиотикам. Более того, ученые также выяснили, почему у одних детей после кесарева сечения в кишечнике обнаруживаются нормальные микробы, а у других нет. Некоторые младенцы-кесарята случайно глотают фекальные микробы, находя их где-нибудь поблизости. Они получают эти микробы от собак, с земли, вообще откуда угодно{135}. Но у такого случайного обогащения микробами есть временны́е ограничения. С возрастом детям становится все труднее приобретать новые кишечные микробы в силу двух причин: во-первых, этим «новичкам» придется соперничать с уже прижившимися микробами, а во-вторых, если при рождении среда человеческого желудка нейтральна, то в первый год жизни ее кислотность сильно повышается и становится такой же, как у индюшачьего грифа{136}. К тому же чем позже человек приобретает здоровый микробиом, тем меньше вероятность, что в решающие первые недели, месяцы и годы он будет снабжен необходимыми для нормального развития видами микроорганизмов.

На сегодняшний день на основе разработок Домингес-Белло проведены десятки исследований. Их выводы различаются в деталях, но сходятся в пяти основных пунктах:

1. Дети, рожденные естественным путем, заимствуют у матерей множество видов микробов с кожи, из влагалища и фекалий. Иногда состав микробов, имеющихся у младенца, почти полностью совпадает с микробами матери, а иногда это совпадение лишь приблизительно. К примеру, Кэролайн Митчелл и ее коллеги обнаружили, что в восьми из девяти семей, в которых удалось провести анализ, штаммы бактерий Bacteroides, «рабочих лошадок» микробиома человеческого кишечника, у младенцев полностью совпадали со штаммами их матерей.

2. Дети, появившиеся на свет посредством кесарева сечения, получают свои первые кишечные, кожные и прочие микробиомы из родильной палаты и окружающей обстановки.

3. В первую пару лет жизни прочие микробы продолжают обосновываться в кишечнике у детей, появившихся как естественным образом, так и через кесарево сечение: их виды сменяют друг друга, разнообразие постепенно нарастает, а точный состав определяется изменениями в питании ребенка.

4. В отличие от микробов, приобретенных от матери, микробы, попавшие в детский организм из родильного отделения, с большой вероятностью окажутся бесполезными для здорового развития ребенка.

5. И наконец, дети, пришедшие в мир путем кесарева сечения, но контактировавшие с вагинальными или фекальными микробами матерей, способны в процессе жизни приобретать здоровый микробиом кишечника или, по крайней мере, такой же микробиом, какой сложился бы у них при естественных родах.

С какими трудностями могут сталкиваться дети-кесарята из-за того, что им не досталось материнских микробов? В принципе, их могут ожидать любые заболевания, связанные с ущербным микробиомом. Среди них повышенный риск неинфекционных заболеваний, подобных аллергии, астме, целиакии, ожирению, диабету первого типа, гипертонии{137}. Также вероятно – хотя пока не доказано, – что для кесарят выше риск заражения различными инфекциями: как из-за того, что их собственные микробы хуже защищают их от паразитов, так и потому, что некоторые из видов, приобретенных при рождении, сами по себе являются паразитами.

Спектр нарушений столь широк отчасти по той причине, что состав кишечных и других микробов человеческого тела влияет почти на все аспекты функционирования организма. Микробы вовсе не ключ к человеческому организму, такая метафора неверна. Дело в том, что единого ключа нет – их великое множество: есть сотни или даже тысячи способов и контекстов, где микробы взаимодействуют с нашими телами. У каждого вида микробов может быть не одна роль, а значит, это будет не один ключ. Одну и ту же функцию могут выполнять разные виды микробов. А какой конкретно микробный ключ к какому замку подойдет, будет зависеть от того, какие еще биологические виды обитают на поверхности тела и внутри него. То есть все очень и очень сложно. Но важно также понимать, до чего мы невежественны. Большинство видов, живущих внутри человеческих тел и на их поверхности, никогда не изучались как следует, хотя жили в нас, на нас и рядом с нами на протяжении миллионов лет. Мы в самом начале пути к их познанию: именно поэтому, столкнувшись с конкретной болезнью, нам непросто определить, что именно пошло не так.

Чтобы выживать и процветать, нам требуются сотни, а возможно, и тысячи разнообразных биологических видов, живущих внутри и снаружи наших тел. И в этом мы вполне заурядны, ибо все виды животных зависят от других видов. Таков, собственно, закон зависимости. Но животным также требуются и способы обзаведения нужными видами, особенно микробами. Причем некоторым видам животных с лихвой хватает микробов, ежедневно встречающихся в окружающей их среде. Например, эколог Тобин Хаммер недавно показал, что микробы в кишечнике гусениц обычно приобретаются с листьями, которыми эти насекомые питаются каждый день. Другим примером служат павианы: по-видимому, они гораздо лучше людей умеют пополнять набор своих кишечных микробов с помощью обезьян-друзей уже после рождения. В то же время для многих животных микробы, получаемые из окружающей среды, не решают всех проблем, и поэтому требуется компенсировать возникающий дефицит через наследование.

Термиты выстраивают своеобразную систему вертикального наследования микробов, которую, впрочем, нужно постоянно поддерживать. Близкие родственники у них способны передавать семейные наборы микробов, даже когда мать далеко. И термиты в этом не одиноки. Многие виды животных, зависящие от конкретных микробов, сумели выработать особые способы их передачи. У некоторых видов жуков имеются специальные микробные «кармашки» снаружи тела. Муравьи-листорезы носят свой грибок в мешочке под тем местом, где у них мог бы находиться подбородок – если бы таковой у них был. Некоторые – или, лучше сказать, многие – виды насекомых, чтобы с гарантией передать нужные микробы своему потомству, идут еще дальше. Например, муравьи-древоточцы в получении некоторых важных для них витаминов зависят от бактерий, передаваемых от матерей к дочерям, из поколения в поколение. По меньшей мере один из видов таких бактерий муравьи-древоточцы носят в специальных клетках, выстилающих кишечник. Иначе говоря, бактерии находятся внутри муравьиных клеток, они встроены в организм, а муравьиное потомство наследует их уже в яйце{138}. Однако, несмотря на то что бактерии представляют собой часть тела муравья и часть яйца, они тем не менее остаются обособленными. Например, условия, слишком теплые для бактерий (но не для муравья), убивают их{139}. Причем через некоторое время, лишившись своей важной составляющей, медленно умирает и сам муравей.

Как обеспечить бесперебойную передачу необходимых биологических видов следующим поколениям? В наших размышлениях о будущем это ключевой вопрос. Дело в том, что передаче подлежат отнюдь не только наборы телесных микробов, перенимаемые ребенком от матери, – на самом деле это лишь малая толика наследуемого. Мы зависим от большого наследства, предлагаемого множеством видов. Как писал Барри Лопес, «рыскающий по лесу волк связан с ним мириадами незримых нитей»{140}. Похожими нитями и мы связаны с большей частью живого мира, в котором реализует себя человеческий род. Давайте вообразим самый смелый сценарий – это позволит нам адекватно оценить более умеренные сценарии. Предположим, люди обеспечили себе возможность колонизировать Марс. Среди обсуждаемых вариантов покорения этой планеты выделяются две главные линии. В рамках одной мы колонизируем Марс, закладывая на нем нечто вроде гигантской космической станции. В контексте другой мы колонизируем Марс, пытаясь с помощью разнообразных микробов воссоздать на нем атмосферу, близкую к земной. Для человечества оба сценария сродни перерождению или, по крайней мере, линьке. Ведь они требуют, чтобы мы захватили на новую планету все необходимые для нашего выживания биологические виды. Эта задача намного труднее любой другой, с какими сталкиваются те или иные виды на Земле. Когда матка муравьев-листорезов улетает, чтобы основать новую колонию, она берет с собой грибок, который ее потомки будут лелеять на собираемых ими листьях; обратим внимание, что ей не приходится брать с собой сами растения, на которых эти листья растут. А вот нам придется взять с собой и растения, и много чего еще.

Нам потребуется захватить с собой микробы, способные расщеплять человеческие отходы, а также отходы любой промышленности, которую мы развернем на Красной планете. Кстати, на Международной космической станции пока этого не делают: астронавты, как аккуратные туристы, собирают свои отходы, включая фекалии, и привозят обратно на Землю. Нам придется взять с собой виды, необходимые для производства пищи. Каждый из нас потребляет сотни или даже тысячи биологических видов в год. А человечество, взятое в целом, потребляет десятки, если не сотни тысяч видов и еще больше разновидностей (например, во Всемирном семенохранилище на Шпицбергене собрано около миллиона разновидностей семян сельскохозяйственных культур). К тому же полезные культуры тоже зависят от микробов, в которых нуждаются как их листья, так и корни. Многие растения – возможно, даже бо́льшая их часть – не выживут без своих микробов. Мы, конечно, можем понадеяться, что паразиты и вредители не попадут на Марс, но это, скорее всего, окажется самообманом. А если паразиты туда все же попадут, то нам придется с ними справляться, вспомнив, что, по крайней мере, на Земле для этого лучше всего подходили враги паразитов и вредителей. Этот список можно продолжать. Но стоит сказать и еще кое о чем.

Мы вполне в состоянии оценить свои сегодняшние нужды, но трудно предугадать, что может понадобиться завтра или послезавтра. С учетом сказанного наилучший подход – это беречь (и нести с собой в будущее) все виды живого, которые могут когда-нибудь пригодиться. Пусть Мари Кондо[16] советует нам не захламлять дом и избавляться от вещей – ее советы касаются только наших собственных домов и наших собственных жизней. А нам необходимо задуматься обо всем мире и о долгосрочных перспективах. И поэтому нужно сохранять не только те виды, что служат нам сегодня, но и те, что могут поработать на нас в будущем. Такова в конечном счете наша фундаментальная задача. Обыкновенный термит переносит драгоценные для него бактерии из поколения в поколение. Нам же предстоит нести с собой все виды: и те, которые необходимы нам сейчас (а ведь мы даже перечислить их не в состоянии), и те, которые понадобятся завтра, и те, которые могут пригодиться в далеком будущем – в любом из множества новых миров, что ждут нас впереди{141}.

Глава 9

Сборка Шалтая-Болтая и пчелы – секс-роботы

Когда мы с женой учились в Коннектикутском университете, наша жизнь была довольно скромной. Все свободные семейные деньги тратились на перелеты в Никарагуа и Боливию, где каждый из нас вел свой исследовательский проект. Поэтому, когда у нас сломался пылесос, я взялся за починку сам. На первый взгляд так выходило дешевле. Разобрать пылесос мне удалось без труда, и я даже нашел поломку. Но в попытках отсоединить сломанную деталь я повредил еще один узел. К счастью, в городке Уиллимантик, где мы жили, была мастерская, где ремонтировали пылесосы и продавали запчасти для них. Я купил все нужное и вернулся домой, но даже с полным набором деталей мне не удалось собрать пылесос заново. После одной неудачной попытки он даже начал было всасывать воздух, но издавал при этом звуки мусороуборочной машины. Я расписался в своем фиаско и отнес пылесос в мастерскую в разобранном виде, сложив его в ведро. Хозяин заглянул в ведро и без церемоний изрек: «Тот, кто пытался это собрать, – полный идиот». Пытаясь сохранить лицо, я свалил все на соседа, на что хозяин мастерской ответил: «Скажите соседу, что сломать гораздо проще, чем собрать заново». Он мог бы добавить: «Особенно если вы ничего в этом не смыслите». В итоге я купил новый пылесос.

Действительно, сломать проще, чем собрать заново или выстроить с чистого листа: сказанное верно как для пылесосов, так и для экосистем. Это очень простая мысль, которая вряд ли тянет на правило и уж тем более на закон. Она не так строга, как закон соотношения площади и численности видов, и не столь очевидна, как закон Эрвина. Не обладает она и универсальностью закона зависимости. И тем не менее ее последствия огромны. Чтобы разобраться в этом, давайте обратимся к воде из-под крана.

На протяжении первых 300 млн лет первые позвоночные, выбравшиеся на берег, пили воду из рек, прудов, озер и родников. Бóльшую часть года вода не представляла опасности. Но бывали и нетипичные исключения. Например, ниже по течению от бобровых плотин в воде часто встречается паразит лямблия. Бобры невольно заносят лямблию в воду – она часто на них паразитирует. Иначе говоря, эти животные сами загрязняют водные системы, которыми управляют{142}. Но если не пить воду неподалеку от бобровых поселений, то в целом шанс подцепить в речной воде этого паразита или какую-то другую заразу невелик. Позже – в глобальных масштабах всего лишь мгновение назад, – когда люди большими сообществами стали селиться в Месопотамии и других местах, они тоже начали загрязнять собственные водные системы своими фекалиями и фекалиями одомашненных животных: овец, коров и коз.

В тех древних поселениях люди сами «ломали» водные системы, от которых издавна зависели. До культурного переворота, повлекшего за собой возникновение крупных центров вроде городов Месопотамии, паразиты вычищались из воды за счет конкуренции с другими водными организмами и благодаря присутствию в ней более крупных хищников. Большинство паразитов смывало вниз по течению, где они рассеивались, погибали от солнца, проигрывали в конкурентной борьбе или оказывались съеденными. Подобные процессы происходили в озерах и реках, а также под землей, поскольку вода просачивалась сквозь почву в глубокие водоносные слои (именно к этим слоям издавна прокапывали колодцы). Но постепенно, по мере роста человеческих популяций, в необходимой им воде заводилось больше паразитов, чем могла «переварить» природа. Вода становилась грязной, и с каждым глотком люди получали порцию заразы. Природная водная система приходила в негодность.

На первых порах человеческие сообщества реагировали на такие поломки двумя способами. Некоторые задолго до обнаружения микробов начинали догадываться, что фекалии и болезни связаны между собой, – и загрязнение нечистотами пытались предотвращать. Например, кое-где прокладывались трубопроводы, доставляющие в города воду из отдаленных мест. Но появлялись и более изощренные методы избавления от фекалий: скажем, в Древней Месопотамии имелось некоторое количество общественных туалетов. Местные жители, однако, считали, что в этих уборных обитают демоны: подобное суеверие, вероятно, предвосхищало научное знание о демонах-микробах, фекально-оральных паразитах. (Возможно, именно поэтому некоторые люди, согласно сохранившимся свидетельствам, предпочитали испражняться на открытом воздухе{143}.) Однако, рассуждая в более широкой перспективе, приходится признать, что действенные методы сдерживания фекально-оральных паразитов оставались скорее исключением. Люди страдали, толком не понимая отчего, – в той или иной мере это продолжалось в разных регионах и культурах на протяжении тысяч лет, примерно с 4000 года до н. э. и до конца XIX века, когда удалось установить связь между грязной водой и заболеваниями. (Это произошло в Лондоне в разгар вспышки болезни, которой, как нам теперь известно, была холера.) Но даже тогда сделанное открытие вызывало сомнения, а фекально-оральные паразиты между тем и по сей день остаются напастью для значительной части жителей нашей планеты. Живой организм, ответственный за это загрязнение, Vibrio cholerae, был описан, поименован и изучен лишь спустя десятилетия.

Когда стало ясно, что загрязнение фекалиями способно вызывать болезни, начали внедряться разнообразные способы, позволяющие отделить городские потоки нечистот от городской питьевой воды. Например, сточные воды Лондона перенаправляли подальше от той воды, которую лондонцы пили. И если когда-нибудь вас обуяет непомерная гордость, обусловленная необычайной мудростью человечества, вспомните об этой истории – о том, что экскременты в питьевой воде могут вызывать болезни, люди догадались лишь спустя 9000 лет после возведения первых городов.

В некоторых регионах вокруг городов были сохранены природные экосистемы, позволявшие и дальше контролировать паразитов в воде за счет природных же – лесных, озерных, подземных – экологических процессов. Сообщества сохраняли природные экосистемы в водосборных бассейнах – это участки на суше, по которым вода течет к конечной точке своего пути. В естественных водосборных бассейнах она бежит по листьям, стволам, земле, камням, собираясь в реках и озерах и подземных водоносных слоях. Кое-где в ходе стихийного развития городов водосборные бассейны консервировались людьми как бы наугад или между делом. В иных местах бассейны удавалось сберечь благодаря тому, что города располагались на достаточно большом расстоянии от тех точек, откуда вода поступала по трубам. По сути, чем дальше оказывались места извлечения питьевой воды, тем безопаснее она была. Наконец, в некоторых регионах успеха достигли благодаря значительным инвестициям в защиту лесов, окружавших городские пространства. Именно так обстояло дело в Нью-Йорке{144}. В каждом из этих вариантов сдерживания паразитов люди, зачастую не подозревая об этом, продолжали опираться на помощь дикой природы.

В редких особо «везучих» регионах природа до сих пор остается относительно нетронутой, поэтому может выручать человека, сохраняя питьевую воду свободной или почти очищенной от паразитов. Однако намного чаще встречаются ситуации, в которых водные системы, жизненно важные для городов, сохранились не полностью. Или же загрязнение и нарушение природных систем оказываются столь масштабными, что с ними не могут справиться даже бережно сохраняемые леса, реки и озера. «Великое ускорение», сопровождавшееся ростом человеческой популяции и стремительной урбанизацией, нанесло урон множеству рек, прудов и водоносных горизонтов, лишив их способности бороться с паразитами. В результате люди, отвечающие за городское водоснабжение, в разных местах и независимо друг от друга решили, что питьевую воду без паразитов можно обеспечить лишь одним способом – подвергая ее специальной обработке.

Водоочистные сооружения начали разрабатывать в первой половине 1900-х годов; в них применялись разнообразные технологии, которые имитировали процессы, идущие в природных водоемах. Имитация, однако, по большей части оказывалась довольно грубой. Медленное просачивание воды сквозь песок и камни заменили прогонкой ее через фильтры, а на смену водным хищникам, истребляющим паразитов, пришли биоциды вроде хлора. К тому моменту, когда вода приходила в дома, паразиты погибали, а почти весь хлор испарялся. Этот метод спас миллионы жизней, а для значительной части мира он и сейчас остается единственным доступным путем обеззараживания питьевой воды. Многие из нынешних систем водоснабжения, особенно городских, загрязнены до такой степени, что пить необработанную воду из-под крана нельзя. Понятно, что в таких условиях у нас не остается иного выбора, кроме как очищать воду, пытаясь снова сделать ее безопасной.