Родни Дитерт - Человеческий суперорганизм. Как микробиом изменил наши представления о здоровом образе жизни Страница 10

Если исчезнет защитный лесной полог, живущие под ним растения подлеска окажутся подверженными всем изменениям местного климата. При изменении окружающих условий и истончении лесного полога в подлесок устремятся потоки прямого солнечного света. В результате в этом ярусе леса усилится испарение воды и повысится температура воздуха. А это в свою очередь приведет к оскудению источников корма животных и уменьшению количества доступных для них укрытий. События будут следовать друг за другом по принципу домино.

Вырубка леса и изменение условий окружающей среды сильно влияют как на биоразнообразие экосистемы в целом, так и на численность каждого из населяющих ее видов живых существ. При изменении среды и видового разнообразия возникает «эффект домино»: изменения одной группы живых существ вызывают изменения других групп. Недавно такую зависимость обнаружила международная группа ученых, изучавшая видовой состав популяций растений и грибов на границах между дождевым лесом и сельскохозяйственными землями.

Коралловые рифы

Второй, не менее полезный пример экологических взаимодействий между многочисленными видами живых существ – жизнь кораллового рифа. Мало кто видел красоту коралловых рифов воочию, но почтовые открытки не врут. Они действительно представляют собой одно из величайших сокровищ природы. Коралловые рифы – не только богатые жизнью морские экосистемы с непропорционально высоким биоразнообразием на единицу площади, но и защитные барьеры для береговых линий и очищающих воду мангровых лесов. Три самых крупных коралловых рифа на Земле – это Большой Барьерный риф у побережья Австралии, барьерный риф, протянувшийся вдоль побережья Белиза (Центральная Америка), и Флоридский риф неподалеку от островов Флорида-Кис. Коралловые рифы образованы мириадами известковых скелетов коралловых полипов – крошечных морских животных, близких родственников актиний. Твердый наружный скелет защищает полипа и служит опорой его мягкому нежному тельцу.

Кораллы живут в симбиотических отношениях с водорослями зооксантеллами. Водоросли обеспечивают кораллы кислородом и энергией, вырабатываемыми в процессе фотосинтеза. Кроме того, водоросли образуют сахара, служащие кораллам дополнительным источником пищи в бедной питательными веществами среде. Кораллы дают водорослям неорганический углерод (в виде углекислого газа) и подкисляют микросреду, облегчая тем самым процесс фотосинтеза для водорослей. Различную окраску кораллам придают в большей степени водоросли, нежели полипы. На коралловом рифе или поблизости от него обитают тысячи видов живых существ, и их выживание напрямую связано с жизнеспособностью рифа. Среди наиболее распространенных его обитателей – морские коньки и другие рыбы, омары, губки, голожаберные моллюски, морские змеи, морские звезды, морские ежи, двустворчатые моллюски и улитки.

Коралловые рифы, как и люди, имеют бактериальных и вирусных партнеров. Изучение сложных взаимодействий между различными обитателями коралловых рифов дает ученым ценные ориентиры для понимания сосуществования человека с его многочисленными партнерами-микробами, а также тех рисков, которыми чревато снижение его собственного внутреннего биоразнообразия. С коралловым рифом связано возникновение понятия «холобионт», введенного в науку в 1992 г. биологом-теоретиком Дэвидом Минделлом. Холобионт – это организм-хозяин вместе со своими симбионтами, то есть сосуществующими с ним живыми организмами других видов. Таким образом, холобионт – это группа организмов, симбиотический комплекс, который изменяется в процессе эволюции. В случае кораллового рифа холобионтом является вся совокупность составляющих его видов, каждый из которых зависит от жизни рифа в целом.

Недавно ученые использовали коралловый риф во всем его видовом многообразии в качестве аналога для описания жизни человека вместе с его микробными партнерами. Человек также является холобионтом. И если человеко-микробный холобионт «недоукомплектован», по сути дела он представляет собой дефектный организм – биологически неполноценное существо. Человеческий микробиом подвержен повреждениям и разрушению точно так же, как и коралловые рифы. Последствия этих процессов тоже схожи – они предсказуемы и потенциально катастрофичны.

Кораллы очень чувствительны к изменениям окружающих условий и порой повреждаются от одного лишь прикосновения ласта аквалангиста или лодочного якоря. Загрязнение воды, инфекционные болезни, чрезмерный вылов рыбы, использование рыболовных сетей, цунами, штормы и климатические изменения – все эти факторы могут сильно повредить здоровью рифа. Как и в случае тропического дождевого леса, многочисленные виды, жизнь которых неразрывно связана с жизнью рифа в целом, тесно взаимодействуют друг с другом, так что любое изменение в состоянии одного из видов неизбежно отразиться и на состоянии других. Коралловым рифам нужна чистая вода: для осуществления фотосинтеза партнерам кораллов, водорослям, требуется много солнечного света. Загрязнение воды и заиливание моря, связанные с жизнью крупных прибрежных городов и землечерпательными работами, могут лишить водоросли достаточного количества света. А это повышает риск заболевания и разрушения кораллового рифа в целом.

Поскольку своей красивой расцветкой кораллы обязаны полезным микроводорослям, существует простой способ оценки их состояния: ухудшение здоровья водорослей приводит к обесцвечиванию кораллов. Они утрачивают свои яркие цвета и предстают перед ныряльщиками в виде белеющих в воде невзрачных известковых конструкций. На протяжении последних десятилетий обесцвечивание кораллов во всех морях планеты постоянно усиливается.

Другой тип разрушения кораллов обнаруживает поразительное сходство с эпидемией ожирения среди людей. Он связан с интенсивным ростом крупных разновидностей водорослей, не обеспечивающих жизнедеятельность коралловых полипов. Эти макроводоросли способны погубить многих обитателей рифов. Чрезмерное содержание питательных веществ в морской воде вследствие ее загрязнения в сочетании с недостаточным поеданием крупных водорослей рыбами может привести к опасному разрастанию этих вредных «морских сорняков». Этот процесс во многих отношениях напоминает развитие воспаления, связанного с ожирением, у людей. Чрезмерное потребление питательных веществ вызывает такие изменения в нашей собственной экосистеме, которые привлекают микробных партнеров, нуждающихся в этих специфических «нутриентах ожирения» и в свою очередь еще сильнее изменяющих нашу внутреннюю среду. Когда морская вода становится чрезмерно питательной и начинают разрастаться крупные водоросли, жизнеспособность кораллового рифа снижается. Если населяющие риф рыбы не в состоянии достаточно быстро уничтожать эти водоросли, риф начинает погибать.

В последнее время человечество наконец-то обратило должное внимание на плачевное состояние тропических дождевых лесов, коралловых рифов и других сложных биологических экосистем. Мы все острее осознаем биологические риски, связанные с разрушением этих природных комплексов, и все четче представляем себе и благотворные факторы, обеспечивающие их жизнеспособность, и пагубные влияния, приводящие к их гибели. В этой связи возникает важный вопрос: когда же наконец люди проявят такую же озабоченность состоянием своей собственной внутренней экосистемы и начнут принимать такие же действенные меры по ее защите от разрушения?

Сад нашего тела

Как уже отмечалось в главе 1, микробиом – это совокупность тысяч различных видов бактерий, грибов и вирусов, живущих внутри и на поверхности тела. Эти микробы представляют все три домена жизни – эукариот (Eukaryota), архей (Archaea) и бактерий (Bacteria). Считается, что на нашей коже живет примерно 1000 различных видов бактерий, большинство из которых относится к типу актинобактерий (Actinobacteria).

Микробиом кишечника представлен главным образом бактериями, относящимися к двум типам – Bacteroidetes и фирмикуты (Firmicutes; например, присутствующие в йогурте лактобациллы). Но масса наиболее интересных различий отмечается на уровне отдельных видов бактерий, их генов и метаболических профилей. По мнению ученых, в кишечнике, как и на коже, живет порядка 1000 видов бактерий. Но кишечные бактерии отличаются от кожных не только видовой принадлежностью, но и генетическими характеристиками. Общее количество генов кишечных бактерий во всей человеческой популяции достигает почти 10 млн, но большинству людей свойственна лишь небольшая часть этих генов. Некоторые бактерии представлены множеством штаммов, слегка различающихся числом копий генов и характеристиками. Штаммы некоторых видов кишечных бактерий различаются своими генами аж на 25 %.