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

В большинстве перечисленных случаев и резистентность становится все более распространенной. Когда мы принимаем антибиотики, наши тела становятся ходячими аналогами мегачашки. Человек пьет таблетки, а бактерии в ответ обзаводятся устойчивостью к ним; вскоре они опять начинают распространяться – и на этот раз их уже ничто не сдерживает. Когда мы накачиваем антибиотиками домашний скот – зачастую это делается не для лечения, а лишь для ускорения роста, – животные тоже превращаются в подобие той мегачашки. Бактерии в них процветают и эволюционируют прямо посреди потоков антибиотика, не встречая преград. Даже наши больницы можно уподобить мегачашке: антибиотики там принимаются массами пациентов и во множестве палат. Кроме того, в больницах многие люди подвергаются иммунной компрометации: их организмы становятся беззащитными, словно агар в мегачашке. Сага эволюции раковых клеток, разворачивающаяся в наших телах, тоже отсылает к образу пресловутой чашки. Оттуда ничем не сдерживаемые клетки, штаммы и виды распространяются в экологических системах наших обществ. Более того, «ничем не сдерживаемые» – не совсем точный оборот: наши биоциды даже способствуют их процветанию, поскольку устраняют соперников. Они растут в положении своеобразных любимчиков: мы сами сделали их таковыми, выступив против остальной жизни.

Рис. 10.3. Динамика общего мирового объема применения гербицидов, антибиотиков, трансгенных посевов, производящих пестициды (Bt-посевов), одного конкретного гербицида (глифосата, который продают под маркой Roundup) и инсектицидов с 1990 года.

Источник: Jørgensen, Peter Søgaard, Carl Folke, Patrik J. G. Henriksson, Karin Malmros, Max Troell, and Anna Zorzet, "Coevolutionary Governance of Antibiotic and Pesticide Resistance," Trends in Ecology and Evolution 35, no. 6 (2020): 484–494.

Изображение: Лорен Николс

Чтобы предотвратить катастрофу, мы каждый раз шли одним и тем же путем: находили всё новые и новые антибиотики, химиотерапии, пестициды, гербициды и прочие биоциды. Когда вода в реке эволюции поднимается, мы строим дамбу повыше. Поначалу мы просто разыскивали новые биоциды в природе, действуя как золотодобытчики. В этих занятиях мы прочесывали биологический мир. Причем эти разведывательные вылазки начались задолго до Флеминга или даже до открытия бактерий. Например, ученый-медиевист Кристина Ли вместе с коллегами недавно обнаружила древнее лекарство, использовавшееся викингами для лечения глазных инфекций. Ученые показали, что это стародавнее средство не только справляется с бактериями, поражающими глаза, но и убивает бактерий с резистентностью к некоторым антибиотикам{161}. (Другими словами, древний препарат все еще в деле.) Следующей стадией освоения антибиотиков стали изобретения, то есть лабораторный подход: ученые прицельно создавали новые соединения, которые могли оказаться полезными. Теперь, отчаянно нуждаясь в обновлении антибиотиков, они пробуют смешанные стратегии, когда комбинируются поиски в природной среде, заимствования из арсенала народных средств (таких, как лекарство викингов) и чистое изобретательство. Например, Кишони, хорошо разбирающийся в эволюции бактерий, участвовал в разработке нового подхода, при котором для лечения инфекций одновременно применяют несколько антибиотиков. Если использовать такой прием нужным образом, он затрудняет эволюцию бактериальной резистентности в отношении даже одного вещества, не говоря уже обо всех сразу.

Реалии резистентности довольно мрачны. Но, как мне кажется, и здесь можно найти проблеск надежды. Я не менее сотни раз посмотрел видеозапись Байма, на которой показана эволюция E. coli. Когда я демонстрирую ее на своих лекциях, люди затихают. Именно такие вещи Кант называл возвышенными и страшными одновременно[18]. Байм, однако, считает, что люди неверно истолковывают увиденное. Лично у него видеозапись вызывает намного меньше волнения, чем, вероятно, вызовет у вас. Вообще говоря, он надеется, что в будущем мы научимся управлять резистентностью, сделав для этого четыре последовательных шага. Тут важно помнить, что на каждом шаге между нашими действиями и откликом мира на эти действия проходит некоторое время (ровно как с изменением климата). Применение биоцидов обязательно аукнется нам когда-то в будущем. Но, в отличие от изменения климата, в этом случае пауза будет относительно короткой. Как правило, она составляет годы, а не десятилетия, а иногда даже меньше, чем годы. Поэтому у нас имеется возможность быстро и кардинально пересмотреть свои подходы к управляемой эволюции своих врагов. В таком контексте те четыре шага становятся еще важнее: мы можем начать действовать уже сейчас, а отдачу получим довольно скоро. Пройдя четыре шага, мы значительно расширим свои возможности – нет, не избавить планету от резистентности (подобное невозможно), а найти способы сосуществовать с нею, органично вписавшись в поток жизни.

Первый шаг на пути к жизни бок о бок с резистентностью почти не изучен, но довольно важен. Он связан с идеей экологического вмешательства. Считается, что устойчивые бактерии хуже закрепляются в тех условиях, где им приходится конкурировать с другими бактериями, многие из которых производят собственные антибиотики, а также с паразитами и хищниками, вредящими бактериям. Чем больше больница или ваша кожа напоминают дикие джунгли, тем меньше шансов укорениться в них имеют новые штаммы бактериальной жизни.

Идея о том, что паразитам и вредителям труднее выживать, когда повсюду есть непохожие друг на друга враги, представляет собой еще одно проявление закона разнообразия. Дэйв Тилман, работу которого я описал в главе 7, проверил действие этого закона на заброшенных полях Миннесоты. Однако специфический контекст резистентности добавляет сюда кое-что свое. Свойство устойчивости у бактерий и прочих организмов обычно зависит от наличия определенных генов. Эти гены зачастую крупного размера, и поэтому их копирование снова, снова и снова требует много энергии. Бактерии тратят столько времени на копирование, что даже не успевают нормально питаться. К тому же белки и другие производные этих генов зачастую тоже обходятся недешево. Из-за этого резистентные виды, как предполагается, особенно уязвимы перед лицом соперников и паразитов. Таким образом, первый способ обуздать резистентность – это всеми силами поддерживать разнообразие в окружающих нас экосистемах. Заниматься этим можно и у себя дома: пользуйтесь водой и мылом, не злоупотребляйте антибиотиками, избегайте антисептических гелей, не применяйте пестициды без крайней необходимости. Все эти меры помогут сохранить полезные виды, с которыми резистентные виды и штаммы конкурируют.

Второй важный шаг, приближающий нас к сосуществованию с резистентностью, – это добиться преобладания в наших экосистемах уязвимых штаммов тех видов, которые предрасположены к выработке устойчивости. Этот шаг связан с первым, где уязвимые виды зачастую участвуют в конкурентной борьбе. Нам нужно поддерживать уязвимых конкурентов, хотя в целом уязвимость имеет значение не только для конкуренции.

Особый случай управления уязвимостью демонстрируют трансгенные растения, которые вырабатывают собственные пестициды. Такими растениями можно питаться без опаски, но у них довольно легко вырабатывается резистентность к тому пестициду, который они сами производят. Эта их слабость становится серьезнейшей проблемой, поскольку такими растениями засеяны огромные площади. В результате, когда нарождаются устойчивые к пестицидам вредители, им не составляет труда распространяться с поля на поле. Они способны пожрать целые страны: такое уже случалось и случится еще не раз. Однако у нас есть решение, позволяющее хотя бы на какое-то время преодолеть эти трудности.

Если рядом с растениями, генерирующими пестициды, посадить растения, которые их не вырабатывают, вредители предпочтут набрасываться на беззащитные и неотравленные посевы. Такие культуры, свободные от яда, называют «растениями-убежищами», поскольку они дают приют тем вредителям, которые боятся пестицидов. Несомненно, резистентные вредители смогут эволюционировать и в таких обстоятельствах, но при этом их особи, скорее всего, будут скрещиваться с более успешными особями, уязвимыми к пестицидам, которые кормятся на растениях, их не вырабатывающих. Гены устойчивости у вредителей останутся редкими, они будут разбавлены генами более многочисленных уязвимых особей – в особенности с учетом того, что резистентные гены, как отмечалось выше, требуют от организма особого попечения. Такая система может показаться довольно диковинной, но она работает. В большинстве стран, где сажают трансгенные растения, вырабатывающие собственные пестициды, в обязательном порядке требуется высаживать рядом с ними уязвимые «растения-убежища». Там, где эти требования по-настоящему соблюдают, эволюцию резистентности удается блокировать, а ценность трансгенных растений сохранить. Там же, где подобное требование существует, но не исполняется, резистентность берет верх, а «волшебные» трансгенные растения гибнут от вредителей и никаких чудес больше не творят. Например, в Бразилии наблюдается эволюция резистентности даже в отношении наиболее защищенных трансгенных растений. Если так пойдет и дальше, то Бразилии придется вернуться к старым сельскохозяйственным практикам (для которых требуются другие семена, другое оборудование и т. п.): вряд ли в ближайшее время будут разработаны новые трансгенные растения, способные заменить те, что уже сделались уязвимыми. Если у нас не получится наладить управление резистентностью, то нашим инновациям не удастся угнаться за ее эволюцией.

Соображения, напоминающие тактику «растений-убежищ», высказывались и применительно к борьбе с раком в человеческом организме. Например, эволюционный биолог Афина Актипис, эксперт из нашей группы, в своей книге «Клетка-предатель»[19] выдвинула новаторские предложения по лечению рака. Актипис выступает за то, чтобы рак лечили химиотерапией только в тех случаях, когда опухоли активно растут{162}. Если обращаться к химиотерапии, когда опухоль не увеличивается, то лечение будет уничтожать уязвимые клетки, оставляя незатронутыми самые устойчивые. Подобно резистентным бактериям, резистентные раковые клетки плохо выдерживают конкуренцию, но если истребить все уязвимые клетки, то соперников у них не останется. Если применить химиотерапию один раз, а потом повторить ее, не дожидаясь активного роста опухоли, то искоренению подвергнутся последние уязвимые клетки, а вместо них останутся только устойчивые. В результате, когда опухоль начнет активно расти в третий раз, она будет состоять исключительно из устойчивых клеток. И напротив, если применять лечение только в те периоды, когда опухоль растет, некоторые уязвимые клетки выживут: ведь они делятся и растут быстрее. Таким образом к следующему применению химиотерапии бо́льшая часть опухоли будет состоять из уязвимых клеток. Этот подход, являющийся одним из элементов так называемой адаптивной терапии, проходит клинические испытания под руководством Боба Гейтенби в Онкологическом центре и научно-исследовательском институте Х. Ли Моффитта во Флориде. На момент написания этих строк испытания проходили очень успешно. Конечно, адаптивная терапия – не чудодейственный путь, но она способна дополнить многие применяющиеся сейчас способы лечения онкологических заболеваний. С точки зрения размышлений о том, как контролировать резистентность рака и действовать вместе с естественным отбором, а не против него, это важная отправная точка.

Управление посадками трансгенных культур – совсем не то же самое, что лечение рака. Но у них есть нечто общее. В обоих случаях остановить распространение резистентных организмов удается через поддержку их уязвимых собратьев. Недавно руководитель нашей экспертной группы Петер Йоргенсен поделился идеей, что уязвимость наших врагов к биоцидам представляет собой общее благо. По его словам, это благо имеет не меньшее значение для человечества, чем, например, чистая питьевая вода. Чем больше мы поддерживаем уязвимость вредителей, паразитов и даже раковых клеток, тем выше становится степень нашего контроля над подобными видами. Конкретные способы работы с уязвимостью в каждом случае разные, но в конечном итоге нам всем выгодно подкреплять ее во всех формах{163}.

Третий шаг к жизни бок о бок с резистентностью сегодня представляется затруднительным, но завтра он станет проще. Чтобы сделать его, нужно научиться предсказывать, какими путями развивается резистентность. В ответ на те или иные биоциды организмы вырабатывают ее различными способами. Если снова и снова отматывать кассету эволюции назад, то каждый раз будет показан новый вариант резистентности. Но все же эволюция резистентности вполне предсказуема, хотя и по-разному. У некоторых видов можно предсказать скорость, с которой развивается устойчивость. Например, в мегачашке устойчивость к одному антибиотику приобреталась за 10 дней, а к другому – за 12. В других случаях можно предсказать больше эволюционных характеристик. Если, например, у некоторых бактериальных видов вырабатывается резистентность к определенному антибиотику, то каждый раз это происходит за счет одних и тех же мутаций, в одном и том же порядке, снова и снова – что-то вроде заученных шагов в танце эволюции. В подобных ситуациях перед нами открывается возможность предвосхищать эти шаги – и, соответственно, упреждать их. В итоге можно достаточно точно предсказывать и то, что резистентность будет развиваться, и как именно это будет происходить, а затем действовать с учетом этого прогноза. Подобное, впрочем, возможно не для всех видов и типов устойчивости; нам еще предстоит разобраться, для каких именно.

Четвертый и последний шаг к жизни с резистентностью подразумевает возвращение к решениям, предложенным природой. Байм не уставал повторять эту мысль в нашей беседе: он говорил, что лично его она «обнадеживает». Согласно моим наблюдениям, биологи, изучающие устойчивость, не слишком часто обращаются к слову «обнадеживать», а если и пользуются им, то исключительно саркастически. Но когда мы беседовали с Баймом, он говорил в прямом смысле. Надежду ему давали особые вирусы под названием «бактериофаги».

В целом наши биоциды подобны молотку. Антибиотики убивают бактерии почти без разбора. Пестициды убивают насекомых. Гербициды убивают растения. Фунгициды убивают грибы, а также представляют опасность для многих животных. Если у биоцидов и есть специализация, то она груба и приблизительна. Например, самые специфичные антибиотики убивают либо грамположительные, либо грамотрицательные виды бактерий. То есть специализации хватает лишь на то, чтобы из триллиона видов бактерий уничтожить полтриллиона. Это довольно глупый способ борьбы с угрожающими нам видами: его можно уподобить выкапыванию вокруг нашей цивилизации глубокого рва, не оснащенного мостом. Таким образом, в нашу крепость проникнут только те виды, которые смогут переплыть ров, забраться по стене и выжить под потоками кипящего масла. А вот когда они до нас доберутся, бежать нам будет некуда – ведь моста нет.

Более разумный подход – стратегически целиться в конкретных врагов. Но для этого их нужно знать. Как выразился Байм, многие распространенные паразиты до сих пор находятся «в запасниках естествознания». Некоторые из них даже имен пока не получили. И хотя более тщательная каталогизация наших недругов представляется не таким уж и сложным делом, мы ею пока не занимались – особенно за пределами самых богатых стран. Конечно, нам надо знать, кто наши враги; но столь же важно представлять себе и конкретного врага, атакующего конкретного пациента. Мы должны, взяв мазок, уметь определить, какие на нем присутствуют виды, штаммы и даже гены. Еще несколько лет назад такое было недостижимо. Но теперь это не только возможно – подобные вещи сделались намного проще и дешевле. Вскоре, по крайней мере в оснащенных больницах обеспеченных стран, определение полного гена того или иного паразита превратится в стандартную процедуру. Опознав паразита, против него можно будет применить не антибиотик широкого действия, а бактериофаг, соответствующий генетической и защитной специфике именно этого паразита. Конечно, такой метод станет доступным не в ближайший год, но, вполне возможно, через несколько лет. Здесь мы видим, как природное разнообразие (в данном случае бактериофагов) можно обратить себе на пользу.

Все перечисленные шаги и связанные с ними методы объединяет необходимость или даже требование знать законы эволюции, а также особенности биологии и эволюционных склонностей конкретных видов. Нынешние медицинские и научные практики не слишком всматриваются в эволюцию и естественную историю. Но над этим можно поработать. Медицина и здравоохранение, основанные на естествознании и эволюции, станут огромным благом для общества.

Возможно, мы сумеем пересмотреть свои обыкновения. Майкл Байм не теряет надежды на это. Есть надежда и у компаний, которые взялись за разработку решений на основе четырех вышеописанных принципов. Не исключено, что понадеяться стоит и вам – по крайней мере, воздержаться от того пессимизма, к которому подталкивают результаты экспериментов с мегачашкой, и поверить в нашу способность к переменам. А вот что точно никогда не изменится, так это законы эволюции. Ни через десять, ни через десять миллионов лет – до тех самых пор, пока существует жизнь{164}.

Глава 11

Не конец природы

В 1989 году Билл Маккиббен выпустил знаменитую, провидческую и резонансную книгу «Конец природы» (The End of Nature). То был горячий призыв к борьбе ради будущего нашей планеты. Выход этой работы подтолкнул социальное движение, нацеленное на защиту природы и противодействие климатическим изменениям. За ней последовал ряд похожих книг, среди которых, например, «Необитаемая Земля» Дэвида Уоллеса-Уэллса[20]. Все эти книги важны и полезны, но вместе с тем излагаемые в них оценки не во всем верны.

Ошибки авторов заключались не в том, что под воздействием человечества условия жизни на Земле меняются все быстрее, что грядущие изменения приведут к трагедиям невиданного масштаба или что подобные перемены повлекут за собой утрату все большего количества экологических ниш и поставят под угрозу земные экосистемы с их дикими видами, а также основополагающие функции, которые они выполняют в интересах человека. Все это было и остается верным. Но вот мысль о том, что все перечисленное хоть как-то связано с концом природы, ложна. Конец природы не так близок, как наш собственный. До меня это дошло в японском городе Окадзаки.

Меня пригласили туда на конференцию, посвященную вымиранию. В 2003 году я заканчивал диссертацию, а заодно взялся исследовать вымирание насекомых. В то время на этом исследовательском поле я был одинок. Я сделал несколько докладов с перечислением видов насекомых, которые предположительно вымерли за последние несколько сот лет. Я провел десятки часов, пытаясь инвентаризировать эти виды{165}. Я представлял свои изыскания в статьях и сделал специальный сайт о вымерших видах. Лян Пин Ко, аспирант из Сингапура, с которым мы никогда не встречались лично, вместе со мной изучал совымирание – исчезновение зависимых видов из-за утраты того вида, с которым они были неразрывно связаны (хороший пример – вши мамонтов){166}. Наша с ним совместная деятельность обернулась тем, что меня, работавшего тогда в Университете Кёртина в австралийском Перте, пригласили приехать на конференцию в Японию.

Там собрались светила, занимавшиеся изучением вымирания. Всем хотелось изложить свою собственную точку зрения на общую картину. Стюарт Пимм, автор книги «Мир глазами Пимма» (The World According to Pimm), рассказал о попытках оценить глобальные масштабы вымирания{167}. Роберт Колуэлл объяснял, как знание того, где виды были наиболее разнообразны, может повлиять на наше понимание проблемы вымирания. Джереми Джексон рассуждал об утрате крупных морских видов; из его доклада следовало, что каждое новое поколение людей расценивает чуть меньший набор видов как «крупные», выдавая чуть урезанную природу за прежнюю. Расселл Лэнд говорил о сокращении небольших популяций редких видов. Если от всех этих докладов и возникало какое-то общее ощущение, то оно сводилось примерно к следующему: мы не в состоянии точно оценить темпы или масштабы вымирания, но ясно, что мир в большой беде. Сама природа в беде. В то время такая тональность не казалось удивительной. Но, слушая из доклада в доклад о проблемах диких видов, просто нельзя было не впасть в уныние. А потом на трибуну поднялся Шон Ни.

Этот специалист был тогда профессором в Оксфорде. Несмотря на молодость, он успел заработать в среде эволюционных биологов репутацию умного борца с предрассудками. Он подмечал и выносил на всеобщее обозрение то, что другие упускали. Иногда он показывал суть вещей сквозь линзу математики. Иногда просто со вниманием указывал на нее. В точности как на нашей японской конференции.

Насколько я помню, Ни начал выступление с демонстрации эволюционного древа жизни – в сущности, генеалогического древа всех видов Земли. Оно не слишком походило на аналогичные деревья из учебников, которые обычно сфокусированы на тех или иных группах организмов. Скажем, можно без труда встретить эволюционное древо людей, обезьян и наших вымерших предков или эволюционное древо дубов (древо деревьев). Но большинство людей, включая основную массу эволюционных биологов, редко видит эволюционное дерево большего масштаба, на котором присутствовали бы не только приматы, млекопитающие или даже позвоночные, но также грибы, острицы и все древние линии одноклеточных организмов. И на то есть причины.

Рис. 11.1. Эволюционное древо жизни, включающее все основные ветви жизни (но не все виды!). На этом древе, напоминающем скорее куст, каждое ответвление – крупная линия живых организмов. Все виды с ядрами в клетках принадлежат к ветви эукариот, похожей на метлу и размещенной в нижней части древа справа. Среди эукариот – малярийные паразиты, водоросли, растения и животные, а также иные формы жизни. Опистоконты (заднежгутиковые) – небольшое ответвление эукариот, куда входят животные и грибы. Животные, если вглядеться попристальнее, составляют лишь тоненькую веточку опистоконтов. В столь широкой перспективе позвоночным на этом дереве не достается отдельной ветки. Они лишь крохотный бутон. А млекопитающие лишь одна клетка этого бутона. Человечество же, если продолжать метафору, даже меньше клетки

На рисунке 11.1 представлена версия большого эволюционного древа жизни. Если бы все ветви были поименованы, то вы быстро заметили бы, что почти ни одна вам не знакома. Среди крупных ветвей древа жизни можно обнаружить, например, микрархеи, виртбактерии, фирмикуты, хлорофлексии или еще более загадочные RBX1, локиархеи и торархеи. Если вы попытаетесь разыскать ветвь, на которой располагаются люди, то это будет не так-то легко. И здесь нет никакой ошибки: это всего лишь отражение нашего места на общем полотне жизни. Это эволюционное древо, как и то, что демонстрировал Шон Ни, показывает, что большинство ветвей на эволюционном древе жизни планеты Земля отводится разнообразным микроорганизмам.