Вирусы - крошечные, даже по меркам микробов. Они могут быть в сотни раз меньше, чем средняя бактерия. Вирусы настолько мизерны, что не оставили следов в летописи окаменелостей. Их происхождение остается неясным. Возможно, они возникли до, вскоре после или даже после появления ранних одноклеточных. Как бы то ни было, на протяжении почти всех 3,5 миллиардов лет существования жизни вирусы были способны заражать ее. Они встречаются везде, где есть жизнь, и значительно превосходят все формы жизни на Земле - даже бактерии. В литре морской воды содержится более 100 миллиардов вирусных частиц, а в одном килограмме высушенной почвы - около триллиона. Общее число вирусов на планете оценивается примерно в 1031 - то есть один, за которым следует тридцать один нуль. Но известно всего около 220 типов вирусов, способных заразить человека. Большинство из них - так называемые бактериофаги или фаги - от греческого "пожирать". Ежедневно фаги убивают от 20 до 40 процентов всех бактерий, что позволяет поддерживать баланс в различных экосистемах, от океанов до нашего собственного тела, благодаря тому, что ни один штамм бактерий не может стать слишком многочисленным.
Ретровирус - это особый тип вируса, который размножается путем вставки копии своей ДНК в геном клетки-хозяина. Но когда ретровирус заражает сперматозоид или яйцеклетку, происходит нечто удивительное: вирусная ДНК передается каждой клетке в каждом последующем поколении. Поразительные 8 процентов генома человека составляют такие гены. Многие из этих последовательностей ДНК, казалось бы, ничего не делают в человеческом организме, но ретровирусные инфекции позволили нашим далеким предкам приобрести способность выполнять функции, которые являются основополагающими для существования человека. Один из замечательных примеров - ген, унаследованный от ретровирусной инфекции около 400 миллионов лет назад, который играет важнейшую роль в формировании памяти. Этот ген кодирует крошечные белковые пузырьки, которые помогают перемещать информацию между нейронами, подобно тому, как вирусы передают свою генетическую информацию от одной клетки к другой. В лаборатории мыши, у которых этот ген был удален, не способны формировать воспоминания.
Еще один потрясающий пример функции, которую предки человека получили от ретровирусов, - способность к деторождению. Когда животные только появились на свет, они размножались, откладывая яйца, и большинство существ в животном царстве продолжают рожать таким образом. Затем, между 100 и 200 миллионами лет назад, у землеройки появилась способность вынашивать потомство в собственном теле - необычайное эволюционное достижение, поскольку зародышу гораздо безопаснее расти в теле матери. Это возможно только благодаря плаценте - временному органу, который прикрепляется к матке и позволяет питательным веществам и кислороду проходить от матери к ребенку, а углекислому газу и отходам - в обратном направлении, не вызывая разрушительной реакции со стороны иммунной системы матери. Такого интерфейса между плацентой и маткой нет больше нигде в нашем организме. Когда генетики изучили ген, отвечающий за его создание, они поняли, что он практически идентичен тому, который используется ретровирусами для производства белков, прикрепляющихся к заражаемым клеткам и не вызывающих иммунного ответа. Ученые пришли к выводу, что важнейшая функция плаценты не возникла постепенно в результате эволюции путем естественного отбора, а была приобретена внезапно, когда ретровирус вставил свою ДНК в геном нашего предка. Если бы один из наших далеких предков не был заражен вирусом сотни миллионов лет назад, люди размножались бы, откладывая яйца.
Перерисовывая древо жизни
Люди появились на планете, которую уже населяло огромное количество бактерий и вирусов. Они смогли выжить и процветать только благодаря развитию способности защищаться от потенциально опасных микробов. На самом деле инфекционные заболевания убили столько людей за всю историю человечества, что они являются одной из самых мощных сил, определяющих эволюцию человека. По оценкам специалистов, на долю вирусов, взаимодействующих с вирусами, приходится 30 процентов всех генетических мутаций, произошедших с момента расхождения нашего вида с шимпанзе. Черная смерть, вызванная Yersinia pestis, убила до 60 процентов населения, и многие из тех, кто выжил, сделали это благодаря наличию особых генов, повышающих иммунный ответ. С момента появления оседлого сельского хозяйства в Африке к югу от Сахары между 5 000 и 4 000 лет назад малярия убила столько людей, что стала "самой сильной известной силой эволюционного отбора в новейшей истории человеческого генома". Поэтому не самые сильные или самые умные представители нашего вида с наибольшей вероятностью выживали достаточно долго, чтобы передать свою ДНК следующему поколению; скорее это были люди с наиболее эффективной иммунной системой, чтобы справиться с натиском инфекционных заболеваний, или те, у кого были мутации, делавшие их клетки непригодными для микробов. Многие из этих мутаций не только обеспечивали устойчивость к патогенам, но и негативно влияли на функционирование клеток. Это позволяет предположить, что борьба людей за существование была борьбой с микробами, а не с альфа-самцами и хищниками.
Наше тело просто кишит микроскопической жизнью. В каждом из нас живет примерно 40 триллионов бактерий - то есть их количество немного превышает количество человеческих клеток. Вирусы? По крайней мере в десять раз больше. В целом человеческий микробиом - все микробы, живущие в нашем теле, - весит примерно столько же, сколько наш мозг, - от одного до двух килограммов. Подавляющее большинство этих бактерий и вирусов не вызывают у нас болезней. Более того, они эволюционировали вместе с нашими предками на протяжении миллионов лет, образуя тесные и взаимозависимые отношения друг с другом. Другими словами, люди передали некоторые важные задачи микробам. Это связано с тем, что бактерии могут быстрее адаптироваться к новым ситуациям, чем люди. В то время как наши клетки содержат от 20 000 до 25 000 генов, микробиом содержит примерно в 500 раз больше. Огромное количество генов, а также тот факт, что они размножаются гораздо быстрее, чем более сложные организмы, и способны передавать гены "по горизонтали" от одного вида к другому, позволяет бактериям эволюционировать гораздо быстрее, чем человек. Сотрудничество между микробами и людьми наиболее очевидно в кишечнике, где бактерии в изобилии питаются белками, жирами и углеводами, а взамен помогают в таких важных процессах, как переваривание пищи и выработка витаминов и минералов. Вирусы тоже поддерживают наше здоровье, особенно фаги, которые уничтожают вредные бактерии в нашем организме.
В настоящее время появляется все больше доказательств того, что микробиом кишечника оказывает важное влияние на человеческий мозг. Разумеется, мы уже давно ощущаем эту связь. Множество идиом в английском языке, кажется, связывают наш мозг и живот: вы можете испытывать интуицию или инстинкт в отношении чего-либо; бабочек, узлы или яму в животе; находить ситуацию изматывающей; или размышлять над проблемой. В недавней редакционной статье в журнале Nature отмечается: "Всего десять лет назад идея о том, что микроорганизмы в кишечнике человека могут влиять на мозг, часто отвергалась как дикая... Но это уже не так". В исследовании, которое вдохновило редакторов на написание этой статьи, анализировались бактерии в фекалиях более чем 2000 бельгийцев. Из более чем 500 штаммов бактерий, которые они тестировали, более 90 процентов были способны вырабатывать нейротрансмиттеры, такие как дофамин и серотонин, которые играют ключевую роль в регулировании настроения человека. Поскольку эта способность уникальна для бактерий, живущих в телах животных, похоже, что эти микробы за миллионы лет эволюционировали, чтобы создавать химические мессенджеры, позволяющие им общаться со своими хозяевами и влиять на них. Эволюционная причина, по которой бактерии производят химические вещества, улучшающие наше настроение, может заключаться в том, что это делает нас более склонными к стадному образу жизни и, следовательно, дает им возможность колонизировать других хозяев.
Затем исследователи сравнили микробиомы добровольцев, у которых была диагностирована депрессия, с теми, у кого ее не было, и обнаружили два типа бактерий - Coprococcus и Dialister, - которые были распространены в кишечнике здоровых участников, но отсутствовали у тех, кто страдал от депрессии. Обе эти бактерии вырабатывают вещества, известные своими антидепрессивными свойствами. Это не является убедительным доказательством связи между микробиомом кишечника и психикой, но это довольно хорошее начало - особенно если добавить к большому количеству исследований связи между мозгом и бактериями кишечника у "безмикробных" мышей и крыс. Это дало надежду на то, что пересадка кала от людей со здоровым микробиомом однажды станет более эффективным средством лечения депрессии, чем прозак или терапия.
Последствия всего этого просто ошеломляют. Мы не только произошли от бактерий и получили жизненно важные сегменты нашего генома от вирусов. Теперь ясно, что наши тела и даже мозг способны функционировать так, как они функционируют, только благодаря жизненно важному вкладу микробов, которые развивались вместе с нашими предками и внутри них. Открытие того, что микроскопические бактерии в наших кишках способны влиять на наши чувства и поведение неразличимыми, но важными способами, позволяет предположить, что люди не вполне контролируют свой разум. Но если бактерии и вирусы являются такой фундаментальной частью нашей сущности на индивидуальном уровне, то какую роль они играют на коллективном уровне? Или, говоря иначе, как микробы повлияли на эволюцию человеческих обществ и политику? Как они повлияли на историю?