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

Данн Роб

На протяжении последующих 50 лет своей жизни Левенгук систематично задокументировал буквально все объекты, которые его окружали, как в Дельфте, так и в других местах (часто используя материалы, полученные от друзей), но в первую очередь те, что мог найти у себя дома. Добычей Левенгука становилось все вокруг. Он изучал воду из сточных канав, дождевую и талую воду. Он отыскал микробов в собственном рту, а потом во рту своего соседа. Он неоднократно наблюдал за живыми сперматозоидами и отметил, что их строение различается у разных видов животных. Он показал, что опарыши выводятся из отложенных мухами яиц, а не самозарождаются в нечистотах. Он впервые обнаружил разновидность ос, откладывающих яйца в телах тли. Он заметил, опять-таки впервые, что взрослые осы переживают зиму в состоянии вялости и оцепенения. За годы упорного труда он стал первооткрывателем множества видов простейших, запасающих вакуоли в клетке [13] , впервые заметил поперечную полосатость мышечных волокон. Обнаружил существ, живущих в сырной корке, в пшеничной муке, повсюду. Левенгук прожил 90 лет и 50 из них он непрерывно искал, наблюдал, удивлялся, совершая все новые и новые открытия. Подобно Галилею, он не переставал испытывать восторг и вдохновение. Но если Галилей был вынужден довольствоваться простым созерцанием космоса и движения небесных светил, что помогало проверить предсказания его физической теории, то Левенгук мог прикоснуться к открытому им миру. Он обнаруживал жизнь в воде, которую он пил, в уксусе, который добавлял в пищу, и даже на собственном теле (что, видимо, его нимало не беспокоило).

13

Вакуоли – это замечательные устройства для хранения, используемые в клетках растений, животных, протистов, грибов и даже бактерий. В них могут храниться не только питательные вещества,

но и отходы жизнедеятельности. Внутри вакуолей поддерживаются условия, отличные от тех, что в остальной части клетки. Можно сравнить их с глиняными сосудами и тростниковыми корзинами первобытных людей; вакуоли – это многоцелевые контейнеры, используемые разными видами, в разных обстоятельствах и для разных нужд.

Поскольку не так-то просто определить, с какими именно микроскопическими организмами Левенгук имел дело и каковы их современные научные названия, мы не можем говорить о количестве форм жизни, увиденных им. Несомненно одно: он видел тысячи разновидностей. Очень соблазнительно провести сплошную линию, ведущую от Левенгука к современным исследователям жизни в человеческих домах, но это было бы неправдой. После кончины Левенгука работы в этом направлении практически прекратились. Хотя Левенгук воодушевил множество людей, со смертью де Граафа у него не осталось коллег в Дельфте [14] . В последние годы жизни он проводил свои исследования вместе с дочерью, но, когда отца не стало, она прекратила наблюдения. До конца своих дней она берегла микроскопы и образцы, оставшиеся от Левенгука, но так ими и не воспользовалась. Когда дочь умерла, то, в согласии с завещанием ее отца, все эти вещи ушли с молотка. Так пропало большинство микроскопов Левенгука, а его сад, где он проводил свои наблюдения, постепенно был поглощен городской застройкой [15] . Дом детства Левенгука, где в нем впервые проснулось вдохновение, постепенно обветшал, и в XIX в. его сломали. Теперь на его месте находится школьная спортплощадка. Такая же участь постигла и тот дом, где он сделал так много открытий. Даже табличку, показывающую место, где стоял дом, расположили не там, где следовало. Чтобы исправить ошибку, установили другую памятную доску, но снова не совсем в нужном месте (за один или два дома поодаль, в зависимости от того, как вести подсчет).

14

Дельфт, город, в котором жил Левенгук, был центром не науки, а живописи. Дельфтские художники тоже изучали домашние интерьеры и ландшафты, но для того, чтобы запечатлеть их на своих картинах. Они изображали жилища, которые мог обследовать Левенгук. Множество дворовых сцен можно видеть на полотнах Питера де Хоха; кисти Карела Фабрициуса принадлежит не только знаменитый «Щегол», но и городские пейзажи Дельфта. Кроме них, там работал Иоганн (или Ян) Вермеер. Он раз за разом писал одни и те же комнаты с группами людей, застывшими словно на каком-то натюрморте.

15

На земельном участке, где некогда стоял дом Левенгука, никогда не проводились раскопки. Теоретически можно ожидать найти там потерянные микроскопы, препараты и еще множество разных вещей. Теперь на этом месте расположена модная кофейня. Мы с Лесли Робертсоном пытались убедить ее владельцев позволить нам просверлить их новенький пол, чтобы найти какие-нибудь оставшиеся от Левенгука предметы. Нам было отказано, поэтому я провел несколько следующих дней, глядя через окна кофейни на задний двор, где Левенгук когда-то провел очень-очень много времени.

К тому моменту, когда все-таки другие ученые вновь принялись исследовать живые организмы, обитающие на теле человека или в его жилище, со смерти Левенгука минуло больше ста лет… Тогда уже было известно, что некоторые виды могут вызывать болезни. Им дали название «патогены». Обычно авторство самой первой теории о существовании болезнетворных микробов приписывают Луи Пастеру (хотя к тому времени, как он доказал, что микробы могут вызывать болезни у человека, уже было известно, что микроскопические существа могут быть причиной заболеваний культурных растений). После появления микробной теории в центре внимания исследователей микробиальной жизни человеческого жилища оказались патогены. Похоже, Левенгук догадывался о том, что эти мельчайшие создания могут создавать проблемы (он показал, что некоторые микробы превращают доброе вино в кислый уксус). Но, по его представлению, по большей части наблюдаемая им микробная жизнь безвредна. И в этом он был прав. Из великого множества известных видов бактерий менее 50 вызывают заболевания у людей. Всего 50. Все остальные виды для человека или неопасны, или приносят ему пользу. То же самое верно и по отношению к простейшим и даже к вирусам (вирусы будут открыты только в 1898 г. и опять-таки в голландском Дельфте) [16] . Как только среди невидимых обитателей наших домов обнаружились патогены, всем нашим соседям-микробам была объявлена война на уничтожение. И чем ближе был враг, тем ожесточеннее становилась борьба. Изучение перечной настойки, дождевой воды, а также разнообразных причудливых существ, которыми кишат наши жилища, стало забываться. Чем дальше, тем больше.

16

В советской и российской литературе первооткрывателем вирусов обычно называется Д. И. Ивановский. Вот как характеризуют его вклад американские вирусологи: «В 1892 г. Ивановский сообщил о возможности передачи мозаичной болезни табака соком, профильтрованным через бактериальные фильтры. Его сообщение осталось незамеченным, даже сам автор полностью не осознал значения своего открытия» (Лурия С., Дарнелл Дж. 1970. Общая вирусология. М.: Мир. С. 15). Патогены, настолько мелкие, что проходят через фильтры, предназначенные для улавливания бактериальных клеток, были позднее названы вирусами. Это сделал в 1898 г. голландский ученый М. Бейеринк, работавший в Дельфте, который предположил, что возбудитель относится к ранее неизвестной группе патогенов. Сам Ивановский полагал, что мозаичная болезнь может вызываться токсинами, выделяемыми бактериями. – Прим. науч. ред.

В 1970-е гг. практически все биологические исследования в домах сводились к изучению патогенов и вредителей и способов борьбы с ними. Микробиологи искали средства их уничтожения. Впрочем, не только микробиологи. К ним присоединились энтомологи, боровшиеся с вредными насекомыми, а также ботаники, разрабатывавшие методы избавления от пыльцы. Исследователи пищевых продуктов допытывались, может ли перец вызывать болезни у человека. Мы забыли о том, что жизнь вокруг нас состоит не из одних паразитов и вредителей, что она может приносить пользу и быть чудесным источником вдохновения. Мы приучились видеть только ее темную сторону. Это было большой ошибкой, которую лишь с недавних пор начали исправлять. И первые шаги к этому были сделаны на горячих источниках – в Йеллоустонском национальном парке и в Исландии – местах, которые вроде бы не имеют ничего общего с нашими домами.

Глава 2

Гейзеры в вашем подвале

Так пусть же любопытство и ужас – отталкивающий, но в то же время завораживающий – приведут нас к открытию. Обратимся же к тем странным и крошечным существам, которых нам так хочется просто не замечать…

Брук Борел. Заражено: как постельный клоп проник в наши спальни, а потом завоевал весь мир (Infested: How the Bed Bug Infiltrated Our Bedrooms and Took Over the World)

Весной 2017 г. я снимал в Исландии документальный фильм о микробах [17] . При съемке одного из эпизодов мы неоднократно останавливались у источников – горячих, пузырящихся, дышащих серой гейзеров. Я должен был обратить внимание зрителей на них и рассказать перед камерой о происхождении жизни на Земле. Однажды меня даже оставили у одного из этих гейзеров, и мне пришлось долго ждать, когда вернется грузовик и заберет меня [18] . Киношники бывают безжалостными. Я решил воспользоваться проволочкой, чтобы получше присмотреться к гейзерам. Было холодно, и я подошел поближе, несмотря на сильный серный запах. Гейзер согрел меня. Вода в таком источнике нагревается под земной корой за счет вулканической активности и выходит на поверхность через образующиеся в коре трещины. В некоторых уголках нашей планеты можно легко забыть о тектонических процессах, идущих в ее недрах, как легко можно забыть обо всем, созерцая ночное небо. Но только не в Исландии. Этот остров разорван на две половины – западную и восточную, и распоротая земля явственно проступает в нагромождениях скал и грязевых потоках. Порой здешние вулканы извергаются так яростно, что на небе меркнет Солнце. И каждый божий день из-под Земли вырываются гейзеры, точно такие же, как тот, рядом с которым я стоял. При этом в них существует жизнь, и вы даже не представляете, насколько она близка к тем формам жизни, которые населяют ваш собственный дом.

17

Этот фильм – «Пятое царство: как грибы сотворили наш мир» (The Fifth Kingdom: How Fungi Made the World) – рассказывает об эволюционной истории грибов и ее последствиях. Я стоял возле горячего источника и рассказывал об эволюции грибов на фоне одинаковых по размерам вулканов и микробов.

18

Вполне допускаю, что ученые тоже могут вести себя ужасно! Впрочем, я думаю, что все произошло из-за того, что съемочная группа была совершенно поглощена поисками эффектного гейзера, и никому не пришло в голову посчитать перед отъездом, все ли люди на месте.

О том, что есть виды, способные выжить в горячих гейзерных водах, не было известно вплоть до 1960-х гг. В те годы Томас Брок, сотрудник университета штата Индианы, проводил исследования в Йеллоустонском национальном парке, а потом и в Исландии, как раз неподалеку от того места, где сейчас стоял я. Его заинтриговала странная окраска поверхности грунта вокруг гейзеров, где можно было наблюдать постепенный переход красок от желтого, красного и даже розового цвета к зеленому и пурпурному. Брок предположил, что это результат деятельности одноклеточных организмов [19] . Так оно и оказалось. В составе этих микробных сообществ были не только бактерии, но и археи. Археи – это совершенно особое царство живых организмов, не менее древнее и не менее уникальное, чем сами бактерии [20] . Кроме того, Брок обнаружил, что многие виды микробов, живущих в гейзерах, – «хемотрофы», то есть они способны превращать химическую энергию гейзера в биологическую. Хемотрофы производят органическое вещество из неорганического без всякой помощи солнечного света [21] . Судя по всему, такие микробы населяли Землю задолго до того, как в ходе эволюции возник фотосинтез. Их современные сообщества должны быть похожи на сообщества самых первых на планете микроорганизмов. Именно в них «стартовали» первые в истории биосферы биохимические процессы. И вот теперь я, греясь теплом от гейзера, мог наблюдать, как они растут, образуя вокруг него хрустящую корку.

19

Слово «гейзер» на исландском языке означает «горячий источник». Увлекательную автобиографию Брока можно прочитать в статье T. D. Brock, "The Road to Yellowstone – and Beyond," Annual Review of Microbiology 49 (1995): 1–28.

20

Археи, как и бактерии, возникли несколько миллиардов лет назад. Как и бактерии, археи – это одноклеточные организмы. И, подобно бактериям, в их клетке нет ядра. Впрочем, на этом сходство заканчивается. Клетки архей отличаются от бактериальных больше, чем наши клетки от клеток растений. Их открыли в самом начале ХХ в. Есть много видов архей, но чаще всего (хотя и необязательно) они встречаются в экстремальных местообитаниях. Они никогда не паразитируют на человеке и сравнительно медленно размножаются. Археям свойственно удивительное разнообразие метаболических способностей. Я люблю бактерии, нахожу их бесконечно удивительными и интересными. Но археи еще лучше; эти организмы, столь же древние, как сама жизнь, никогда не приносят вреда и отвечают за протекание важнейших экологических процессов. Они до сих пор плохо изучены, хотя, как мы недавно выяснили, их можно встретить в повседневной жизни, например в человеческом пупке. Левенгук не заметил их, что доказывает, что мы превзошли его в центропупизме. J. Hulcr, A. M. Latimer, J. B. Henley, N. R. Rountree, N. Fierer, A. Lucky, M. D. Lowman, and R. R. Dunn, "A Jungle in There: Bacteria in Belly Buttons Are Highly Diverse, but Predictable," PloS One 7, no. 11 (2012): e47712.

21

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

Но археи – не единственные обитатели гейзера. В его горячих водах можно встретить цианобактерии, способные к фотосинтезу. Кроме них, Брок нашел бактерии, утилизирующие любое органическое вещество, которое можно обнаружить в кипящей воде, будь то клетки других бактерий или трупик мухи. На первый взгляд эти падальщики кажутся не очень интересными. В отличие от хемосинтезирующих микроорганизмов, которых изучал Брок, они не могут использовать химическую энергию и употребляют в пищу живых и мертвых представителей других видов. Но позже, проведя ряд исследований, Брок убедился, что они принадлежат не только к совершенно новому виду, но и к новому роду, который он назвал Thermus aquaticus. Thermus – понятно почему, а aquaticus – чтобы обозначить среду, в которой они обитают. Открыть новый вид, а тем более новый род птиц или млекопитающих – это настоящее и большое событие [22] , а вот в науке о бактериях такие вещи довольно обыденны. Обнаружить новую разновидность микробов не очень сложно, и этот, еще один новый вид, Thermus aquaticus, на первый взгляд казался ничем не примечательным. Это грамотрицательный микроб, не образующий споры, его клетки по форме напоминают желтые палочки. Очень просто, очень тривиально. И все же было в нем кое-что еще.

22

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.

Брок увидел Thermus aquaticus в лаборатории, только когда разогрел питательную среду для своих бактериальных культур до температуры чуть выше 70 oC (122 градуса по Фаренгейту). Оказалось, что этот вид предпочитает еще более высокие температуры и способен выдержать разогрев среды до 80 oC (176 градусов по Фаренгейту). Напомню, что точка кипения воды соответствует 100 oС (в высокогорных условиях она несколько ниже). Культура, выращенная Броком в его лаборатории, оказалась самой термостойкой бактерией на Земле [23] . Позже он выяснил, что в принципе найти эту форму жизни не так уж трудно, просто никто до него не додумался выращивать бактериальные культуры при столь высоких температурах. Обычно пробы микробов из горячих источников содержались при температуре 55 oC, но для успешного роста Thermus aquaticus это слишком прохладно. Новые исследования открыли целый мир бактерий и архей, которые могут расти только в очень горячей среде. Для таких микробов температуры, к которым мы привыкли в повседневной жизни, невыносимы. Слишком холодно!

23

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.

Зачем историю Thermus aquaticus рассказывать в книге о живности в наших домах? Да затем, что температуры и жизненные условия, существующие в гейзерах и других горячих источниках, при всей их необычности, очень сходны с теми, которые окружают нас в повседневной жизни. Один из студентов Брока предположил, что, возможно, Thermus aquaticus или сходные с ним микроорганизмы, живут, оставаясь незамеченными, бок о бок с нами. Для проверки этой гипотезы он вместе с Броком обследовал их лабораторную кофемашину, температура в недрах которой вполне соответствовала предпочтениям Thermus. Этот автомат, столь полезный для успешной научной работы, казался прекрасным местом для этого микроба. Но его там не обнаружили.