Более того, земные палеонтологические данные указывают на то, что микроскопические живые существа возникли по геологическим меркам очень быстро. Похоже, это произошло сразу после последних крупных событий в формировании планеты. Теперь мы знаем, что химические кирпичики живой материи (сахара, спирты, аминокислоты и более сложные углеродосодержащие структуры) присутствуют и в протопланетных системах. Не исключено, что весь этот материал сыплется на поверхности юных планет, которые представляют собой великолепные инкубаторы для органических соединений. Иными словами, получить первичную смесь, из которой может возникнуть жизнь, проще простого. Этот факт не объясняет всего того, что произошло потом, однако служит очевидной отправной точкой.
Ко всему этому мы еще вернемся, когда будем разбираться, ответы на какие вопросы позволят нам оценить собственное значение в мироздании, однако мне хочется особо подчеркнуть два обстоятельства. Во-первых, геохимический состав Земли постоянно перерабатывается вездесущими циклами взаимосвязанных процессов, которые приводятся в движение триллионами триллионов молекулярных механизмов, составляющих основу микроскопической жизни, а микроскопическая жизнь, в свою очередь, сохраняет «чертежи» этих механизмов с течением времени. Во-вторых, весь этот микрокосм, судя по всему, связан с широким распространением во Вселенной углеродосодержащих молекул и с тем, что корни всех физических и химических структур лежат в водородном газе, возникшем в самом начале существования Вселенной.
Думаю, что относительно подробностей метаболической машинерии у нас на Земле и относительно того, насколько она способна подстраиваться под нужды того или иного вида, остается еще много открытых вопросов. Развитие этой системы объясняется и ресурсами, которые были в ее распоряжении на нашей планете, и средой, которая помогала формировать процессы естественного отбора. В этом отношении эволюция была во многом случайной. Одно мы знаем наверняка: химическая среда на нашей планете в конечном итоге определяется историей формирования Земли из сгустившегося облака, размером нашей звезды, коллизиями при выстраивании планет по орбитам. Все, что мы знаем об экзопланетах, наталкивает нас на мысль, что другие планеты размером с Землю, возможно, необычайно разнообразны с химической и геохимической точки зрения.
А значит, разумно предположить, что метаболические процессы, которые широко распространены здесь, на Земле, на других планетах не всегда возможны. Подобным же образом вполне вероятно, что там идут реакции, которых у нас нет. Хороший пример дает нам изучение Титана, спутника Сатурна[151]. Температура там примерно –180 °C, поверхность покрыта жидкими углеводородами, – словом, такой химии, как на Титане, на Земле нигде не найдешь. Однако существует по крайней мере один довольно-таки очевидный метаболический процесс, который может идти на Титане и способен обеспечить живую материю полезной энергией. Это реакция водорода с ацетиленом. При температурах, при которых мы с вами живем здесь, на Земле, эта реакция – взрыв, производящий метан и много шума. На холодном Титане она невозможна без катализатора, зато в результате тихо и спокойно дала бы много энергии. Ученые уже размышляли о том, чтобы попытаться зарегистрировать эту реакцию и таким образом поискать на Титане признаки жизни. На первый взгляд идея безумная, однако не невероятная.
Отдельные подробности метаболических процессов могут быть разными, однако свидетельств в пользу того, что интегрированная система обмена веществ и геохимических изменений на Земле возникла случайно, очень мало. Напротив, как я уже говорил, судя по всему, это стойкая и надежная модель, которой вполне может руководствоваться любая действующая биосфера. Как же в нее вписываемся мы, люди? Жизнь в том виде, в каком мы ее воплощаем, развилась на основе микрокосма и до сих пор полностью интегрирована с ним: ведь именно от микромира всецело зависит и состояние окружающей среды на планете, и функционирование каждого из нас в отдельности. В какой степени это правда, мы только начинаем понимать, и об этом у нас и пойдет разговор.
* * *
Едва ли не самое революционное и неприятное для многих открытие в современной биологии состоит в том, что мы не индивидуальны в том смысле, в каком привыкли считать. На самом деле каждый из нас не «я», а «мы» – совокупность примерно из 10 триллионов эукариотических человеческих клеток, которые служат вместилищем и опорой для коллектива примерно из 100 триллионов отдельных микроорганизмов. Выводы, которые из этого следуют, поистине головокружительны и стремительно изменяют наши представления о человеческой физиологии и медицине. Добро пожаловать в тайный мир микрофлоры человека!
Большинство из нас не сталкиваются со своим микроскопическим багажом на непосредственном опыте. Мы не отбрасываем, словно шкуру, толстые слои микробов. Однако отчасти причина в том, что мы просто не видим эти организмы – они ведь маленькие, как и все прочие микробы, просочившиеся во все уголки нашей планеты. Клетка бактерии в десять раз меньше в поперечнике, чем наша собственная клетка, и совокупный вес наших микроскопических пассажиров, как полагает, у взрослого человека составляет меньше килограмма. Это около 1 % нашей личной биомассы. Однако это и в самом деле целый микрокосм, неведомый и неожиданный мир, в который впервые заглянул Антони ван Левенгук, когда в 1674 году собрал первый микроскоп, и у научного сообщества ушло еще 300 лет на то, чтобы в полной мере оценить значение этого мира. Каждый из нас, подобно капельке озерной воды под линзой Левенгука, носит в себе свою микроскопическую Вселенную.
Первые настоящие попытки составить перепись этой популяции микробов[152], живущих «вместе» с человеком, едва начались. Современные инструменты генетического анализа позволяют нам описать практически любую среду, оценив многообразие определенных общих генов – участков ДНК, которые прямо отвечают за ту или иную ключевую биологическую функцию. Это дает нам возможность исследовать не только океанское дно, но и ландшафты собственных плоти и крови, – и получить результаты, над которыми стоит задуматься, поскольку они позволяют нам по-новому взглянуть на наше положение в микрокосме и в космосе.
Рассмотрим, к примеру, кто живет у нас в легких[153]. По нынешним оценкам на каждом квадратном сантиметре затейливой внутренней поверхности дыхательных путей человека живет более 2000 отдельных микроорганизмов, которые принадлежат как минимум к 120 разным видам. Общая площадь внутренней поверхности здоровой пары легких взрослого человека составляет примерно 70 квадратных метров – площадь стандартного теннисного корта. Таким образом, общая численность представителей этих 120 видов в нашем организме приближается к 1,5 миллиардам отдельных особей (и вполне вероятно, что это число на самом деле гораздо больше).
До самого недавнего времени считалось, что наши легкие, по сути дела, стерильны. Когда у людей брали пробы ткани или слизи и пытались вырастить на них бактерии, это ни к чему не приводило. Теперь мы понимаем, что все дело в том, что эти микроскопические обитатели наших легких попросту не размножаются вне привычной среды. Для выживания им нужна именно такая ниша.
От этого вполне может стать немного не по себе – но то ли еще будет! Чтобы оценить происходящее, стоит напомнить себе о генетическом коде человека, об информации, которая содержится в длинных молекулах ДНК, упакованных в ядрах каждой из наших эукариотических клеток. Длиной эта последовательность примерно в 3 миллиарда знаков. Геном человека содержит 20–25 тысяч отдельных генов, которые кодируют белки, и кажется, что это довольно много, пока мы не взглянем еще на одно микроскопическое сообщество – на буйные джунгли, процветающие у нас в пищеварительном тракте.
В 2010 году группа европейских ученых объявила, что произвела генетическую перепись микрофауны человеческого желудка и кишечника[154]. Ученые обнаружили более 1000 отдельных видов организмов, а у них – примерно 3,3 миллиона генов, поразительное количество, примерно в 150 раз превышающее наш человеческий набор. Более того, сосредоточившись менее чем на 10 % всех видов бактерий в микрофлоре кишечника, биологи обнаружили в их генах около 30 000 кодов неизвестных ранее белков. Похоже, эти живые существа, расположившиеся в человеческом организме, располагают удивительно богатым и разнообразным арсеналом биологических механизмов.
И это прекрасно, поскольку чем лучше мы изучим свою микрофлору, тем лучше поймем, в чем можно на нее рассчитывать. Иногда выгода самая прямая. Например, Bacteroides thetaiotaomicron, бактерия, обнаруженная в пищеварительных системах многих животных, способна расщеплять сложные углеводы на гораздо более простые сахара и другие молекулы, которые организм-хозяин может потребить. Наш генетический склад не позволяет вырабатывать ферменты, способные справиться с этими углеводами. Напротив, эта бактерия способна производить просто ошеломляющее количество ферментов – целых 260! Именно она превращает нас в самых настоящих травоядных, которые могут переварить и усвоить все, что нам нужно, из всевозможных фруктов и овощей. А иногда зависимость от микробов не очень заметна, но все равно сильна – они влияют, например, и на то, как у нас включается чувство голода и сытости, и на сложнейшие химические взаимодействия, которые помогают стабилизировать и контролировать фундаментальные реакции нашей иммунной системы. Многие биологи даже предложили считать микрофлору еще одним важным органом человека. А некоторые считают, что отделять наши гены от генов микробов бессмысленно, их следует рассматривать как единое целое. И вполне может оказаться, что в этом есть здравое зерно. Кроме того, у микрофлоры есть еще одно свойство, которое выводит наш разговор на новый уровень: наши одноклеточные спутники обладают ярчайшей индивидуальностью.
