Вселенная внутри нас. Как микробы обогащают наш взгляд на жизнь - Эд Йонг

серы или метана, приютили в себе самые разнообразные животные[286]. К ним, кстати, относится и регенерирующий плоский червь Paracatenula. Среди них и черви, и брюхоногие моллюски с хемосинтезирующими симбионтами прямо в клетках, и креветки с целыми колониями на жабрах и ротовых органах. Это и нематоды, полностью покрытые микробами: кажется, будто они в шубах. И крабы-йети, которые выращивают у себя на щетинистых клешнях сады из бактерий и смешно ими шевелят, будто танцуют.

Многие из этих существ обитают у горячих гидротермальных источников. Кто-то предпочитает холодные – вещества там примерно те же, но температура ниже и вода не изрыгается, а лениво вытекает. Некоторые полихеты, родственные Riftia, заселяют деревянные части затонувших кораблей и опустившиеся на дно бревна, получая энергию от сульфидов в гниющей древесине. Трупы китов, опускаясь на дно, словно манна небесная, тоже создают среду с обилием сульфидов, в которой вскоре образуются временные, но многочисленные группы хемосинтезирующих существ. Некоторые из них – например, Osedax mucofloris, питающиеся костями «зомби-черви», у которых нет кишечника, – специализируются как раз на китовой падали.

Для этих животных жизнь в глубине океана – это пункт назначения обратного пути эволюции, занявшего миллиарды лет. Жизнь на Земле появилась у глубоководных источников, и первыми живыми созданиями стали хемосинтезирующие микробы (кстати, один из участков в Галапагосском рифте назван «Эдемским садом»). Первые микробы со временем развились в бесчисленные формы, замечательные и причудливые, которые выбрались из глубин туда, где помельче. Некоторые дали начало более сложным существам – животным. И некоторые из животных объединились с хемосинтезирующими бактериями и отправились обратно в бездну – в мир, где без бактерий они бы не смогли себя прокормить. Все животные, обитающие в районе гидротермальных источников, в том числе и Riftia, эволюционировали из видов, живших на мелководье, которые стали хозяевами глубоководных микробов. Установив с ними прочную связь, эти животные получили пропуск назад в катархейские глубины, где когда-то зародилась жизнь.

Хемосинтез появился в глубине океана, но встречается он не только там. Кавано обнаружила хемосинтезирующих бактерий в моллюсках, обитающих в богатом серой иле у берегов Новой Англии, что на северо-востоке США. Другие нашли подобные союзы на мангровых болотах, в затопляемых местностях, в загрязненном сточными водами иле и даже в грунте вокруг коралловых рифов – в общем, в экосистемах, больше всего похожих на мелководье. Николь Дюбилье, когда-то работавшая вместе с Кавано, исследует хемосинтез в месте, меньше всего на свете похожем на бурные гидротермальные источники, – на острове Эльба, прекрасном, как на открытке.

Эльба нежится в солнечных лучах, и эта энергия не пропадает впустую. В бухтах неподалеку от берега пышно произрастает морская трава. Хоть фотосинтез и кажется здесь главным, хемосинтезу тут тоже место есть. Дюбилье ныряет под заросли морской травы, зачерпывает горстку ила и из нее тут же высовываются ярко-белые веревочки. Это черви Olavius algarvensis, близкие родственники дождевых червей. В длину они несколько сантиметров, в ширину – полмиллиметра, и у них нет ни кишечника, ни рта. «По-моему, они лапушки, – умиляется Дюбилье. – Они белые, потому что у них под кожей бактерии-симбионты, в которых содержатся частицы серы. Их легко заметить». Эти бактерии хемосинтезирующие, как и во многих местных нематодах, моллюсках и плоских червях. Здесь, в средиземноморском иле, живущих на сульфидах организмов не меньше, чем на глубине. «В Италии! – торжественно заявляет Дюбилье. – Нам пришлось отправиться к неизведанным источникам на немыслимой глубине, чтобы понять, что симбиоз на основе хемосинтеза встречается прямо у нас под носом. Мы на каждой полевой вылазке открываем новые виды и новые симбиозы».

Эльба, может, и кажется идеальным местом, но хемосинтезирующим существам тут приходится несладко. Не забывайте, что бактерии Riftia высвобождают энергию, окисляя сульфиды. В иле у Эльбы сульфидов крайне мало, а значит, типичный хемосинтез там вроде бы вообще не должен происходить. Как тогда выживают черви Olavius? Дюбилье это выяснила в 2001 году, обнаружив, что у них два разных симбионта – большой и маленький, и оба под кожей[287]. Бактерия поменьше захватывает сульфаты, которых в иле Эльбы полно, и превращает их в сульфиды. Бактерия побольше затем окисляет сульфиды и запускает хемосинтез, прямо как микробы червя Riftia. В процессе она вырабатывает сульфаты, которые затем снова перерабатывает ее мелкая соседка. Два микроба по очереди кормят друг друга серой, благодаря чему питается и червь – эдакий симбиоз на троих. Приняв в союз маленьких бактерий, захватывающих сульфаты, черви Olavius сумели поселиться в иле, который иначе был бы слишком скудным для их обычных хемосинтезирующих товарищей.

С тех пор Дюбилье выяснила, что этот союз на самом деле еще сложнее, чем кажется. У Olavius, оказывается, аж пять симбионтов – двое перерабатывают сульфаты, двое занимаются сульфидами, а что делает пятый спиралеобразный симбионт – пока неясно. «Нам, наверное, еще лет тридцать понадобится, чтобы в этом разобраться!» – смеется Дюбилье. На самом деле ей повезло. Она занимается исследованием мелководных симбиозов, а значит, для сбора образцов ей не приходится втискиваться в тесный батискаф. Нужно всего лишь нырять на пляжах солнечной Эльбы, у Карибских островов, у Большого Барьерного рифа… Ох, нелегкая это штука, все эти исследования, но нужно же кому-то ими заниматься.

А вот у Рут Лей со сбором микробов возникли сложности. Проблема не в том, что ей нужны были образцы стула животных – в мире микробиомной науки к работе с испражнениями привыкаешь быстро. И не в обитателях зоопарка, чей стул она собирала, – от клыков и когтей ее всегда отделяли решетки, стены и смотрители зоопарка с палками наготове. Нет, проблему представляла бумажная волокита.

Лей – специалист по микробной экологии, и ей нужно было сравнить бактерий в кишечниках различных млекопитающих, чтобы понять, как их питание и эволюция повлияли на микробиом. Для этого ей требовалось много животных и много фекалий – и того и другого было предостаточно в зоопарке Сент-Луиса неподалеку. В перерывах между другими опытами Лей забегала туда с перчатками, мешочками и ведром сухого льда. Приветливый смотритель возил ее по зоопарку и отвлекал животных, пока она пробиралась в клетку и собирала помет. «Я просто туда ходила, когда понадобится, а потом кто-то заметил, что мы там бегаем и собираем какашки, и решил, что это должно быть официально», – жалуется она. На смену приветливому смотрителю и приключениям без всяких формальностей пришли официальный договор, бланк для сбора кала и строжайшее следование регламенту. Как-то зимним днем Лей заметила, что бегемот только что справил большую нужду на пол вольера. «Там во-о-от такая куча была! – восклицает она. – А они все твердили, что о бегемотах договоренности не было.