Роб Данн - Не один дома. Естественная история нашего жилища от бактерий до многоножек, тараканов и пауков

Стефани продемонстрировала нам полученный в чашках Петри результат. На целлюлозной среде выросло много бактериальных колоний. Все эти виды, очевидно, могли использовать целлюлозу в качестве пищи. Бумага, гипсокартон, стебли кукурузы — все это состоит из целлюлозы. Ее можно отправлять в отходы, а можно использовать в качестве сырья для получения биотоплива. Бактерии, способные утилизировать это вещество, могут принести немалую пользу, перерабатывая различный целлюлозосодержащий мусор, от кукурузных початков до туалетной бумаги, в энергию. Некоторые другие организмы тоже умеют это; какие-то уже используются в промышленном производстве, но найденные нами бактерии, возможно, перерабатывают целлюлозу быстрее и эффективнее. Это была впечатляющая, пусть и не совсем неожиданная находка.

Полученные нами данные о биологии пещерных кузнечиков, живущих в подвалах [189], позволяли надеяться, что по крайней мере некоторые из живущих в их кишечниках бактерий способны разлагать лигнин. В то время я ничего не знал об истории неудачных попыток отыскать подобные микробы. Незнание прошлого часто приводит к повторению чужих ошибок. С точки зрения истории наши шансы найти лигниноядные бактерии были ничтожны. И все же один бактериальный штамм, взятый от пещерного кузнечика, оказался именно тем, что мы искали, — эти микробы способны существовать в отсутствие другой пищи, кроме лигнина. Такую же способность продемонстрировали пять штаммов (или два вида), полученных от жуков-кожеедов. Лишь много времени спустя я вполне осознал значение нашего открытия. В двух видах насекомых мы нашли целое сообщество бактерий, разлагающих лигнин, возможно самое распространенное на планете вещество биологического происхождения. Теперь число известных штаммов лигниноядных микробов выросло вдвое, а число известных видов увеличилось на 30 %. По меньшей мере два найденных нами бактериальных вида, включая главный объект нашего внимания, микроб, родственный Cedecea lapagei {18} , оказались новыми для науки. Подведем итог. Мы обнаружили крупный и ранее остававшийся незамеченным вид интродуцированного насекомого, расселившегося по подвалам домов по всей Северной Америке. В этом насекомом оказались микробы, представляющие ранее неизвестный вид, способный разлагать лигнин.

Стефани также попыталась вырастить бактерии на питательной среде, содержащей лигнин, погруженный в щелочной раствор. Вообразите, что вы жуете древесные щепки, предварительно вымоченные в щелочи. Это не просто невкусно — после такой закуски вы лишитесь кожи. Экспериментальный раствор был таким, что большинство видов бактерий не могли в нем жить и размножаться. Большинство, но не все. Стефани нашла виды, способные существовать и в таких страшных условиях. С первой же попытки нам удалось сделать невозможное! Это была невероятная новость. Интересно, что все виды, способные разлагать лигнин, включая Cedecea lapagei, продолжали делать это и в щелочной ванне. Итак, Cedecea lapagei могли разлагать лигнин и целлюлозу, входящие в состав черной щелочи, и перерабатывать отходы в очередные бактерии, которые, в свою очередь, могли превратиться в энергию.

Получается, что изучение биологии пещерных кузнечиков и жуков-кожеедов, живущих в наших домах, привело к открытию микробов, способных превращать промышленные отходы в энергию. Наши шансы на успех изначально были малы, невероятно малы, возможно один шанс на сотню тысяч, если не на миллион. Вероятность найти сразу три лигниноядных вида была еще меньше. Но расчеты показывают, что наш успех не был обусловлен игрой случая. Да, нам повезло, но мы основывали свой поиск на знании образа жизни насекомых и поэтому могли предсказать, где нам следует искать полезных микробов. Такой подход вполне оправдал себя. Вот такую пользу приносят изучение естествознания и экологии, а также понимание эволюционных тенденций пещерных организмов.

Эми, Стефани и я продолжаем изучать, каким образом можно выращивать эти бактерии в промышленных масштабах, чтобы применять их на практике. Совместно с другими учеными мы выделили лигниноразрушающие вещества, которые секретирует одна из этих бактерий, Cedecea . Мы даже установили, какие именно гены отвечают за производство этих ферментов. Теперь мы движемся к тому, чтобы пересаживать эти гены бактериям, хорошо растущим в лабораторных условиях, и заставить их перерабатывать лигнин в больших количествах (конечно, под присмотром). Следите за новостями. Мы стоим на пороге захватывающих открытий. Итак, чтобы дать ответ на вопрос, в чем польза от живых существ, поселившихся у вас дома, надо сначала их изучить.

После открытия бактерий, расщепляющих лигнин в кишечнике пещерных кузнечиков (и жуков-кожеедов), мне казалось, что мы дали достаточно ясный ответ на вопрос о пользе рафидофоридов. Это не означает, что теперь ваши подвальные постояльцы стали более ценными, чем были раньше. Скорее я имею в виду, что все это синантропное сообщество видов, взятое в целом, может потенциально принести немало выгод человеческому обществу, и эти выгоды будут лишь расти при условии, что обитатели наших домов никуда не исчезнут и мы сможем их изучать. Но, когда я делал доклады о наших достижениях, многие высказывали мнение, что мы чисто случайно наткнулись на два полезных вида членистоногих из многих тысяч их видов, встречающихся в домах. Мы ухватили плод, висящий на самой нижней ветке. Чтобы получить полную картину, необходимо было исследовать и другие виды. Именно этим мы и занялись, решив рассматривать один за другим более изученные синантропные виды в надежде найти и им полезное применение.

Следующий шаг напрашивался сам собой: проверить другие виды насекомых на предмет наличия у них бактерий, способных разлагать промышленные отходы. Например, вполне возможно, что сеноеды {19} вырабатывают неизвестные прежде ферменты, служащие для усвоения целлюлозы. Они могли бы найти применение в производстве биотоплива. Проверить эту гипотезу несложно [190]. Другой пример — мушки, личинки которых живут в раковинных стоках и питаются пищевыми отходами, выживая в экстремальных условиях, где потопы сменяются засухой и наоборот. В одном из недавних исследований ферменты, разлагающие целлюлозу, были найдены у чешуйниц и щетинохвосток — древних насекомых, живущих в пещерах и часто встречающихся в обследованных нами подвалах [191]. Мы могли бы исследовать их либо другие виды жуков. Напомню, что два лигниноядных вида бактерий были найдены в одной особи жука Dermestes maculatus . Почему бы не исследовать это насекомое подробнее? А если заняться другими представителями семейства кожеедов? Только в одном городе Роли мы нашли не меньше 12 их видов. У каждого из них, вероятно, есть собственные уникальные микробы. Но никто и никогда не занимался этим вопросом. Уверен, что если изучить этих жучков как следует, то у них в кишечнике обязательно найдутся микробы, потенциально пригодные для применения в той или иной отрасли. На подобных исследованиях можно построить целую научную карьеру (и очень интересную).