Страница 5 из 9
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…
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 проволо́чкой, 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.
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.
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.
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!
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.
Тогда Брок начал прикидывать, в каких еще местах поблизости могут содержаться горячие жидкости. Может, в человеческом теле? Конечно, в нем не так горячо, как в гейзере, но Брок не исключал, что теплолюбивые бактерии могут там находиться, поджидая, когда человек заболеет и у него поднимется температура. Кто его знает? Не так уж сложно было проверить эту догадку. И вот Брок «выработал» порцию слюны (в электронной переписке со мной он отрицал, что слюна была его собственной, но, исходя из моего опыта общения с учеными, могу утверждать, что так оно и было), чтобы попытаться выделить из нее Thermus aquaticus. Опять неудача! Затем он, подобно Левенгуку, исследовал человеческие зубы и десны. Ни Thermus, ни других теплолюбивых микробов. Ничего подобного не нашлось ни в озере, откуда он взял пробу воды, ни в ближайшем водохранилище. Брок даже обследовал поверхность кактуса из оранжереи в Джордан-Холле (так называлось здание, в котором он работал). Ничего. Вероятно, Thermus aquaticus – это вид, живущий исключительно в горячих источниках.
Но для очистки совести Брок взял пробу еще в одном месте, прямо из крана с горячей водой в своей лаборатории в Джордан-Холле. Ближайший к ней горячий источник расположен приблизительно в 200 милях. Несмотря на это, в воде из лабораторного крана обнаружились микробы, очень похожие на Thermus aquaticus. Это была фантастика. Брок задумался: а не живут ли бактерии в водонагревателях? Вода в кране гораздо холоднее, чем в гейзере, а вот бойлер вполне мог стать для них превосходным обиталищем. Возможно, микробы жили в нем и время от времени ненароком попадали с током горячей воды в кран.
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.
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," A
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. Du
21
Хемолитотрофы, поедатели химических веществ, – это организмы, получающие энергию путем окисления неорганических соединений.
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.
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.