Введение

Там, где заканчивается телескоп, начинается микроскоп.

-Виктор Гюго

Сквозь зазеркалье

По мнению Зигмунда Фрейда, в западной науке произошло три великих революции, и каждая из них нанесла удар по вере людей в свой особый статус - по тому, что он называл "наивным самолюбованием". Первой, начавшейся с Коперника, было открытие, что Земля - не центр Вселенной, а лишь одна из нескольких планет, вращающихся вокруг Солнца. После этой неудачи мы все еще могли утешать себя утверждением Книги Бытия о том, что Бог создал людей по своему образу и подобию и дал нам власть над сушей, морем и животными - пусть и в астрономически периферийном месте. Затем появился Чарльз Дарвин и указал, что человек - это всего лишь еще один вид животных и что у нас относительно недавно был общий предок с обезьянами. Третьей великой научной революцией, по мнению Фрейда, стало его собственное открытие бессознательного. Осознание того, что мы даже не контролируем свои мыслительные процессы, стало, по его мнению, "самым раздражающим оскорблением" для "человеческой мании величия".

Предположение Фрейда о том, что психоанализ более значим, чем революции Коперника или Дарвина, кажется немного эгоистичным. Но его общая мысль - что чем больше люди узнают о мире, тем более незначительными мы себя осознаем - проницательна. Например, современные телескопы показали, что Земля - это бесконечно малая скала, вращающаяся вокруг ничем не примечательной звезды в галактике, состоящей как минимум из 100 миллиардов звезд, которая сама является лишь одной из многих миллиардов галактик во Вселенной. Помимо этого, были и другие научные революции, которые еще больше подорвали высокое мнение нашего вида о себе. На мой взгляд, самая важная из них - открытие мира, столь же огромного, как космос, и в то же время столь крошечного, что его невозможно увидеть невооруженным глазом: царства бактерий, вирусов и других микробов.

В начале XVII века Галилей понял, что если изменить порядок линз в его телескопе, то станут видны очень маленькие предметы. Впервые в истории у человека появилась техническая возможность увидеть микробов. Но Галилей предпочел сосредоточить свои усилия на наблюдении за звездами и планетами на небе, и только через пятьдесят лет галантерейщик из Делфта (Нидерланды) начал исследовать микроскопический мир. Изначально Антони ван Левенгук создал свои линзы для проверки качества текстиля, который он покупал и продавал. Но через некоторое время он обратил свой взор на мир природы. В своих письмах в Лондонское королевское общество он описывает, что все, от капли воды до налета на зубах, живет тем, что он называл "анималькулами". Он был очарован: "Ни одно более приятное зрелище не представало перед моими глазами". Во всей истории открытие Левенгуком микроскопического царства, возможно, ближе всего к тому, чтобы провалиться в кроличью нору, пролезть сквозь зазеркалье или шагнуть в шкаф и очутиться в мире фантастических существ.

Лишь во второй половине XIX века - целых 200 лет спустя - ученые наконец начали осознавать значение нового мира, на который наткнулся Левенгук. И только совсем недавно исследователи начали понимать, как бактерии и вирусы выполняют широкий спектр функций, жизненно важных для функционирования нашей планеты, тела и даже разума. Человеческая жизнь - да и вообще сложная жизнь в любой форме - немыслима без микробов.

Древо жизни

Летом 1837 года, только что закончив пятилетнее кругосветное путешествие на корабле "Бигль", Дарвин сделал набросок в своем блокноте под надписью "Я думаю". На непритязательном рисунке, похожем на ветку дерева, четко отражены основные черты того, что впоследствии станет его теорией эволюции путем естественного отбора: когда популяции одного вида оказываются в разных условиях, случайные изменения в сочетании с естественным отбором признаков, обеспечивающих преимущество в каждой конкретной среде, в конечном итоге приводят к их разделению на отдельные виды. Этот процесс, повторяющийся снова и снова на протяжении сотен миллионов лет, объясняет калейдоскопическое разнообразие форм жизни на нашей планете, которое на бумаге выглядит как огромное дерево.

Если мы проследим древо жизни до основания его ствола, то обнаружим последнего универсального общего предка (LUCA): одноклеточный организм, похожий на бактерию, который является далеким прародителем всех живых существ, включая человека. Именно благодаря этому общему предку все живое - от синих китов до гигантских красных деревьев и бактерий - унаследовало такие общие черты, как ДНК для хранения генетической информации и молекулу АТФ, которая является универсальным источником энергии. Поднимаясь вверх по дереву, ствол разделяется на три ветви, которые представляют собой великие области жизни. Две из них состоят из невидимых невооруженным глазом организмов: бактерий и архей - одноклеточных микробов, похожих на бактерии. На третьей ветви изображены эукариоты, которые отличаются тем, что хранят свою ДНК в ядре и используют специализированные структуры, называемые митохондриями, для производства энергии. К этой категории относятся все сложные живые организмы, включая животных, растения и грибы, но они составляют лишь несколько маленьких веточек на огромном Древе жизни. На Земле насчитывается около 8,7 миллиона видов животных, растений и грибов, по сравнению с примерно 1 триллионом-1 миллионом видов бактерий и архей. Менее 0,001 процента всех видов на планете являются эукариотами.

Американский палеонтолог Стивен Джей Гулд утверждает, что "по любым возможным, разумным или справедливым критериям бактерии являются - и всегда были - доминирующими формами жизни на Земле". Одна из причин этого - длительность их существования. Наша планета образовалась около 4,6 миллиарда лет назад. Примерно через миллиард лет в окаменелостях появились первые свидетельства бактериальной жизни. Одноклеточные эукариоты появились примерно 1,8 миллиарда лет назад, но для развития самых древних многоклеточных животных потребовалось более миллиарда лет, и даже тогда они были крошечными, похожими на червей существами. Люди - относительные новички: мы произошли от шимпанзе между 6 и 8 миллионами лет назад, а самые ранние свидетельства существования Homo sapiens датируются примерно 300 000 лет назад. Такие огромные периоды времени человеческому мозгу трудно осмыслить, но если сжать 4,6 миллиарда лет в один календарный год, то бактерии развились в начале весны. Люди появились только за полчаса до полуночи 31 декабря.

Бактерии встречаются повсюду. Они обнаружены в ледниках Антарктиды и на дне океана, где кипящая горячая вода вытекает из центра Земли. Они живут в километрах под землей и в километрах над ней, где влияют на формирование облаков и, возможно, даже молний. Они настолько многочисленны, что, несмотря на их крошечный размер, общая масса всех бактерий на планете в тридцать пять раз превышает массу всех животных и в тысячу раз - массу всех людей. Но бактерии не просто вездесущи: они также оказали глубокое влияние на нашу планету.

Около 2,5 миллиарда лет назад наш мир был почти полностью погружен в воду, за исключением странных вулканических пиков, пробивающихся сквозь море. Метан в атмосфере создавал парниковый эффект, благодаря которому на планете было гораздо жарче, чем сейчас. В воде и воздухе практически не было свободного кислорода, так как он был заперт в других молекулах. Жизнь на Земле состояла из анаэробных бактерий. Затем мир начал меняться с появлением цианобактерий - сине-зеленых водорослей, использующих солнечные лучи для фотосинтеза. Благодаря этому цианобактерии стали гораздо эффективнее вырабатывать энергию, что дало им огромное эволюционное преимущество. Их численность резко возросла. В течение нескольких сотен миллионов лет они накачивали океаны и атмосферу огромным количеством кислорода - побочного продукта фотосинтеза.

Это Великое событие, связанное с выделением кислорода, изменило планету. Часть кислорода соединилась с метаном в воздухе и образовала углекислый газ, гораздо менее эффективный парниковый газ. По мере охлаждения планеты ледяные покровы проникали вплоть до тропиков. Уровень моря понизился, и из-под воды появилась суша. Эукариотические организмы появляются в ископаемом состоянии вскоре после того, как в атмосфере стало много кислорода. Это не случайное совпадение. Все растения и животные производят энергию с помощью аэробного дыхания, которое в двадцать раз эффективнее анаэробного, и поэтому гораздо лучше подходит для поддержания крупных многоклеточных организмов.

Микробы продолжают играть важнейшую роль в поддержании атмосферы, способной поддерживать сложную жизнь. Цианобактерии в океанах по-прежнему способствуют образованию кислорода в атмосфере. В целом на долю фитопланктона - фотосинтезирующих микроорганизмов в море - приходится не менее половины кислорода, производимого живыми организмами. Бактерии выполняют множество других жизненно важных функций. Они преобразуют углерод, азот, серу и фосфор в питательные вещества, которые могут быть использованы животными, растениями и грибами. Когда эти организмы умирают, они возвращают соединения в экосистему путем разложения. Не будет преувеличением сказать, что бактерии сделали планету пригодной для существования сложной жизни, включая человека. Это мир бактерий, а мы здесь просто сидим на корточках.

Вирусное распространение

Вирусы не принято включать в Древо жизни, поскольку они занимают амбивалентное положение между миром живого и неживого. В отличие от бактерий, архей и эукариот, они не состоят из клеток - основных строительных блоков жизни, способных вырабатывать энергию и воспроизводиться. Вместо этого вирусы состоят из генетического материала - ДНК или родственной ей молекулы РНК, покрытой белком. Сами по себе они представляют собой инертную материю. Но когда им удается проникнуть в клетку живого существа - или заразить ее, - они берут на себя управление ее механизмами и воспроизводят свои копии, врываясь в жизнь. Этот процесс часто оказывается смертельно опасным для хозяина.