В первой половине XX века теорию симбиогенеза развивал ботаник Борис Михайлович Козо-Полянский в Воронежском университете. Он допускал, что не только хлоропласты и средоточие всего — ядро, но и другие важные органеллы клетки — ее «силовые станции» — митохондрии, двигательный аппарат — ундулиподии (жгутики или реснички) — суть пришельцы, некогда бывшие самостоятельными организмами, то есть клетка — это сложный симбиотический организм! «…Полет воображения Мережковского приводит его к допущению, что… зеленые растения возникли от симбиоза бесцветных ядросодержа-щих клеток и мельчайших синезеленых водорослей, из которых последние дали начало хлоропластам… Без сомнения, многим такие спекуляции могут показаться слишком фантастическими, чтобы о них можно было упоминать теперь в приличном обществе биологов…» — откликнулся на труды основоположников теории симбиогенеза видный цитолог Эдмунд Уилсон, профессор Колумбийского университета.
Лишь к концу 1960-х с появлением электронной микроскопии, позволившей биологам заглянуть в самые дальние закоулки клетки, выяснилось, что русские биологические космогонисты оказались правы почти во всем. Правда, вспомнили о них не сразу. Биолог Линн Маргулис и ее коллеги из Массачусетского университета в Амхерсте в первых работах, доказывавших на новом уровне сим-биотическое происхождение митохондрий и хлоропла-стов, о предшественниках даже не вспомнили, хотя те печатались не только на русском. В 1990 году Маргулис, словно извиняясь, в статье для популярного журнала «The Science» воздала должное предтечам и вместо иллюстраций поставила репродукции биоморфных картин Василия Васильевича Кандинского, художника Серебряного века.
Что же показали микроскопия и биохимия? Митохондрии и хлоропласты отгорожены от цитоплазмы двойной мембраной (включая собственную внутреннюю мембрану), отделяющей их внутренний мир от остальной клетки, и в этом мире сохранилось свое уникальное наследственное вещество! Это личная ДНК, более сходная с ДНК бактерий, чем с ДНК клеточного ядра. Потому мы и используем теперь для выяснения родства разных организмов не только ядерную — свою — ДНК, но и мито-хондриальную. Последняя позволяет «зрить в корень» эволюционного древа. Пластиды, кроме того, наследуются независимо от ядерного генома клетки (что заметил еще Козо-Полянский): к примеру, это может быть синхронное с ядром деление (зеленые водоросли); распределение среди дочерних клеток многочисленных бесцветных пропла-стид, из которых начинают развиваться пластиды (эвгле-новые); обволакивание хлоропласта ядерной мембраной (бурые и золотистые). Существуют и различные механизмы сохранения митохондрий на последовательных стадиях жизненного цикла.
Главным возражением против теории симбиогенеза оставалось отсутствие случаев симбиоза между разными бактериями, поскольку строение их клеточных мембран не позволяет одному микробу поглотить другого, чтобы тот остался цел и невредим. В новом тысячелетии, однако, вьыснилось, что по крайней мере протеобактерии двух разных групп могут существовать одна внутри другой, делиться продуктами обмена веществ и даже обмениваться генами. А молекулярная биология поставила две жирные точки.
Во-первых, митохондрии — это не просто родственники неких бактерий, а прямые потомки альфа-протео-бактерий, использующих кислород как источник электронов для пополнения энергетических запасов клетки, то есть для синтеза АТФ путем окисления питательных веществ. Симбиогенез альфа-протеобактерии с другой бактерией или археей случился еще в бактериальном мире. За длительное, по меньшей мере два миллиарда лет, время сосуществования с хозяевами митохондрии передали примерно треть своего генного аппарата клеточному ядру. Поэтому среди генов ядра оказались чужеродные гены все тех же альфа-протеобактерий — например, те, что кодируют белки, устойчивые при высоких температурах.
Во-вторых, хлоропласты — это несомненные потомки свободно живущих цианобактерии. Сегодня даже можно указать, как это сделали микробиолог Луиза Фалькон и ее коллеги из Национального автономного университета Мексики, что эти цианобактерии были близкими родственниками одноклеточных шаровидных хроокок-ков — обычных обитателей пресных и соленых вод, нередко вызывающих их «цветение». Хроококки улавливают в дневное время азот, для чего используют запасенные ночью полисахариды и крахмал (немногие другие цианобактерии на это способны). Обретение фотосимбионта оказалось выгодным вдвойне: сразу — и органические запасы, и азотистые «удобрения». Но самое интересное даже не в этом, а в том, что симбиогенез у ряда водорослей имеет многоступенчатый характер, то есть одноклеточные организмы время от времени поглощали водоросли с симбиотическими цианобактериями — пластидами, и становились своего рода симбионтами второго уровня (например, эвгленовые, кокколитофориды и динофлагел-ляты), а то и третьего (скажем, водоросль Durinskia в качестве фотосимбионта удерживает целую динофлагелляту). А поскольку ничто не проходит бесследно, мы видим хло-ропласты в окружении одной, двух или трех собственных оболочек. Как и в случае с митохондрией, часть генетической информации новой органеллы была передана ядру, геном которого у растений содержит почти 20 процентов генов цианобактерии.
Время событий симбиогенеза можно определить благодаря ископаемой летописи. Альфа-протеобактерия стала симбионтом около 2,1 миллиарда лет назад: к этому уровню приурочены древнейшие остатки настоящих клеточных организмов, то есть эукариот. Одним из таких ископаемых является грипания (Grypania), найденная в Индии и Канаде, — крупная (несколько сантиметров длиной) спирально-свернутая форма с отчетливой внешней оболочкой и внутренним трихомом. Другим — сложные объемные, но малопонятные остатки из Габона, которым пока даже название давать не стали.
Примечательно, что именно в это время произошла «кислородная революция» — атмосфера и приповерхностные воды океана начали насыщаться кислородом. И если альфа-протеобактерии в кислородных условиях существовать могли, то археям и некоторым другим бактериям пришлось туго. Вероятно, поэтому они и обзавелись сожителем, поглощающим этот ядовитый для них газ и нейтрализующим его, отчасти превращая в энергетические запасы, необходимые хозяйской клетке. Одновременно это событие обеспечило будущих эукариот необходимыми запасами дешевой энергии (из всех возможных путей обмена веществ именно кислородное дыхание дает наибольший выход свободной энергии в пересчете на затраты по переносу одного электрона), без которых не могли бы появиться ни подвижные организмы, ни многоклеточные, даже крупные одноклеточные вообще. Тем более что среда все больше обогащалась кислородом.
Синтез различных хлорофиллов, которые содержатся в хлоропластах, тоже требует доступа к свободному кислороду как к окислителю. (Будь на Земле до сих пор бескислородная среда, предками хлоропластов могли бы стать зеленые серные бактерии.) Первые эукариоты с пластидами, тогда еще цианобактериями, начали появляться позднее: 1,8 миллиарда лет назад — одноклеточные зеленые водоросли, известные как докембрийские акритар-хи (у них развита жесткая трехслойная клеточная стенка, формировалась зигота — результат слияния половых клеток); 1,2 миллиарда лет — красные водоросли, мало отличимые от некоторых современных (длинные цепочки с ра-диально расположенными клетками, окруженными общей внешней оболочкой); 850–650 миллионов лет — многоклеточные зеленые с сифонокладальным слоевищем (многоядерные клетки, соединенные в ветвящиеся нити) и сифоновые желто-зеленые (кустистая на вид, но одна многоядерная клетка). Высокое разнообразие водорослей, вероятно, было обусловлено эволюцией хлоропластов уже в эукариотной клетке: они разделились на несущие хлорофилл Ъ и хлорофилл с, более близкий к исходному бактериальному хлорофиллу. Первые породили зеленую линию фотосинтетиков (таких, как зеленые и эвгленовые водоросли, динофлагелляты), вторые — красную (например, красные, диатомовые и кокколитофориды). Время вторичных и третичных эпизодов симбиогенеза приходится на мезозойскую эру, когда возникли кокколитофориды, диатомовые и несомненные динофлагелляты. Получилось, что в современном мире «зеленые» преобладают на суше, а «красные» — в океане. Что касается происхождения прочих органелл, то здесь пока можно поставить не точку, а лишь многоточие: было ли когда-то и ядро самостоятельным организмом? Пока не известно: у него одна мембрана, к тому же с порами — ничего похожего нет ни у архей, ни у бактерий. Неясно и происхождение ундулиподий. На роль этих органелл предлагались спирохеты — бактерии, которые относительно быстро двигаются и легко внедряются в самые разные клетки (вызывая у людей сифилис, маниакально-депрессивные психозы и другие малоприятные последствия). Спирохеты, действуя синхронно, как гребцы на галере, способны, например, перемещать в кишечном тракте термита трихомонад. Эти одноклеточные занимаются разложением клетчатки, благодаря чему термит получает в пищу сахара; да и сами спирохеты производят ацетат, который проникает сквозь оболочку кишечника и служит дополнительным источником энергии: без сожителей термит быстро погибает. Однако спирохеты и любые ундулиподий весьма различны по биохимии и внутреннему устройству.
У архей есть ряд особенностей, сближающих с эукарио-тами: гены эукариот, задействованные в важных процессах— репликации, транскрипции и передачи информации для синтеза белков, — практически те же, что и гены архей; есть также сходство в иммунной системе. Среди архей, согласно молекулярным данным Тома Уильямса и Мартина Эмбли из Университета Ньюкасла, по ряду биохимических признаков наиболее подходят на эту роль обитатели горячих и кислотных источников, а также метанообразующие формы. То есть это именно такие группы, которые могли существовать в условиях повышенных температур и отсутствия кислорода, как было на Земле архейского времени.
Однако и бактерии обладают чертами эукариот, не замеченными у архей, — например, они способны синтезировать определенные жиры, а также важные белки, из которых строится клеточный скелет; у них есть орга-нелла, напоминающая ядро. Да и вообще их клетки много крупнее: бесцветная серная бактерия тиомаргарита (Thiomargarita) — 0,8 миллиметра в диаметре — видна невооруженным глазом. А ведь кто-то должен был для симбионтов жилплощадь предоставить? Не исключено, что первичная эукариотная клетка появилась в результате слияния нескольких разных бактерий и архей. А может быть, в формировании ее ядра помогли еще и вирусы. Двухцепочечный поксвирус (от англ. рох — сифилис) имеет мембрану, проницаемую для РНК и ДНК, — чем не предтеча пористой ядерной мембраны, как полагает генетик Патрик Фортерр из Университета Париж-Сюд? У поксви-руса есть энзимы, характерные только для эукариот. А геном мимивирусов по объему сопоставим с геномом некоторых простейших.
Существует уже более десятка гипотез, объясняющих, как появилось клеточное ядро, другие органеллы, которые не имеют прямых аналогов в мире бактерий. Кто ближе к истине? Не будем забывать о палеонтологической летописи, которая позволяет проверять на прочность многие идеи, и подождем нового технического научного прорыва. Благо теперь такие прорывы случаются каждые пять лет, и один из них происходит на наших глазах.
Но вернемся в конец XIX века. Не все были согласны, что гриб и водоросль в лишайнике получают от совместной жизни исключительно выгоду. «Естественнее будет предположить, что они [сторонники дуалистической природы лишайников] останутся aequo animo (лат. "равнодушно") наблюдать, как их любимые лишайники безжалостно лишаются своего независимого существования и превращаются, как по мановению волшебной палочки, в… гриба-хозяина и плененного водорослевого раба», — утверждал в 1874 году Джеймс Кромби, автор трехтомного определителя лишайников Великобритании. «Не симбиоз, а хе-лотизм — порабощение одного организма другим», — отмечал ботаник Копенгагенского университета Йоханнес Варминг в 1895 году, а основоположник российской лихенологии (науки о лишайниках) Александр Александрович Еленкин из Петербургского ботанического сада, тоже считавший союз гриба и водоросли неравноправным, признавал гриб паразитом, даже хищником, растянувшим процесс поедания жертвы до бесконечности.
А теперь представим себе такой случай: человек съел кусок торта с толстым слоем крема, погладил десяток урчащих кошек, поцеловал отпечатанную миллионным тиражом копеечную иконку, проданную ему в церковной лавке за тысячу рублей, и выбросился в окно с седьмого этажа… Что управляло его поступками? Боги? Неведомые, но всесильные пришельцы? Собственный разум?
Ответ на этот вопрос лежит гораздо ниже головы. Но, увы, профессор Зигмунд Фрейд, совсем не в области половых органов и одноименных инстинктов. Оказывается путь к сердцу мужчины (равно как и женщины) и, что самое важное, к мозгу лежит через желудок. Именно там находится «микробный орган» — богатое и разнообразное сообщество из 100 триллионов (1014) бактерий, архей и других микроорганизмов (при том что собственных — человеческих — клеток во всем нашем теле насчитывается на порядок меньше), общей массой полтора-два килограмма, то есть равной массе мозга. В телах людей обосновались 40 тысяч видов микробов, которые располагают дву-мя-тремя миллионами генов — в сто раз больше, чем сам человек. Три четверти микробиома составляют фирми-куты (к ним относятся лактобациллы) и бактероидеты (бактерии, живущие без кислорода, — анаэробы), остальное — протеобактерии (например, кишечная палочка, сальмонелла, вибрионы), актинобактерии (прежние ак-тиномицеты) и некоторые другие формы. И все это непрерывно эволюционирует. От человека к человеку, даже если они здоровы (ну, относительно: абсолютно здоровых людей не бывает), микробные сообщества заметно отличаются. Есть свои микросообщества в ротовой полости, под мышками, в половых органах, под волосяным покровом головы, за ушами, в ноздрях, словом — везде. Но влияние «микробного органа» столь велико, что можно говорить о наличии в нашем организме управляющей оси «кишечная микробиота — мозг», как считает большая группа ней-робиологов, гастроэнтерологов и микробиологов, возглавляемая Джейн Фостер из Университета имени Макмастера в Гамильтоне, Маргарет Макфолл-Ги из Висконсинского университета и Полом Экбёргом из Медицинской школы Стэнфордского университета. В 2013 году это открытие, показавшее, что в нашем бренном теле есть еще один орган, равнозначный мозгу, было названо среди десяти крупнейших научных достижений по версии авторитетного журнала «Science».
Желудочно-кишечная микробиота буквально взращивается с молоком матери, которое, наряду с необходимыми младенцу лактозой и жирами, содержит совершенно ненужные ему олигосахариды. Они-то и предназначены для выкармливания бактерий. А когда они вырастают (в числе), то не только помогают своему вместилищу, считающемуся «хозяином», переваривать пищу и бороться с инфекциями, но и заботятся о себе, любимых. По мнению биопсихолога Атены Актипис из Университета штата Аризона, микробы способны управлять нашим поведением и настроением, изменяя параметры нервных сигналов в блуждающем нерве, влияя на вкусовые рецепторы, выделяя токсины, вызывающие плохое самочувствие, или химические «вознаграждения», чтобы нам стало хорошо. И если вы не видите напольные весы из-под складок своего живота (а то и подбородка), а вам все равно хочется съесть очень вкусный тортик, а потом еще и еще… это отнюдь не ваше «хотение».
«Кишечные бактерии очень влиятельны и разнообразны, — считает эволюционный биолог и программист Карло Мали из Калифорнийского университета (Сан-Франциско), — у них множество интересов, и если одни решают вопросы нашего питания, то у других — иные цели». Вырабатывая различные нейромедиаторы — сигнальные молекулы, которые влияют на работу эндокринной и иммунной систем или по блуждающему нерву, напрямую связывающему 100 миллионов нервных клеток кишечника с мозгом, поступают в гипофиз, гиппокамп, гипоталамус, миндалевидное тело и определенные участки коры, — кишечная микробиота склоняет весь организм не только к действиям, ведущим к ожирению: на ней лежит ответственность за рассеянный склероз, аутизм, приступы шизофрении, панические атаки, эпилептические припадки и маниакально-депрессивные психозы, что нередко может закончиться и суицидом. То, что бактерии легко находят с человеческими органами общий язык, — отнюдь не случайность: генетик Томислав Домаджет и его группа из Католического хорватского университета показали, что более трети из примерно 23 тысяч наших генов — общие с бактериями (еще треть мы разделяем с эукариотами в целом, 16 процентов — с животными, 13 — с позвоночными, 6 — с приматами, 0,16 — с неандертальцем), причем именно среди нашего бактериального генетического наследия запрятаны ключи к большинству заболеваний. Эти гены и реагируют на сигналы со стороны микробиоты.
И если так поступают «свои», то на что способны «чужие»? А ведь и такие в наше тело попадают. Например, споровик токсоплазма (Toxoplasma gondii), конечным хозяином которого является кошка, благодаря домашнему любимцу может оказаться и в мозге человека. И подобно тому, как зараженную мышь запах кошачьей мочи направляет к смерти в когтях хищника, человеку, подцепившему токсоплазмоз, одной-двух мурок-васек уже кажется мало: в однокомнатной квартире он заводит десятки мяукающих созданий. «Заразившись, я заметил странности в своем поведении, — делился своими мыслями с журналистом "National Geographic" биолог-эволюционист Ярослав Флегр из Карлова университета в Праге. — Они были невыгодны для меня, но выгодны для паразита, стремившегося перейти к новому хозяину. Так, я пересекал улицу на красный свет и даже не замечал, что машины мне гудели. Потом я узнал, что у людей, зараженных токсоплазмой, в 2,6 раза выше вероятность попасть в аварию». (Токсоплазма, как и малярийный плазмодий, являются бывшим водорослями, утерявшими хлоропласты и сохранившим лишь их остатки — апикопласты.)
Флегр ощущает себя своего рода зомби, и он не одинок. Мир зомбирован — видимо, давно и, вероятно, навсегда. В траве скачут кузнечики-зомби, на дерево взбираются муравьи-зомби, по листу ползет улитка-зомби, а на морском дне вынашивает потомство краб-зомби. Им только кажется, что они живут сами по себе, а на деле ими управляют споровики, грибы, волосатики и другие сожители. Неведомые хозяева заставляют кузнечика тонуть в луже, муравья притворяться налившейся соком ягодой, а улитку янтарку — яркими и полосато пульсирующими рожками приманивать к себе птиц, чтобы те их съели. А у самца прибрежного краба гемиграпса {Hemigrapsus sanguineus), зараженного паразитическим корнеголо-вым раком, уменьшается размер клешней, расширяется брюшко, и там развиваются яйценосные женские придатки— плеоподы, но вынашивает он не свое потомство, а отпрысков поработившего его рака. Затем паразит покидает промежуточного хозяина, который нужен-то ему был лишь для того, чтобы попасть на место своей основной прописки — в водную среду, козьи или птичьи внутренности. А от прежнего живого вместилища остается лишь пустая оболочка, словно в фантастическом триллере. «Это паразит, способный присасываться, например, к человеку и управлять его действиями. Происхождение и метаболизм почти наверняка инопланетные», — писал американский фантаст Роберт Хайнлайн в ныне знаменитом романе «Кукловоды». Книга 1951 года вызвала к жизни череду подражаний, в том числе киноэпопею «Чужие». Но вряд ли писатель догадывался, насколько придуманный им мир близок к действительности, хотя инопланетяне тут ни при чем.
Порой одна клетка, а то и меньше — вирус берет вверх над триллионами. «Подобно тому, как ученые отрабатывают действие новых препаратов на грызунах, токсоплазма отработала биохимические навыки управления на мышах и крысах — обычной пище кошачьих (грызунов начинает привлекать запах кошачьей мочи), — полагает эпидемиолог Джоанн Уэбстер из Имперского колледжа Лондона, — но тут подвернулись люди, любители кошек, и оказалось, что управлять ими ничуть не труднее». — «Мы не очень понимаем, как паразит верховодит высокоорганизованным хозяином, потому что не всегда умеем отличить обычное поведение от ненормального», — вторит ей физиолог Шелли Адамо из канадского Университета имени Далхаузи. Паразиты меняют поведение хозяев с помощью нейромодуляторов, подобных дофамину, норадреналину и серотонину, которые выделяются зараженными клетками и воздействуют на нейроны, влияют на иммунную систему и выключают определенные гены. В итоге если хозяин — мужчина, то он несколько глупеет, легче возбуждается и расстраивается, а если женщина, то она умнеет, становится приветливее и внимательнее к окружающим. Иногда паразиту выгоднее уберечь хозяина от лишних неприятностей. Тогда он превращается в своего рода телохранителя: например, под его воздействием зараженные самцы крыс становятся привлекательнее для самок. А все потому, что между инфицированными крысами токсоплазма может передаваться половым путем. К слову, и мужчины, подхватившие токсоплазмоз, в среднем оказываются мускулистее и на три сантиметра выше.
Согласно гипотезе специалистов по биоинформатике Александра Юрьевича Панчина, Александра Ивановича Тужикова и Юрия Валентиновича Панчина из Института проблем передачи информации РАН, опубликованной в престижном научном журнале «Biology Direct», людьми, склонными к религиозному экстазу, тоже управляет отнюдь не божественный промысел, а все те же паразиты, которые стремятся расселиться по наибольшему числу хозяев. Именно их воля заставляет тысячи верующих биться в экстазе, чтобы коснуться рукой или поцеловать какую-нибудь реликвию, совершить опасное паломничество или броситься в прорубь в лютый мороз.
Можно услышать, что при этом больные исцеляются, а здоровые только здоровее становятся. Это далеко не так: анализ микробиоты сакральных мест показывает, что там буквально кишат патогены, которыми заражаются люди, пытающиеся беспрекословно следовать правилам, связанным с исполнением культа. В бестселлере «Влюбиться в Венеции, умереть в Варанаси» Джефф Дайер так описывает один из храмов города Варанаси, почитаемого индуи-стами: «Прежде чем я был допущен во внутренний храм, мне пришлось зайти с ним [брахманом] в маленькую, вонючую часовню, где мой лоб помазали священной пастой. Тут же появился кто-то еще, другой жрец-вахтер, и, несмотря на мои протесты, нацепил мне на шею гирлянду из ноготков, которая и была, как оказалось, источником вони. Казалось, что ее замариновали в моче, а после оставили гнить на пару дней. За привилегию носить этот кошмар я, естественно, должен был заплатить…» И это не художественный вымысел, даже не преувеличение, а отражение реальной антисанитарии в одном из мест массового паломничества на берегу Ганга: как выяснили микробиолог Стив Хамнер из Университета штата Монтана и его коллеги, совершая в священной реке омовение, можно с вероятностью 66 процентов подхватить холеру, дизентерию, гепатит-А и еще с десяток весьма неприятных болезней. То же верно для многих «святых» источников, не говоря уж о бутылочках с тухлой «святой» водой. Особенно опасны больничные церкви и молельни.
Авторы гипотезы замечают, что такие микроорганизмы сродни всепроникающим мидихлорианам из киносаги «Звездные войны». Кто такие мидихлорианы, вынесенные Панчиным и коллегами в заголовок статьи? «Без мидихлориан жизнь не могла бы существовать, и мы не обладали бы знанием Силы. Целостность общается с нами, передает нам волю Силы. Когда ты научишься усмирять свой ум, ты услышишь, что они говорят тебе», — наставляет джедай Куой-Гон Джинн Энакина Скайуокера. (Кстати, по мнению психиатров, Скайуокер страдает пограничным расстройством личности, вот и обращается Дартом Вейдером.) А ведь религиозные фанатики именно усмирением ума и занимаются, нередко страдая шизофренией, эпилептическими припадками и другими психическими расстройствами.
Столетие назад казалось, что все эти грибы и бактерии исключительно вредны, а иммунолог Илья Ильич Мечников, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине за 1908 год, работавший в Пастеровском институте в Париже, даже предлагал удалять людям прямую кишку, как источник болезней. И сейчас некоторые крупные микробиологи считают, что всех этих микробов нужно просто убить. Но вот тогда-то мы точно не выживем: некому станет переваривать пищу и снабжать организм необходимыми для работы мускулов, почек, сердца и мозга короткоцепочечными жирными кислотами; защищать нас от инфекций (по сути, вся иммунная система — это производное микробиоты); способствовать развитию кишечной выстилки и некоторых других тканей; приводить в порядок расшатанную нервную систему.
Треть необходимых организму молекул, которые с током крови разносятся по нашему телу, поставляет микро-биота. Без микроскопических существ мы и другие млекопитающие не сможем, видимо, и мыслить. Не исключено, что своим эволюционным успехом позвоночные, в отличие от беспозвоночных, обязаны именно разнообразному и обильному микробному. И чем он разнообразнее, тем больше и умнее мозг: в кишечнике свиньи и коровы обитают 350 видов бактерий, у человекообразных обезьян — 9 тысяч, у человека — 40 тысяч. Например, дети, рожденные естественным путем — через влагалище, получают от матери необходимые им лактобациллы, а извлеченные из утробы с помощью кесарева сечения, наоборот, приобретают в основном стафилококки и акинеты, причем в опасных для здоровья количествах, что нередко приводит к нарушениям в развитии центральной нервной системы.
Опыты на мышах и свиньях со стерильным кишечником показали, что такие животные обучаются гораздо хуже, а виной тому недостаток некоторых химических соединений, которые выделяются микробиотой и стимулируют нервную систему. И тогда спасает то, что медики называют «фекальными трансплантатами», — образцы чужих, но более здоровых микробиомов. В любом крепком коллективе — от семьи до бригады слесарей или членов крупной издательской корпорации — мы сближаемся благодаря тому, что наша личная микробиота становится все более общественной — через совместные трапезы, поцелуи, половые отношения (включая знаменитую сигарету на двоих после постельной сцены) или тим-билдинг. (Точно так же своими жидкими выделениями обмениваются общественные насекомые — пчелы, термиты — и оказываются менее подвержены нашествиям паразитов.) Даже паразитические черви порой спасают: заражая человеческий организм личинками круглых червей (Trichuris suis и Necator americanus), врачи излечивают некоторые случаи колитов (воспаление слизистой оболочки толстого кишечника) и рассеянного склероза.
У людей состав микробиоты, как показали исследования биомедика Тани Яцуненко и ее группы из Университета имени Вашингтона, меняется в зависимости от местной диеты, но только с возрастом: рождаются все — и жители набитого «макдоналдсами» Нью-Йорка, и обитатели амазонской сельвы, и малавийские селяне — со сходным набором микроорганизмов. Вот только у горожан, принимающих так называемую «западную диету» — излишне жирную и сладкую пищу, микробиота утрачивает разнообразие. Неприятности поджидают тогда, когда человек сам начинает вредить своему микрообиому (кесарево сечение, молочные смеси, диеты или изнурительный пост, алкоголь, дезодоранты, хлорированная вода и так далее), и тот, разумеется, отвечает «взаимностью».
Ситуация как в любом современном государстве: пока отношения между всеми равные, все развивается к лучшему, но, когда одна отдельно взятая ветвь власти или партия зарывается, мы имеем то, что имеем… Князь Кропоткин об этом тоньше и умнее выразился: «Когда учреждения Взаимопомощи… начинали… терять свой первоначальный характер, когда в них начинали появляться паразитные, чуждые им, наросты, вследствие чего сами эти учреждения становились помехой прогрессу, тогда возмущение личностей против этих учреждений принимало двоякий характер. Часть восставших стремилась к очищению этих учреждений от чуждых им элементов, или к выработке высших форм свободного общежития, основанных, опять-таки, на началах Взаимной Помощи… другая часть тех же личностей, восставших против закрепившегося строя, пыталась просто разрушить охранительные учреждения взаимной поддержки, с тем чтобы на место их поставить свой собственный произвол и таким образом увеличить свои собственные богатства и усилить свою собственную власть».
Не будем придаваться унынию: живем мы все вместе давно и по большей части счастливо. Ведь и счастливые браки, возможно, заключаются не на небесах, а в кишечнике…
Микробиолог Жиль Шарон и ее коллеги из Тель-Авивского университета обнаружили, что если группу фруктовых мушек — дрозофил — разделить на две части так, чтобы личинки одних из поколения в поколение питались смесью на основе патоки, а других — крахмалом, то через несколько поколений мушки, взращенные на патоке, будут искать себе партнеров преимущественно среди «однокашников». И так же станут поступать дрозофилы, вскормленные крахмалом. А все дело в микробиоте: у первых кишечник населен протеобактерией вольбахией (Wolbachia) и десятком других видов, а у мух «крахмальной» линии в нем осталось лишь по одному виду воль-бахии и лактобациллы. Две группы кишечных бактерий, каждая по-своему, влияют на состав феромонов (пахучих веществ), выделяемых на антеннах мух. А именно запах феромонов и привлекает возможных партнеров. (Кстати, и мы, выбирая спутника жизни, нередко обращаем внимание прежде всего на запах, на чем зиждется немалый успех парфюмерной промышленности.) Самым важным итогом этого опыта, однако, является, по сути, разделение прежнего вида на два новых, на что обратил внимание профессор Александр Владимирович Марков с биологического факультета МГУ, проводивший со своей группой сходные опыты: ведь мухи, обладающие разными кишечными мик-робиотами, практически перестают скрещиваться…
Значит, эволюционирует не вид как таковой, а целая совокупность видов, поселившаяся под одной оболочкой? Микробиолог Юджин Розенберг, возглавляющий ту самую группу, где работает Шарон, так и решил: единицей эволюции является не вид как совокупность популяций, а го-лобионт, то есть вид со всей присущей ему микробиотой, который вместе с ней обладает единым гологеномом. Так и живем мы сложной общественной жизнью с исключительно богатым внутренним миром и эволюционируем этакой многоступенчатой матрешкой, не будь которой никогда не появились бы на свете гигантские существа. Самые-самые…
Берег динозавров существует на самом деле. Если выйти к морю ранним утром, можно заметить скопления устричных раковин, завитки улиток, змеехвосток, застывших в нелепых позах. Прямо по ним разбегаются трехпалые следовые дорожки: следы поменьше — с нашу ладонь — оставили легкие охотники вроде компсогна-та (Compsognathus), а те, что в две ступни длиной, — крупные хищные тероподы, подобные аллозавру (Allosaurus). Мелкие разлапистые, с далеко отстоящими отпечатками пальцев «тройнички», вероятно, принадлежат птицеподобным манирапторам. К сглаженным вмятинам — без заостренных следов когтей — приложили лапу растительноядные игуанодоны, а к овальным — стегозавры. Огромные округлые «бассейны», куда сидя, как в курортном джакузи, помещаются трое взрослых людей (1,3 метра в поперечнике), продавили в пляжном песке завроподы. След оказался настолько глубоким, что на его бортике пропе-чатались крупные трехсантиметровые шестигранные чешуи гиганта.
Остается засесть где-нибудь повыше на обрыве (для безопасности) и подождать, пока они придут снова. Однако бояться некого: гиганты не вернутся ни днем, ни вечером, ни даже ночью…
Последний раз они выходили сюда, когда этот пляж был краем заболоченных лагун, заросших лесом из араукарий и гинкго с подлеском из беннеттитов, хвощей и папоротников, — 150 миллионов лет назад, в конце юрского периода. Сейчас — это южный берег Бискайского залива, протянувшийся от центра Астурии Хихона на западе до очень небольшого, но очень симпатичного городка — Рибадеселья на границе с Кантабрией, и по следам динозавров весело прыгают девушки в «монокини» (бикини включает два предмета одежды, а монокини — один), а в «ванны», вмятые завроподами, набивается по нескольку человек, чтобы провести фотосессию. Место юрской растительности заняли пришлые эвкалипты, а гинкго и араукарии можно увидеть лишь в парке Музея юрского периода Астурии, выстроенного в виде огромного трехпалого следа на горе над пляжем.
Конечно, одной массы динозавра для образования окаменевших следов недостаточно: нужно, чтобы «раствор», то есть жидкий ил, где вязли ящеры, быстро схватывался. В юрских условиях Астурии такими цементирующими ингредиентами выступали либо известковые частички — приносимые морем остатки мельчайших известьвыделяю-щих организмов, — или вулканический пепел. В зависимости от массы динозавра и степени отвердения илистой поверхности могли появиться просто отпечатки лап разной глубины и четкости или оплывшие ямки в подлежащем, более глубоком, слое осадка. В последнем случае вместо трехпалой ступни нередко пропечатывалась лишь ее осевая часть, напоминавшая след гигантского человека (фотографиями подобных находок любят иллюстрировать графоманские опусы всякого рода ниспровергатели «официальной» науки). Со временем застывшие вмятины от динозавровых лап засыпались следующим слоем осадка, который, застыв, мог оказаться более твердым, и теперь, после разрушения относительно мягкого вмещающего слоя, на пляже проступают цепочки трехпалых «грибов». Такие образования называются «слепками». Следы динозавров, хотя и позволяют определить своих хозяев лишь в общих чертах (завроподы, стегозавры и так далее), служат важным источником сведений об этих животных. Можно «проследить», как вели себя динозавры, кто жил стаями, а кто — парами или в одиночку, с какой скоростью они передвигались и сколько весили.
Расчеты массы завропод, сделанные по замерам следов, а также по обмерам наиболее полных скелетов и костей с последующим масштабированием — в последние годы с помощью SD-фотограмметрии на основе лазерного сканирования — показывают, что это были самые большие и тяжелые создания из всех, когда-либо ступавших по суше. Масса жираффатитана (Giraffatitan) оценивается в 30–75 тонн (длина — 26 метров), диплодока (Diplodocus) — 12–15 тонн (27 метров). А ведь были еще сейсмозавр (Seismosaurus, 100 тонн) и амфицелий (Amphicoelias, 150 тонн). Правда, их размеры рассчитывались по отдельным костям, что не так точно.
Даже при наименьших цифрах — 12–15 тонн — завроподы весят больше, чем самые крупные наземные млекопитающие — вымерший носорог индрикотерий {Indricotherium, 11 тонн, длина — 8,5 метра), африканский слон (7 тонн, 7,5 метра) и жираф (1,9 тонны, высота — 5,8 метра) и тем более современные пресмыкающиеся — гребнистый крокодил (1 тонна, длина — 7 метров) и сетчатый питон (0,15 тонны, 7 метров). Сравниться с ними может лишь синий кит — 190 тонн (33 метра). Но это морское млекопитающее, а в водной среде легче бороться с силой тяготения, и главное — с перегревом. Потому в прошлом среди морских хищников было гораздо больше животных предельных размеров (14–18 метров длиной): гигантские кальмары — среди моллюсков, акулы — среди хрящевых рыб; ихтиозавры, плезиозавры, плиозавры, мозозавры и крокодилы — среди рептилий, ну и вымерший базилозавр (.Basilosaurns) и синий кит — среди млекопитающих.
Из современных животных, живущих на суше, африканский слон имеет почти предельную массу, чтобы его внутренности не сварились. Именно поэтому он лишен волосяного покрова; ноги у него — длинные, чтобы увеличить поверхность испарения, подошвы — широкие, чтобы тепло оттекало в грунт; в верхней части черепа расположены обильные воздушные полости, предохраняющие мозг от теплового удара; а огромные уши пронизаны тончайшими протяженными капиллярами, где охлаждается кровь. Часто взмахивая ушами, слон ускоряет этот процесс, и остывшая кровь растекается по всему телу.
Одно время думали, что завроподы, будучи также самыми длинношеими (Supersaurus — 15 метров) и длиннохвостыми (диплодок— 17 метров) существами, вели водный или полуводный образ жизни. Даже если допустить, что они были холоднокровными животными, при таких массах перегрев был бы неизбежен, да и суставы бы веса махины не выдержали. Предполагалось поэтому, что они ходили по дну лагун и озер и опускали шею, как удочку, чтобы вытягивать со дна пучки водорослей, а хвост, словно плавник, помогал перемещаться (потому и отпечатки этого весомого органа никогда не встречаются). Редкие колышкоподобные зубы могли служить разве что для того, чтобы подцеплять мягкую растительность.
Однако наследили завроподы по большей части не под водой. В изотопном составе их костей нет и намека на водный образ жизни. Короткий, по сравнению с шеей и хвостом, и выгнутый дугой спинной отдел позвоночника, словно арка в архитектуре, служил для снятия нагрузки на всю конструкцию скелета, который поддерживался двумя сближенными парами конечностей (это как раз по следам видно), и облегчал работу спинной мускулатуры, стягивая связки. Мощные связки имели дополнительные крепления на далеко отходящих вверх невральных отростках позвонков и встречающихся только у динозавров шевроновых отростках. В свою очередь, суставные поверхности конечностей, чтобы смягчить давление массы, несли мощный слой хряща, и, следовательно, вся конструкция была пригодна для передвижения по суше. При такой мощной и одновременно изящной конструкции завроподы не только крепко стояли на земле, но могли даже совершать пробежки (что опять же видно по следовым дорожкам). Но что же спасало гигантов от перегрева?
Следы юрских завропод (диаметр 1,3метра); Греческий пляж, Астурия, Испания; 160–150 миллионов лет
То, что отличает их от прочих обитателей суши, — очень длинная шея и хвост. Эти органы создавали значительную дополнительную площадь для испарения влаги, то есть для охлаждения: у жираффатитана площадь поверхности шеи достигала 21,5 квадратных метра, хвоста— 16,5, у диплодока — 10 и 19 соответственно. Конечно, такой шеей, как слоновьими ушами, не помашешь, но пока кровь протекает по длиннющей сонной артерии, она тоже охлаждается, особенно если вытянуть шею по ветру. Потому у самых крупных завропод, таких, как жираффа-титан и диплодок, шеи и хвосты не просто длиннее, чем у ближайших «мелких» родственников — 15-метрового камаразавра (Camarasaurus) и 12-метрового дикреозавра (Dicraeosaurus), но и сравнительно длиннее, то есть увеличение размеров завропод происходило в первую очередь за счет удлинения шеи (в роду жираффатитана) или хвоста (в роду диплодока). «Растягивание» этих частей тела и в ходе эволюции, и в индивидуальном развитии происходило путем удлинения позвонков (до 3,4 метра!) и/или их добавления (до 19 у Mamenchisaurus). Кроме того, по крайней мере у диплодоков вдоль хребта торчали шипы до 40 сантиметров высотой, которые создавали 8 квадратных метров дополнительной площади: еще один сток для тепла. Хвост уравновешивал шею, потому тоже был длинен и держался на весу. Малограмотные фальсификаторы сенсационных южноамериканских артефактов, известных как камни Ики, где динозавры изображены в окружении людей, об этом не догадывались, поскольку срисовывали ящеров со старых реконструкций, причем с североамериканских, а динозавры двух Америк мало похожи.
По мнению палеонтолога Мартина Зандера из Боннского университета, можно сказать, что вся эволюция завропод тянулась вслед за шеей. А куда тянулась шея? Конечно, за зеленью. Несмотря на простоту, зубной аппарат этих ящеров был достаточно разнообразен (не только гладкие «колышки», но и зазубренные «клинышки», замещавшиеся новыми каждые 35–60 дней у разных видов): одни могли счищать, как грабилкой, иголки с веток араукарий, другие — срезать метелки хвощей, третьи — обрывать листья гинкго и папоротников. И все это не сходя с места. Зачем двигаться, если шея позволяет дотянуться куда угодно? А если меньше двигаться, то и энергии тратится меньше: до 80 процентов, как показали расчеты на длинно- и короткошеих моделях жираффатитана. Правда, лебединой грациозностью завроподы не обладали: шеи у них не выгибались (сочленение позвонков было жестким), а перемещались как единая конструкция, наподобие стрелы башенного крана (или шеи жирафа).