Текст книги "Я, паразит"

Мы, паразиты, – катализаторы эволюции

Если люди прибегают к генетическим манипуляциям всего несколько десятилетий, то природа, главная поклонница фэншуй, преобразует геномы живых организмов с момента их появления. И здесь вирусам выпала честь стать избранным инструментом генетических модификаций. Путешественники и сквоттеры, мы наделены противоположными характеристиками, но обе они приводят к геномным инновациям. Включая нашу ДНК в геном клетки-хозяина, мы создаем атмосферу хаоса, сопровождающуюся небольшими изменениями в геноме, последствия которых могут оказаться полезными для наших хозяев.

Бывает и так, что при выходе из генома хозяина вирус захватывает фрагменты его генетического материала. Тут он выступает в роли курьера, доставляя этот материал новому хозяину, который, заразившись вирусом, одновременно приобретет и новые генетические компоненты. Таким образом, вирусы служат гарантами переноса генетической информации от одних видов к другим. Иногда вирус утрачивает способность покидать клетку-хозяина, и его ДНК оказывается встроенной в хозяйский геном. Преимущества такого переноса генетического материала как для хозяина, так и для паразита на первый взгляд неочевидны. Тем не менее паразитической осе, рекламировавшей подобный феномен в главе II, он позволяет выделять во внешнюю среду вирусы, которыми она заражена и чей генетический материал содержит инструкции по образованию токсинов осы. Таким образом, вирус осы, наделенный способностью переносить гены, превращается в помощника хозяина, которому выгодно сохранение своей генетической информации.

Перемещение генетического материала вирусами иногда оставляет отпечатки и приводит к дополнениям и перестройкам в геноме хозяина. Вирусы могут непредсказуемо мутировать, деградировать и задерживаться в геноме хозяина, не способном избавиться от этого генетического мусора. Такие остатки вирусов, зачастую очень древние, передаваемые из поколения в поколение, продолжают накапливать новые модификации, то есть претерпевают генетическую эрозию своей вирусной сущности. Как бы дико это ни звучало, вы и сами своего рода вирусы: установлено, что 8 процентов человеческого генома имеет вирусное, или, точнее, ретровирусное происхождение. Ретровирусы отличаются тем, что их генетическим материалом служит РНК. У них также есть фермент, который после инфицирования клетки-хозяина превращает ее в ДНК генома вируса, встраивающуюся в геном хозяина во множестве копий. В общем, человеческий геном украшают почти 100 000 ретровирусных фрагментов, и совсем недавно появилась новая научная дисциплина, изучающая их историю, – палеовирология.

Этот избыток генетического материала – настоящее молекулярное бремя: ваши клетки, не в состоянии от него отделаться, вынуждены копировать его при делении. Но, подобно человеческим ученым, которые используют вирусные гены в генной инженерии, эволюция манипулирует остатками вирусного генома, что иногда приводит к появлению новых важных функций. Так вышло, что млекопитающие в какой-то степени обязаны остаткам вирусных геномов становлением программы своего эмбрионального развития и, как это ни парадоксально, способностью эмбриона защищаться от потенциальных вирусных инфекций. Большинство млекопитающих позаимствовали вирусные гены, влияющие на иммунитет, чтобы эмбрион не воспринимался иммунной системой как чужеродный трансплантат, подлежащий отторжению и уничтожению.

И наконец, мы особо гордимся нашим вкладом в тесную связь плода с матерью у живородящих видов, в том числе у млекопитающих. У этих животных эмбрион развивается в матке, к внутренней стенке которой плотно прилегает плацента, обеспечивающая обмен веществ между матерью и плодом. Чтобы облегчить получение питательных веществ, плод формирует вокруг себя особую зону – синцитиотрофобласт. Здесь клетки не просто соприкасаются друг с другом, а буквально сливаются, создавая вокруг эмбриона среду, где его собственные клетки встречаются с клетками матери. Для образования этого священного места используются специальные белки, синцитины, способные разжижать мембраны соседних клеток, создавая единое пространство, включающее их ядра. Вирусы обладали этим умением сотни миллионов лет назад, но у далеких предков млекопитающих такой способности не было. Именно древние вирусные инфекции позволили предкам нынешних живородящих воспользоваться свойствами синцитинов для образования синцитиотрофобласта.

Этот процесс проходил параллельно много раз у разных линий млекопитающих и даже у немлекопитающих, например у некоторых ящериц. Хотя большинство ящериц яйцекладущие, около 20 процентов, включая ящерицу мабую, – живородящие и имеют своего рода плаценту. Как и люди, они получили синцитины в подарок от вирусов. Здесь мы наблюдаем феномен эволюционной конвергенции, когда разные виды приобретают схожие черты в ходе независимой эволюции (что произошло, к примеру, с крыльями летучих мышей и птиц – инновационными органами, приобретенными независимым образом, но выполняющими одинаковую функцию). Синцитии вирусного происхождения могут использоваться и по-другому: так, самцы мышей применяют их для построения мышечных волокон, а не для создания плаценты!

Ваше сознание обеспечивается работой мозга и базируется на связях между нейронами, осуществляемых посредством нейромедиаторов. Эти небольшие молекулы секретируются в синапсах, в месте соприкосновения двух нейронов. Передача нейромедиаторов – основа ваших рефлексов, мыслей и восприятия. Но похоже, что долговременная память требует взаимодействия единственных в своем роде нейронов, использующих белок Arc, который, вероятно, имеет ретровирусное происхождение. В клетках нейронов белки Arc находятся в везикулах, внутри которых имеются структуры, очень похожие на маленькие вирусы. Пока непонятно, как это помогает сохранять воспоминания, но, судя по всему, ваши нейроны умеют говорить на языке вирусов, и именно это позволит вам надолго запомнить мои наставления.

Если вклад вирусов в вашу эволюцию вас уже впечатляет, вы, возможно, близки к просветлению, и, чтобы помочь вам достичь нирваны, я коснусь животрепещущей темы – происхождения сексуальности. В предыдущей главе спайник поведал вам, как разнообразны обычаи и предпочтения некоторых организмов, в том числе тех, которые предпочитают размножаться бесполым путем. Оставим в стороне плотский аспект, захвативший воображение спайника, и сосредоточимся на самих понятиях пола и асексуальности. Генетическая информация организма – единственное, что преодолевает пространство и время. Передача потомкам всего своего генетического материала – наиболее эффективный способ полностью использовать эволюционную трансцендентность. Такова логика бесполого размножения. Напротив, секс – это слияние двух неполных геномов для создания организма, который, по сути, не может быть идеальной копией ни одного из своих родителей. Метафизическая загадка, которая терзает умы многих биологов-эволюционистов, заключается в том, почему в ходе эволюции был сделан выбор в пользу секса, хотя он представляется наименее выгодным с точки зрения передачи своего генетического наследия.

Чтобы частично ответить на этот вопрос, мы должны приоткрыть завесу над тайной механизмов эволюции. Долгое время считалось, что давление естественного отбора, формировавшего морфологию и физиологию видов в процессе эволюции, зависит только от окружающей среды. Казалось логичным предположить, что виды все лучше адаптируются к условиям окружающей среды, из поколения в поколение сохраняя и накапливая инновации, благоприятствующие выживанию. Но при этом упускался из виду важнейший элемент: влияние, которое виды оказывают друг на друга в процессе взаимодействия! Мутуализм, эксплуатация, конкуренция – все эти отношения также создают давление эволюционного отбора и чаще всего порождают изменчивую среду, способствующую удивительному феномену – коэволюции. При взаимодействии паразитического вида и его хозяина коэволюция приводит к гонке оборонительного и наступательного вооружения. Каждый лагерь подвергается постоянному давлению эволюционного отбора, сравнимого с постоянно меняющейся средой и ведущего не к отдельным улучшениям, а к усилиям по выживанию и размножению.

В 1973 году эволюционист Ли Ван Вален утверждал, что на протяжении геологических периодов виды регулярно сталкивались с риском вымирания. Он пришел к выводу, что сохранение вида в изменчивой среде возможно только благодаря постоянным адаптивным усилиям. Лучше всех эту эволюционную философию в забавной форме сформулировал британский писатель-абсурдист. В «Алисе в Зазеркалье» (1871) Льюис Кэрролл рассказывает об удивительных приключениях своей любимой героини Алисы. В какой-то момент она во весь дух мчится по дороге, взявшись за руки с Черной Королевой, одним из самых колоритных персонажей в образе шахматной фигуры. Во время этой безумной гонки Алиса с изумлением замечает, что окружающий ландшафт совсем не изменился, и Черная Королева объясняет ей: «Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте!»[5]5
  Кэрролл Л. Алиса в Зазеркалье. – Перевод Н. Демуровой.


[Закрыть] В процессе противостояния хозяина и паразита глобальный адаптивный ландшафт остается неизменным: каждая выгодная адаптация компенсируется адаптивным ответом противника, а если мы перестаем бежать, то обречены на вымирание. Эта философия известна как эффект Черной Королевы и стала мантрой современных эволюционистов. Они считают, что Черная Королева – эволюционный отвлекающий фактор, мешающий видам достичь совершенства. Но эффект Черной Королевы может привести к неожиданным последствиям, в частности в том, что касается сексуальности.

У вида с двумя типами размножения (сексуальным и бесполым) коэволюция хозяина и паразита может обеспечить давление отбора, способствующее сохранению полового размножения. Секс обеспечивает большее генетическое разнообразие по сравнению с бесполым размножением. А перемешивание геномов увеличивает вероятность появления конкурентоспособных версий. Было проведено множество экспериментов – естественных, путем наблюдения за брюхоногими моллюсками, на которых паразитировали двуустки, и лабораторных, когда червячков-нематод подвергали губительному воздействию бактерий-паразитов. Эти исследования показали, что в контексте коэволюции вероятность выживания хозяев зависит от способа размножения, практикуемого на протяжении поколений: в долгосрочной перспективе бесполое размножение не обеспечивает эволюционного преимущества и популяции, размножающиеся половым путем, выживают лучше. Я считаю, что настало время поблагодарить паразитов, сыгравших важную роль в эволюции моделей размножения!

По-видимому, и сами паразиты не прочь поучаствовать в усовершенствовании не только секса, но и способов обольщения. Перед практическим применением Камасутры животное нередко завлекает партнера изысканной раскраской, красивым пением и даже причудливым проходом по подиуму. Но такие формы флирта создают угрозу собственному выживанию. Как увернуться от хищника, если носишь громоздкие украшения? Как избежать истощения пищевых запасов, исполняя бесконечные серенады? Для объяснения таких парадоксальных преимуществ выдвигалось несколько гипотез. И опять-таки важная роль, похоже, здесь отводится паразитам. Некоторые исследователи считают, что энергия, затрачиваемая на приобретение украшений и брачные игры, помогает выявить особей с большой паразитарной нагрузкой. Так же как вы, чтобы не наткнуться на червивый плод, выбираете красивое яблоко с гладкой, неповрежденной кожурой, животное может благоразумно уклониться от инфицированного партнера, чтобы не заразиться и повысить свои шансы на выживание и размножение.

Другая гипотеза, предложенная в конце XX века Уильямом Гамильтоном и Марлен Цук, предлагает видеть в этих чрезмерных атрибутах сексуальности признаки здорового генофонда, в частности устойчивого к паразитам. В самом деле, облачаться во впечатляющие сексуальные доспехи скорее энергозатратно, и особь, которая борется с паразитами, не станет растрачивать на эту мишуру свои ограниченные ресурсы. Выбирая наиболее экипированного партнера, особь, в сущности, желает передать своему потомству возможные противопаразитарные гены. Еще раз поблагодарим паразитов за участие в великой эволюционной игре, позволившей нам любоваться переливчатыми павлиньими перьями или наслаждаться мелодичным пением соловья. Но не обязаны ли мы паразитам и красотой экосистем?

Мы, паразиты, – центральный элемент экосистем

Один из духовных уроков экологии заключается в том, что все виды – лишь часть обширной сети взаимозависимостей, которая в планетарном масштабе образует то, что называется экосферой. Существа, материи, энергии составляют строительные блоки экосистем, где гармоничный взаимообмен позволяет создавать богатые, разнообразные и многочисленные сообщества. Регуляция очень важна для поддержания устойчивости экосистем, и мы, паразиты, зачастую берем на себя эту неблагодарную роль: стоим на страже!

Величественные леса нередко навевают мысли об идеальной экосистеме, общности интересов живых организмов. Но этот идеальный образ полностью игнорирует паразитизм! Безусловно, деревья и другие растения преобладают в этих сообществах: фотосинтез позволяет создавать органическую материю, пригодную для вторичного использования, и формируют среду, где могут размножаться травоядные, детритофаги и хищники. Но для роста деревьев требуется множество ингредиентов, некоторые из которых попадают к ним извилистым путем, на котором паразиты – неожиданные действующие лица. Чтобы лучше в этом разобраться, обратимся к источнику.

Одних солнечных лучей для деревьев недостаточно: их длинные корни нуждаются в воде и минеральных солях, насыщающих почву. Часто прогрессирующая эрозия почв вдоль рек лишает леса минеральных солей, которые растворяются в воде и уносятся в море. Откуда деревьям взять эти важные вещества, если они уплывают в океан? Благодаря феномену заплыва против течения! Лосось и различные виды форели совершают этот заплыв, так называемый подъем на нерест, в каждый нерестовый сезон. Орды половозрелых лососей, накопившие энергетические запасы благодаря потреблению мелкой рыбы, криля и планктона, богатых азотом и другими минеральными солями, мигрируют вверх по течению рек. К несчастью для них, во время этих опасных путешествий кто только на них не охотится! На Аляске на каждые 100 000 лососей, мигрирующих вверх по реке, нацелены клювы и пасти в общей сложности 5000 чаек, 400 ворон, 50 воронов, 50 орлов и 30 медведей. Крупные хищники нападают в открытую, но за ними следуют бесчисленные насекомые и другие членистоногие, промышляющие рыбьими скелетами и медвежьим и птичьим пометом. Короче говоря, собирается весь бомонд, не слишком милостивый к бедному лососю, но очень нужный окружающей растительности: он насыщает почву азотом и минеральными солями, содержащимися в съеденной рыбе. Ученые обнаружили доказательства весомого вклада рыбы в ростовые кольца высоких хвойных деревьев, растущих по берегам рек. От 40 до 80 процентов азота, потребляемого местной растительностью, – лососевого происхождения!

Участвуют ли в этом празднике жизни паразиты? О них часто забывают, и все же в этом ловко состряпанном сценарии им отводится важная роль. Волосатики, манипулируя поведением своих хозяев, наземных насекомых, вынуждают их погружаться в воду и бесплатно угощать форелей и лососей, изнуренных путешествием против течения, деликатесами в виде собственных тушек. Зато лососи, привлеченные инфицированной приманкой, щадят бо́льшую часть местной водной фауны, поймать которую куда труднее. Свой вклад в обогащение окружающей среды питательными веществами и морскими минеральными солями вносят и другие паразиты. Так, на лососях паразитируют речные миноги, которые цепляются за них, чтобы те перенесли их в пресные воды, пригодные для размножения. Речные миноги – паразиты позвоночных, напоминающие угря, но с необычным ртом: лишенным челюсти, круглым, с зияющей глоткой и острыми зубами, которыми они впиваются в чешую хозяина и сосут его кровь. И хотя для лосося это тяжкая ноша (миноги достигают 50 сантиметров в длину), для леса по берегам реки она станет дополнительным источником азота и минеральных солей. После нереста и миноге, и взрослому лососю предстоит умереть на месте от изнеможения, а их останки оперативно переработают хищники, падальщики и детритофаги. Миноги играют и другую важную роль в поддержании экосистемы. Из камней, гравия и песка они строят хорошо защищенные сложные гнезда, которые позволяют многим водным обитателям противостоять речному течению. Наконец, личинки миноги, еще не готовые к паразитизму, чистят дно, всасывая покрывающие его водоросли и бактерии.

Приведенные примеры ясно показывают, какой сложный взаимообмен необходим для правильного развития экосистем и какую важную роль играют в них все, включая паразитов! Мы могли бы привести еще больше примеров. Даже лоббистка Parasito™ саккулина участвует в сохранении морской среды. Сдерживая рост своего хозяина-краба, чтобы помешать ему линять, она дает возможность целым сообществам разных видов устроиться на его панцире. Невеликое зло для краба и огромная польза для поддержания биологического разнообразия! Саккулины, миноги и волосатики, безусловно, паразиты, но, учитывая их регулирующую и созидательную функцию, их можно назвать настоящими инженерами экосистем.

К несчастью, некоторые из этих видов страдают от человеческой деятельности: охота, загрязнение окружающей среды и строительство плотин привели к сокращению популяции миног, которым сегодня угрожает исчезновение. Кроме миног, в список видов, которые, вероятно, исчезнут в нескольких регионах планеты, что, несомненно, приведет к серьезным нарушениям и повреждениям экосистем, входит множество других паразитов. Надеюсь, мне удалось направить вас на путь прозрения, а заодно и на путь сострадания и осознания, что уважения заслуживает каждая форма жизни: спасение клещей и миног не менее важно, чем спасение китов и панд. Помните, что мы едины, и не забывайте о множестве вредителей, чей жизненный цикл включает нескольких хозяев: малейшая угроза для любого из них может обернуться для паразитов катастрофой и даже смертью. Если ваш разум способен осознать размеры благотворного влияния нашего обширного сообщества на экосистемы, следуйте моему последнему наказу: берегите, спасайте и цените паразитов.

Намас…

…Господа, вы имеете дело с вмешательством сообщества вирофагов: я, Спутник, вирус вирусов, прерываю эту мистически слащавую главу, чтобы представить вам анархистские основы нашего движения. Весомые доводы предыдущего рассказчика позволили вам понять значимость паразитизма для сохранения экосистем, но не подумайте, что любая форма жизни по своей природе призвана способствовать общему благу. Вспомните, что человеческая деятельность угрожает почти всем экосистемам на этой планете за счет повышения в атмосфере уровня парниковых газов, особенно CO₂. Вот и вирусы туда же. Не все они – адепты благожелательной осознанности: некоторые из них, вовлеченные в анархистскую борьбу, выбрали путь чрезвычайной вирулентности и надеются уничтожить род человеческий при помощи великой пандемии. А другие хотят только одного – размножаться. Нет у них ни стыда, ни совести, и им наплевать на так называемую космическую экобиогармонию. Вот полюбуйтесь, морские вирусы-бактериофаги разрушают фотосинтетические цианобактерии и водоросли фитопланктона. Какая досада! Ведь эти одноклеточные организмы поглощают углекислый газ и благодаря высокому пролиферативному потенциалу могли бы существенно понизить концентрацию CO₂ в атмосфере. Конечно, трудно выразить в цифрах влияние этой вирусной угрозы на процесс поглощения атмосферного углекислого газа путем превращения его в органическое вещество. На деле законы коэволюции делают исход этой битвы непредсказуемым. Но в любом случае вам лучше помнить обо всех паразитах, ибо вместе мы численно превосходим все звезды Вселенной. Поймите, наконец, что мы и создатели, и разрушители этого мира. Неважно, кто мы – эгоцентристы, садисты, манипуляторы, мстительные, похотливые или абсолютно доброжелательные существа: мы здесь, чтобы остаться… и заворожить вас!

Приложения

Избранные источники и библиографические дополнения

Справочные издания

Клод Комб, французский паразитолог, чья работа по популяризации эволюционных взаимоотношений и взаимодействия паразитов и их хозяев оказала значительное влияние на методы изучения роли паразитов в экологии и эволюционной биологии.

Combes, C. (1995). Interactions durables: écologie et évolution du parasitisme. Masson.

Combes, C. (2001). Les associations du vivant: l’art d’être parasite. Flammarion.

Настольные книги каждого уважающего себя паразитолога

Goater, T. M., Goater, C. P., & Esch, G. W. (2013). Parasitism: The Diver-sity and Ecology of Animal Parasites. Cambridge University Press.

Mehlhorn, H. (2008). Encyclopedia of Parasitology. Springer.

Poulin, R. (2011). Evolutionary Ecology of Parasites, Second Edition. Princeton University Press.

Roberts, L. S., Janovy, J., & Nadler, S. (2013). Foundations of Parasitology, Ninth edition. McGraw-Hill Higher Education.

Научно-популярные книги о паразитах, микробах и вирусах

Selosse, M.-A., & Hallé, F. (2017). Jamais seul: Ces microbes qui construisent les plantes, les animaux et les civilisations. Éditions Actes Sud.

Yong, E. (2016). I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life. Harper Collins.

Zimmer, C. (2016). Planète de virus. Belin.

Zimmer, C. (2000). Parasite Rex: Inside the Bizarre World of Nature’s Most Dangerous Creatures. Free Press.

Блоги и сайты первой необходимости

Значительная часть этой книги обязана своим появлением статьям, ранее опубликованным в моем блоге Strange Stuff and Funky Things, в разделе «Freaky Friday Parasite»:

http://ssaft.com/Blog/dotclear/?category/Freaky-Friday-Parasite.

Блоги, которые положили начало моему увлечению паразитами

Why Evolution Is True – Jerry A. Coyne: https://whyevolutionistrue.wordpress.com/.

Science Sushi (anciennement Observations of a Nerd) – Christie Wilcox: http://blogs.discovermagazine.com/science-sushi/.

Not Exactly Rocket Science – Ed Yong: http://phenomena.nationalgeogra-phic.com/blog/not-exactly-rocket-science/.

The Loom – Carl Zimmer: http://phenomena.nationalgeographic.com/blog/the-loom/.

Блоги, к которым я постоянно обращаюсь, когда пишу статью о паразитах

Parasite of the Day – Tommy Leung: http://dailyparasite.blogspot.fr/.

Parasitophilia: http://parasitophilia.blogspot.fr/.

Les billets de Sophie Labaude sur Les Poissons n’Existent Pas: http://fish-dont-exist.blogspot.fr/search/label/Sophie.