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

Но однажды решение было найдено. И этим решением был Thermus aquaticus , полимераза которого дееспособна при высоких температурах. И более того, именно в таких условиях она работает наиболее эффективно. Это было как раз то, что нужно. Через несколько лет после того, как Брок открыл Thermus aquaticus , генетики поняли, что если полимеразу этого вида (сокращенно Taq) добавить к ДНК при высокой температуре, то процесс копирования пойдет гораздо быстрее. Процесс копирования ДНК с помощью термоустойчивых полимераз, называемый полимеразно-цепной реакцией (ПЦР), может показаться второстепенным для науки. Однако практически все генетические тесты, проводимые в сегодняшнем мире, от установления отцовства до поисков бактерий в образцах пыли, основаны на ПЦР. Так бактерии, обнаруженные в горячих источниках и бытовых бойлерах, те самые, что заставили нас заняться поисками невидимой жизни в наших домах, стали источником белков, необходимых для того, чтобы вести эти поиски на современном научном уровне [31].

А вот какие именно гены копируют с помощью ПЦР ученые, лаборанты или врачи и как они потом расшифровывают полученные копии ДНК, зависит уже от цели конкретного исследования и от используемой технологии. В случае если нам нужно идентифицировать все виды бактерий, представленные в отдельно взятой пробе, обычно используют ген 16S рРНК. Он так важен для жизнедеятельности бактерий и архей, что за 4 млрд лет эволюции остался почти неизменным. Именно поэтому ученые так полагаются на этот ген, который есть у всех без исключения известных видов архей и бактерий. От вида к виду ген отличается достаточно для того, чтобы идентифицировать отдельные виды, но не настолько, чтобы его не распознать. А что касается методов, используемых для декодирования множества копий этого гена, то они весьма разнообразны. Некоторые основаны на добавлении маркированных нуклеотидов (тех самых букв генетического алфавита) в пробы, ДНК которых планируется скопировать. Маркируются они особыми веществами, которые может считать машина для секвенирования, или секвенаторы. Это устройство начинает работу со считывания праймера, которым открывается нуклеотидная цепочка, а потом считывает одну за другой все последующие «буквы». Это повторяется с каждой копией ДНК в пробе, хотя там их могут быть миллиарды, и в результате формируются огромные файлы с данными, в которых записаны расшифровки всех копий ДНК. Затем эти расшифровки объединяются в группы на основе их сходства и уже тогда считанные последовательности нуклеотидов каждой группы сравниваются с последовательностями уже известных видов, полученными ранее другими исследователями [32]. Конкретные детали этого процесса постоянно меняются, но одно остается неизменным: с каждым годом секвенирование становится все дешевле и проще. Не за горами времена, когда появятся портативные секвенаторы. (На самом деле такие уже существуют, но делают много ошибок при чтении ДНК. Со временем они станут лучше.)

Итак, в наши дни, главным образом благодаря Thermus aquaticus , стало возможным взять пробу и пропустить ее через «конвейер секвенирования», чтобы идентифицировать все виды микробов, что в ней содержатся, неважно, живые они или мертвые. Для этого не нужно ни рассматривать пробу в микроскоп, ни выращивать культуры входящих в нее видов. Биологи могут распознавать формы жизни, представленные в почве, морской воде, облаках, фекалиях и вообще где угодно. И не только культивируемые виды микробов, но и множество иных, которых пока не умеют выращивать в лаборатории. В мои студенческие годы такая возможность казалась несбыточной, да просто невообразимой. Теперь это обычное дело [33]. Лет десять тому назад я со своими коллегами задумал использовать эту методику для изучения жизни в домах. К тому времени уже стало возможным и вполне доступным взять пробу пыли с дверной рамы, каплю воды из-под крана или даже кусок ткани из одежного шкафа и идентифицировать почти все виды, присутствующие в образце путем расшифровки ДНК. Левенгук имел в своем распоряжении всего лишь увеличительное стекло для изучения окружающей жизни, а мы пропускаем ее через «конвейер секвенирования». На старте этого предприятия мы не могли даже предположить, что нам удастся обнаружить. А результаты оказались поразительными, причем не только по количеству найденных видов, но и по числу тех из них, что ранее не были известны.

Мой собственный путь к изучению форм жизни в домах начался во влажном тропическом лесу. В бытность мою студентом я провел часть второго года обучения в Коста-Рике, на биологической станции Ла Сельва. Я работал вместе с Сэм Мессье, аспиранткой из Колорадского университета в Боулдере, изучавшей один вид древесных термитов, называемый Nasutitermes corniger . Рабочие термиты питаются отмершей древесиной и листьями лесных деревьев. В такой еде полно углерода, но мало азота. Чтобы компенсировать недостаток этого элемента в пище, в кишечнике термитов имеются особые бактерии, способные поглощать азот из воздуха. Колонии этих рабочих термитов с их королевами, королем и потомством находятся под охраной термитов-солдат, головы которых вытянуты наподобие пушечных стволов, через которые они выпрыскивают ядовитую жидкость на своих врагов — муравьедов и муравьев. Эти «пушки» настолько длинны, что термиты-солдаты не могут есть самостоятельно и полностью зависят от питательных веществ, которые получают от рабочих термитов или от бактерий из воздуха. В некоторых термитниках этого вида можно обнаружить большое число этих беспомощных солдат; в других колониях их очень мало. Сэм хотела проверить гипотезу о том, что при повторяющихся набегах муравьедов число особей-солдат увеличивается. Сделать это было довольно легко: просто имитировать нападение муравьеда на одни термитники, не трогая другие. Это и было моей задачей. Вооружившись мачете, я день за днем ходил от одного термитника к другому.

Для мальчишки, каким я втайне оставался в свои 20 лет, такая работа — предел мечтаний. Я бродил по лесу, то и дело пуская в ход мачете. Для молодого ученого — лучше не придумаешь. За работой я вел с Сэм разговоры о науке, пока она не уставала. За ланчем и ужином досаждал своими расспросами другим ученым. Когда вокруг не оставалось никого, кто мог бы отвечать мне, отправлялся на прогулку. Ночами я бродил по лесным тропинкам с фонариком и налобной лампой (еще один фонарь был в резерве). Ночной лес был полон звуков и запахов жизни, но видеть я мог лишь то, на что падал свет моих ламп [34]. Казалось, что свет, выхватывая из тьмы животных, сам создавал их. Я учился различать блеск глаз змей, лягушек и млекопитающих, опознавать спящих птиц по их силуэтам. Учился терпеливо присматриваться к листве и стволам деревьев, где таились гигантские пауки, катидиды {4} и насекомые, мимикрирующие под птичий помет. Порой мне удавалось уломать одного немецкого зоолога, чтобы он позволил сопровождать его на ночную охоту за летучими мышами с помощью сети. У меня не было прививки от бешенства, но его это ничуть не беспокоило. Меня — в мои 20 лет — тоже. Он учил меня различать рукокрылых. Так я познакомился с нектароядными, насекомоядными и плодоядными их видами. Попадался мне и питающийся птицами большой листонос ( Vampyrum spectrum ), такой огромный, что мог проделать дыру в ловчей сети. Мои наблюдения, хотя и разрозненные, позволили мне начать строить некоторые гипотезы. Мне нравилось думать, что мы еще не узнали большую часть того, что нам предстоит. Мне нравилось, что открытия поджидают нас чуть ли не под каждым бревном или листом, стоит лишь запастись терпением.