Патогенез. История мира в восьми эпидемиях - Джонатан Кеннеди Страница 2

океана, где кипящая горячая вода вытекает из центра Земли. Они живут в километрах под землей и в километрах над ней, где влияют на формирование облаков и, возможно, даже молний. Они настолько многочисленны, что, несмотря на их крошечный размер, общая масса всех бактерий на планете в тридцать пять раз превышает массу всех животных и в тысячу раз - массу всех людей. Но бактерии не просто вездесущи: они также оказали глубокое влияние на нашу планету.

Около 2,5 миллиарда лет назад наш мир был почти полностью погружен в воду, за исключением странных вулканических пиков, пробивающихся сквозь море. Метан в атмосфере создавал парниковый эффект, благодаря которому на планете было гораздо жарче, чем сейчас. В воде и воздухе практически не было свободного кислорода, так как он был заперт в других молекулах. Жизнь на Земле состояла из анаэробных бактерий. Затем мир начал меняться с появлением цианобактерий - сине-зеленых водорослей, использующих солнечные лучи для фотосинтеза. Благодаря этому цианобактерии стали гораздо эффективнее вырабатывать энергию, что дало им огромное эволюционное преимущество. Их численность резко возросла. В течение нескольких сотен миллионов лет они накачивали океаны и атмосферу огромным количеством кислорода - побочного продукта фотосинтеза.

Это Великое событие, связанное с выделением кислорода, изменило планету. Часть кислорода соединилась с метаном в воздухе и образовала углекислый газ, гораздо менее эффективный парниковый газ. По мере охлаждения планеты ледяные покровы проникали вплоть до тропиков. Уровень моря понизился, и из-под воды появилась суша. Эукариотические организмы появляются в ископаемом состоянии вскоре после того, как в атмосфере стало много кислорода. Это не случайное совпадение. Все растения и животные производят энергию с помощью аэробного дыхания, которое в двадцать раз эффективнее анаэробного, и поэтому гораздо лучше подходит для поддержания крупных многоклеточных организмов.

Микробы продолжают играть важнейшую роль в поддержании атмосферы, способной поддерживать сложную жизнь. Цианобактерии в океанах по-прежнему способствуют образованию кислорода в атмосфере. В целом на долю фитопланктона - фотосинтезирующих микроорганизмов в море - приходится не менее половины кислорода, производимого живыми организмами. Бактерии выполняют множество других жизненно важных функций. Они преобразуют углерод, азот, серу и фосфор в питательные вещества, которые могут быть использованы животными, растениями и грибами. Когда эти организмы умирают, они возвращают соединения в экосистему путем разложения. Не будет преувеличением сказать, что бактерии сделали планету пригодной для существования сложной жизни, включая человека. Это мир бактерий, а мы здесь просто сидим на корточках.

Вирусное распространение

Вирусы не принято включать в Древо жизни, поскольку они занимают амбивалентное положение между миром живого и неживого. В отличие от бактерий, архей и эукариот, они не состоят из клеток - основных строительных блоков жизни, способных вырабатывать энергию и воспроизводиться. Вместо этого вирусы состоят из генетического материала - ДНК или родственной ей молекулы РНК, покрытой белком. Сами по себе они представляют собой инертную материю. Но когда им удается проникнуть в клетку живого существа - или заразить ее, - они берут на себя управление ее механизмами и воспроизводят свои копии, врываясь в жизнь. Этот процесс часто оказывается смертельно опасным для хозяина.

Вирусы - крошечные, даже по меркам микробов. Они могут быть в сотни раз меньше, чем средняя бактерия. Вирусы настолько мизерны, что не оставили следов в летописи окаменелостей. Их происхождение остается неясным. Возможно, они возникли до, вскоре после или даже после появления ранних одноклеточных. Как бы то ни было, на протяжении почти всех 3,5 миллиардов лет существования жизни вирусы были способны заражать ее. Они встречаются везде, где есть жизнь, и значительно превосходят все формы жизни на Земле - даже бактерии. В литре морской воды содержится более 100 миллиардов вирусных частиц, а в одном килограмме высушенной почвы - около триллиона. Общее число вирусов на планете оценивается примерно в 1031 - то есть один, за которым следует тридцать один нуль. Но известно всего около 220 типов вирусов, способных заразить человека. Большинство из них - так называемые бактериофаги или фаги - от греческого "пожирать". Ежедневно фаги убивают от 20 до 40 процентов всех бактерий, что позволяет поддерживать баланс в различных экосистемах, от океанов до нашего собственного тела, благодаря тому, что ни один штамм бактерий не может стать слишком многочисленным.

Ретровирус - это особый тип вируса, который размножается путем вставки копии своей ДНК в геном клетки-хозяина. Но когда ретровирус заражает сперматозоид или яйцеклетку, происходит нечто удивительное: вирусная ДНК передается каждой клетке в каждом последующем поколении. Поразительные 8 процентов генома человека составляют такие гены. Многие из этих последовательностей ДНК, казалось бы, ничего не делают в человеческом организме, но ретровирусные инфекции позволили нашим далеким предкам приобрести способность выполнять функции, которые являются основополагающими для существования человека. Один из замечательных примеров - ген, унаследованный от ретровирусной инфекции около 400 миллионов лет назад, который играет важнейшую роль в формировании памяти. Этот ген кодирует крошечные белковые пузырьки, которые помогают перемещать информацию между нейронами, подобно тому, как вирусы передают свою генетическую информацию от одной клетки к другой. В лаборатории мыши, у которых этот ген был удален, не способны формировать воспоминания.

Еще один потрясающий пример функции, которую предки человека получили от ретровирусов, - способность к деторождению. Когда животные только появились на свет, они размножались, откладывая яйца, и большинство существ в животном царстве продолжают рожать таким образом. Затем, между 100 и 200 миллионами лет назад, у землеройки появилась способность вынашивать потомство в собственном теле - необычайное эволюционное достижение, поскольку зародышу гораздо безопаснее расти в теле матери. Это возможно только благодаря плаценте - временному органу, который прикрепляется к матке и позволяет питательным веществам и кислороду проходить от матери к ребенку, а углекислому газу и отходам - в обратном направлении, не вызывая разрушительной реакции со стороны иммунной системы матери. Такого интерфейса между плацентой и маткой нет больше нигде в нашем организме. Когда генетики изучили ген, отвечающий за его создание, они поняли, что он практически идентичен тому, который используется ретровирусами для производства белков, прикрепляющихся к заражаемым клеткам и не вызывающих иммунного ответа. Ученые пришли к выводу, что важнейшая функция плаценты не возникла постепенно в результате эволюции путем естественного отбора, а была приобретена внезапно, когда ретровирус вставил свою ДНК в геном нашего предка. Если бы один из наших далеких предков не был заражен вирусом сотни миллионов лет назад, люди размножались бы, откладывая яйца.

 

Перерисовывая древо жизни

Люди появились на планете, которую уже населяло огромное количество бактерий и вирусов. Они смогли выжить и процветать только благодаря развитию способности защищаться от потенциально опасных микробов. На самом