Сюзанна Тиле - Как микробы влияют на нашу жизнь. Новое и удивительное о многогранных соседях

На сегодняшний день известно более 12 тысяч видов бактерий. И микробиологи каждый день открывают все новые и новые микробы. Вы, должно быть, уже удивлялись тому, какие порой странные наименования имеют бактерии, грибы или вирусы. В биологии ученые в основном применяют латинскую терминологию, поскольку это универсальный способ отличить виды друг от друга. Так, яблоко носит название malus domestica , собака – canis familis , а человек – homo sapiens . Каждая недавно обнаруженная бактерия также получает латинское наименование. Обычно оно связано с какой-то особенностью метаболизма или местом, где обитает микроб. Например, палочковая бактерия лактобацилла превращает молочный сахар, лактозу, в молочную кислоту – лактат. Иногда в названии увековечивают имя открывателя. Например, кишечная палочка, Escherichia coli (эшерихия коли), названа в честь впервые описавшего ее Теодора Эшериха. Иногда названия немного сказочные, даже странные. Карлик Румпельштильцхен из сказок братьев Гримм дал свое имя микобактериофагу – вирусу, который может отправить бактерии в нокаут. И Сurvibacter delicatus – это не ругательное слово, а всего лишь наименование слегка изогнутой палочковой бактерии из Японии.

Как микробы проводят день? Прежде всего они запасаются энергией и материей, чтобы снова и снова раздваиваться посредством деления. Продолжение рода – любимое занятие этих крошек: микроорганизмы невероятно плодовиты, и это дает им большие преимущества в завоевании новых мест обитания. Одна клетка кишечной палочки в идеальных условиях в течение 20 минут может стать двумя клетками. Рекордсмены среди микробов дают новое поколение потомства менее чем за десять минут. К ним относится, например, clostridium perfringens – противный возбудитель гангрены, который может разрастись вдвое за девять минут. По словам бельгийского биохимика и нобелевского лауреата Кристиана де Дюва, при достаточном потреблении питательных веществ бактериальная клетка способна производить 280 миллиардов потомков в день [6] DeDuve: Die Zelle. Spektrum Akademischer Verlag 1993. . По сравнению с этим клетки человеческого организма просто черепашки: за такое же время наши клетки совершают одно деление.

Но нет в мире совершенства, даже среди бактерий один раз на миллион делений случается брак – так называемый мутант. Часто это бывает, когда клетке просто не везет, ведь эксперименты не всегда заканчиваются хорошо. Но иногда, когда бактерии обладают, так сказать, полезным превосходством, а именно возможностью использовать новое питательное вещество, происходит нечто, что дает им невероятное преимущество в эволюции: они могут обмениваться этой информацией и качествами друг с другом, от клетки к клетке, и такие фрагменты генетической информации передаются даже другим видам.

О том, что бактерии могут также заниматься сексом (если мы имеем в виду секс в широком смысле слова), известно уже около 70 лет. В 2001 году американские исследователи «застали с поличным» клетки бактерии с клетками хомяка: бактерии передавали части своего генома клеткам животных, обмениваясь свойствами через так называемый горизонтальный перенос генов.

У многих бактерий кроме обычных кольцеобразных хромосом имеется еще множество маленьких колец ДНК, так называемых плазмид. На них часто находятся генетические факторы способностей, которые могут дать некоторые преимущества в особых условиях окружающей среды (например, устойчивость к антибиотикам). Чтобы передать эти свойства, бактерии разработали специальную технику: вступая в контакт с другой бактериальной клеткой, они могут раздвоить плазмиду, образовать трубчатый отросток – «половой волосок» – и передать через него плазмидную ДНК. Это так называемая конъюгация – процесс, подобный пневмопочте.

Итак, бактерии могут обмениваться данными, а значит, они плавают в некоем общем генофонде. Каждое генетическое изменение, которое становится востребованным, тут же может распространиться повсеместно. Только представьте себе: вы стоите на берегу большой реки и понимаете, что нужны крылья, дабы пересечь ее. Просите своих дальних родственников помочь, и моментально происходит чудо: вы уже умеете летать, или светиться зеленым, или запускать фотосинтез. То есть, с точки зрения генетики, бактерии являются гигантским сообщающимся организмом, состоящим из крошечных членов, очень быстрым и поэтому непобедимым.

Надеюсь, вы уже хорошо знакомы с микробиологией, так что можем позволить себе провести небольшой эксперимент. Составьте мне компанию в путешествии во времени к истокам рождения нашей планеты. Без микробов Земля не стала бы нашей, а мы, люди, вообще не появились бы.

Невообразимо давно, 3,85 миллиарда лет назад, наша планета немного остыла и покрылась твердой коркой, появилась первая жизнь на Земле, и уже тогда микробы были активными участниками всех процессов. Биологи до сих пор не могут найти ответ на один из главных вопросов: как именно случилось, что какие-то парящие химические элементы собрались вместе и вдруг из них появились протеины – строительный материал жизни?

Представьте, что мы могли бы вместе передвигаться на машине времени, чтобы засвидетельствовать этот момент рождения жизни. Вы бы не узнали нашу Землю: неуютная планета, из-за солнца ничего не видно, странный пейзаж с извергающими огонь вулканами, красным небом и медно-красным морем. И начали бы задыхаться, ведь кислорода еще почти не было.

Когда Чарльз Дарвин, отец теории эволюции, размышлял о происхождении жизни, он представлял себе теплую заводь, образованную приливом, на берегу моря под палящим солнцем. По его мнению, в этом «первичном бульоне» все строительные элементы жизни перемешались и встряхнулись, как коктейль, так и образовалась новая жизнь.

Сегодня исследователи считают, что жизнь зарождалась в обстановке кипящего ада – под постоянной бомбардировкой метеоритами, в условиях экстремальных температур, под интенсивным ультрафиолетовым излучением и в разреженной атмосфере, перенасыщенной метаном, аммиаком и другими токсичными для нас газами. Самые вероятные места зарождения жизни – это клокочущие жерла вулканов на морском дне. В этих гейзерах, «черных курильщиках» в Срединно-океаническом хребте, органические структуры и новые клетки были защищены от смертельного ионизирующего солнечного облучения. Эти источники кишат жизнью и сегодня. Населяют их прежде всего первобытные одноклеточные живые организмы, такие, например, как археи – бактерии, составляющие основу пищевой цепи.