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

Хемолитотрофы, поедатели химических веществ, — это организмы, получающие энергию путем окисления неорганических соединений.

Каждый вид, от бактерии до обезьяны, носит имя, состоящее из родового и видового названия. Род — это группа высшего порядка, к которой принадлежит данный вид. Мы, люди, относимся к виду sapiens (знающий, разумный) рода Homo (человек). Мы — Homo sapiens . Часто нелегко понять, где проходит граница между двумя видами; границы рода могут быть еще более размыты. В теории часто утверждается, что биологи должны выделять роды единообразно, так, чтобы, скажем, род бактерий имел приблизительно тот же возраст, что и род приматов. На практике специалисты по разным группам организмов очень по-разному распределяют виды по родам. В систематике бактерий роды обычно включают много видов и характеризуются большим возрастом (род Thermus мог возникнуть несколько десятков миллионов лет назад, если не раньше). В группах организмов, более близких к нам, роды обычно включают меньшее число видов и более недавние. Надо сказать, что эта разница целиком обусловлена различными подходами к классификации, которых придерживаются бактериологи и приматологи, а не различиями между микробами и обезьянами. Родовое и видовое название всегда пишется курсивом (как можно видеть на страницах этой книги), за исключением тех случаев, когда вид открыт, но еще не получил свое имя. В этом случае курсивом пишется только название рода, а не условное обозначение вида. Например, Thermus X1, где X1 означает, что это, вероятно, новый вид, который еще не получил своего видового наименования. В большинстве групп организмов, помимо позвоночных и растений, многие виды известны под такими условными именами просто потому, что еще никто не удосужился дать им формальное видовое имя, хотя их существование известно.

Когда Брок вырастил в лаборатории колонию Thermus aquaticus , он попытался создать культуру еще одного вида, который называл просто «розовой бактерией», живущей в еще более горячей среде. Ему это не удалось, как не удалось и никому впоследствии. Первая работа, посвященная Thermus , это: T. D. Brock and H. Freeze, «Thermus aquaticus gen. n. and sp. n., a Nonsporulating Extreme Thermophile», Journal of Bacteriology 98, no. 1 (1969): 289–297.

R. F. Ramaley and J. Hixson, «Isolation of a Nonpigmented, Thermophilic Bacterium Similar to Thermus aquaticus », Journal of Bacteriology 103, no. 2 (1970): 527.

Впоследствии этот термин у экологов позаимствуют экономисты.

T. D. Boylen and K. L. Boylen, «Presence of Thermophilic Bacteria in Laundry and Domestic Hot-Water Heaters», Applied Microbiology 25, no. 1 (1973): 72–76.

J. K. Kristjánsson, S. Hjörleifsdóttir, V. Th. Marteinsson, and G. A. Alfredsson, « Thermus scotoductus , sp. nov., a Pigment-Producing Thermophilic Bacterium from Hot Tap Water in Iceland and Including Thermus sp. X-1», Systematic and Applied Microbiology 17, no. 1 (1994): 44–50.

Kristjánsson et al., « Thermus scotoductus , sp. nov.», 44–50.

Брок в своих публикациях не устает подчеркивать что, хотя промышленность взяла на вооружение экстремофильных микробов, открытых им и его коллегами в 1970–1980-е гг., очень немногие исследователи продолжили изучать их экологию в естественной среде обитания. См.: Brock, «The Road to Yellowstone», 1–28.

D. J. Opperman, L. A. Piater, and E. van Heerden, «A Novel Chromate Reductase from Thermus scotoductus SA-01 Related to Old Yellow Enzyme», Journal of Bacteriology 190, no. 8 (2008): 3076–3082. Поскольку микробы беспрестанно преподносят сюрпризы, недавно было установлено, что новый штамм этого вида может при необходимости переходить на хемотрофный тип питания. На научном жаргоне такое явление называется «миксотрофией». См.: S. Skirnisdottir, G. O. Hreggvidsson, O. Holst, and J. K. Kristjánsson, «Isolation and Characterization of a Mixotrophic Sulfur-Oxidizing Thermus scotoductus », Extremophiles 5, no. 1 (2001): 45–51.

О причинах того, почему так много бактерий до сих пор не поддаются культивированию, см.: Pande and C. Kost, «Bacterial Unculturability and the Formation of Intercellular Metabolic Networks», Trends in Microbiology 25, no. 5 (2017): 349–361.

Это называется «секвенирование с высокой пропускной способностью» — красивый термин, обозначающий, что с помощью такого метода можно делать несколько дел разом, а именно одновременно секвенировать гены большого числа особей. Это напоминает «Макдоналдс», где можно быстро накормить сразу много людей. А что касается «секвенирования нового поколения» (next generation sequencing), то технологии развиваются настолько быстро, что методика next generation уже давно выглядит весьма скромно по сравнению с «самым-самым новым поколением» (и это было неизбежно, о чем не подумали те, кто вводил термин «секвенирование нового поколения»).

На самом деле нужны некоторые дополнительные действия, чтобы удалить из пробы все, что не является ДНК. Но я описываю процедуру в самых общих словах.

Со временем ученые — последователи Брока и его коллег и современников открыли еще более термофильных, даже гипертермофильных, микробов, а вместе с ними и целую библиотеку их ферментов, каждый из которых обладает особыми способностями. Например, у Pyrococcus furiosus была идентифицирована полимераза, которая работает подобно Taq, но сохраняет стабильность при более высоких температурах.

При стандартном секвенировании на выходе мы не получаем списка идентифицированных организмов с их научными названиями. Вместо этого мы имеем дело с перечнем форм, сгруппированных по их родам, например Thermus 1, Thermus 2 и т. д. Под этими обозначениями скрываются отдельные секвенции, объединенные под одним родовым названием по принципу схожести последовательностей их ДНК. Понимая, что такие сущности не являются «полноценными» видами, микробиологи называют их ОТЕ (операциональными таксономическими единицами). Систематика микроорганизмов до сих пор находится в довольно запутанном состоянии, поэтому использование ОТЕ хотя и не самый совершенный способ классификации, но позволяет нам двигаться вперед, не дожидаясь, пока будет достигнут консенсус между традиционными и новыми подходами к классификации живых организмов.

Не так давно Регина Уилпишески применила эту технологию к поиску неизвестных термофильных бактерий, которые могут населять водонагреватели вместе с Thermus scotoductus . Ей удалось выявить с полдюжины видов бактерий, которые обычно обнаруживаются в горячих источниках. Некоторые из них относятся к некультивируемым, и тем не менее их удалось обнаружить.

Не раз бывало, что я забредал так далеко и надолго, что во всех трех моих источниках света садились батарейки. Мне приходилось идти назад при свете луны, через кишащий ядовитыми змеями лес. Это было не очень разумно.

S. H. Messier, «Ecology and Division of Labor in Nasutitermes corniger : The Effect of Environmental Variation on Caste Ratios» (PhD diss., University of Colorado, 1996).