Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Думаю, что относительно подробностей метаболической машинерии у нас на Земле и относительно того, насколько она способна подстраиваться под нужды того или иного вида, остается еще много открытых вопросов. Развитие этой системы объясняется и ресурсами, которые были в ее распоряжении на нашей планете, и средой, которая помогала формировать процессы естественного отбора. В этом отношении эволюция была во многом случайной. Одно мы знаем наверняка: химическая среда на нашей планете в конечном итоге определяется историей формирования Земли из сгустившегося облака, размером нашей звезды, коллизиями при выстраивании планет по орбитам. Все, что мы знаем об экзопланетах, наталкивает нас на мысль, что другие планеты размером с Землю, возможно, необычайно разнообразны с химической и геохимической точки зрения.

А значит, разумно предположить, что метаболические процессы, которые широко распространены здесь, на Земле, на других планетах не всегда возможны. Подобным же образом вполне вероятно, что там идут реакции, которых у нас нет. Хороший пример дает нам изучение Титана, спутника Сатурна [151] Измерение нисходящего потока молекулярного водорода в атмосфере Титана привело к пересмотру и возобновлению дискуссии о жизни на этом небесном теле. См. уже упоминавшуюся ранее статью D. F. Strobel. Molecular Hydrogen in Titan’s Atmosphere: Implications of the Measured Tropospheric and Thermospheric Mole Fractions // Icarus 208 (2010): 878–86 (и список литературы в этой статье). . Температура там примерно –180 °C, поверхность покрыта жидкими углеводородами, – словом, такой химии, как на Титане, на Земле нигде не найдешь. Однако существует по крайней мере один довольно-таки очевидный метаболический процесс, который может идти на Титане и способен обеспечить живую материю полезной энергией. Это реакция водорода с ацетиленом. При температурах, при которых мы с вами живем здесь, на Земле, эта реакция – взрыв, производящий метан и много шума. На холодном Титане она невозможна без катализатора, зато в результате тихо и спокойно дала бы много энергии. Ученые уже размышляли о том, чтобы попытаться зарегистрировать эту реакцию и таким образом поискать на Титане признаки жизни. На первый взгляд идея безумная, однако не невероятная.

Отдельные подробности метаболических процессов могут быть разными, однако свидетельств в пользу того, что интегрированная система обмена веществ и геохимических изменений на Земле возникла случайно, очень мало. Напротив, как я уже говорил, судя по всему, это стойкая и надежная модель, которой вполне может руководствоваться любая действующая биосфера. Как же в нее вписываемся мы, люди? Жизнь в том виде, в каком мы ее воплощаем, развилась на основе микрокосма и до сих пор полностью интегрирована с ним: ведь именно от микромира всецело зависит и состояние окружающей среды на планете, и функционирование каждого из нас в отдельности. В какой степени это правда, мы только начинаем понимать, и об этом у нас и пойдет разговор.

Едва ли не самое революционное и неприятное для многих открытие в современной биологии состоит в том, что мы не индивидуальны в том смысле, в каком привыкли считать. На самом деле каждый из нас не «я», а «мы» – совокупность примерно из 10 триллионов эукариотических человеческих клеток, которые служат вместилищем и опорой для коллектива примерно из 100 триллионов отдельных микроорганизмов. Выводы, которые из этого следуют, поистине головокружительны и стремительно изменяют наши представления о человеческой физиологии и медицине. Добро пожаловать в тайный мир микрофлоры человека!

Большинство из нас не сталкиваются со своим микроскопическим багажом на непосредственном опыте. Мы не отбрасываем, словно шкуру, толстые слои микробов. Однако отчасти причина в том, что мы просто не видим эти организмы – они ведь маленькие, как и все прочие микробы, просочившиеся во все уголки нашей планеты. Клетка бактерии в десять раз меньше в поперечнике, чем наша собственная клетка, и совокупный вес наших микроскопических пассажиров, как полагает, у взрослого человека составляет меньше килограмма. Это около 1 % нашей личной биомассы. Однако это и в самом деле целый микрокосм, неведомый и неожиданный мир, в который впервые заглянул Антони ван Левенгук, когда в 1674 году собрал первый микроскоп, и у научного сообщества ушло еще 300 лет на то, чтобы в полной мере оценить значение этого мира. Каждый из нас, подобно капельке озерной воды под линзой Левенгука, носит в себе свою микроскопическую Вселенную.

Первые настоящие попытки составить перепись этой популяции микробов [152] Это делается при помощи инструментов «метагеномики», когда изучаются образцы, полученные из естественной среды, и изучается генетическое разнообразие определенных важнейших генов, которыми так или иначе пользуются все живые организмы. Например, рибосомальная последовательность РНК 16S состоит из 1542 нуклеиновых кислот – «букв», и эта последовательность, как говорят биологи, высоко консервативна, то есть случайные мутации в ней вызывают осложнения и быстро уничтожаются путем естественного отбора, а значит, любая версия, как правило, соответствует своему биологическому виду. Если изучить разнообразие вариантов этой последовательности в образце, можно получить оценку количества разных видов бактерий и архей в нем. , живущих «вместе» с человеком, едва начались. Современные инструменты генетического анализа позволяют нам описать практически любую среду, оценив многообразие определенных общих генов – участков ДНК, которые прямо отвечают за ту или иную ключевую биологическую функцию. Это дает нам возможность исследовать не только океанское дно, но и ландшафты собственных плоти и крови, – и получить результаты, над которыми стоит задуматься, поскольку они позволяют нам по-новому взглянуть на наше положение в микрокосме и в космосе.

Рассмотрим, к примеру, кто живет у нас в легких [153] См., например, обзор J. M. Beck, V. B. Young, and G. B. Huffnagle. The Microbiome of the Lung // Translational Research 160 (2012): 258–66. . По нынешним оценкам на каждом квадратном сантиметре затейливой внутренней поверхности дыхательных путей человека живет более 2000 отдельных микроорганизмов, которые принадлежат как минимум к 120 разным видам. Общая площадь внутренней поверхности здоровой пары легких взрослого человека составляет примерно 70 квадратных метров – площадь стандартного теннисного корта. Таким образом, общая численность представителей этих 120 видов в нашем организме приближается к 1,5 миллиардам отдельных особей (и вполне вероятно, что это число на самом деле гораздо больше).

До самого недавнего времени считалось, что наши легкие, по сути дела, стерильны. Когда у людей брали пробы ткани или слизи и пытались вырастить на них бактерии, это ни к чему не приводило. Теперь мы понимаем, что все дело в том, что эти микроскопические обитатели наших легких попросту не размножаются вне привычной среды. Для выживания им нужна именно такая ниша.