Глава 5. Громадный шаг к познанию

Глава 5. Громадный шаг к познанию

Откуда, по-твоему, берутся цари и паразиты?

Перси Биши Шелли. Королева Маб

Четыре миллиарда лет под властью паразитов

В Университете Пенсильвании хранятся тайны миллиарда лет, но они надежно укрыты от посторонних глаз в лаборатории биолога по имени Дэвид Роос. Сквозь высокие окна свет мягкого филадельфийского дня проникает в лабораторию, где студенты Рооса рассматривают под микроскопами вишневого цвета жидкость, вводят данные в компьютер, позвякивают пипетками в пробирках и обслуживают комнаты-инкубаторы, комнаты-холодильники, комнаты-джунгли. Над головой солнечные лучи освещают лианы и горшки с алоэ на полках. Растения впитывают летнее солнце, каждый фотон, попадающий на микроскопическую каплевидную структуру, известную как хлоропласт. По существу, хлоропласт — это фабрика с питанием от солнечной энергии. При помощи энергии света он производит новые молекулы из сырья, такого как углекислый газ и вода. Новые молекулы уходят из хлоропластов и используются растением для важных дел: можно выпустить новые корни или же пустить вдоль полки новые усики. А под ними без устали трудятся студенты Рооса — открывают скрытую биохимию паразита и публикуют научные статьи. Можно подумать, что внутри них солнце тоже «крутит шестеренки» какого-то интеллектуального фотосинтеза. У кого найдется время думать о древней истории в такое время и в таком месте?

Дэвид Роос управляет своей обширной лабораторией из кабинета, расположенного в самом ее центре. Это молодой человек с густыми курчавыми черными волосами и сколотым передним зубом. Говорит он спокойно и размеренно, его ответы выстраиваются в абзацы и страницы с готовыми ссылками, речь течет плавно, без пауз, чтобы собраться с мыслями. В тот солнечный день, когда я был у него в гостях, Роос рассказывал о том, как начал изучать паразитов, которых тысячами носит в собственном мозгу: Toxoplasma gondii. Над его головой висели рисунки человеческих фигур, сделанные углем: напоминание о тех временах, когда Роос изучал в колледже художественное искусство. Это было, когда он работал программистом сразу после школы: «Я думал, что не пойду в колледж, ведь я получал такое удовольствие от программирования и хорошо зарабатывал, но это мне быстро надоело». Это было до того, как Роос окончательно выбрал биологию. Принявшись за изучение биологии, он подумал о работе с паразитами.

— Биологически нет более интересного вопроса, чем вопрос о том, как один организм может существовать за счет другого, особенно внутри клетки. Закончив курс, я огляделся и поговорил с представителями пары лабораторий, но их системы показались мне такими архаичными!

Роос имеет в виду, что у паразитологов хуже обстоят дела с научным инструментарием, чем у других биологов. К примеру, многие ученые, исследующие развитие животных из оплодотворенных яиц, работают с плодовыми мушками. Обнаружив в очередном поколении интересную мутацию, они знают, каким образом можно развести мушек и получить чистую линию с этой мутацией. У них есть методы, при помощи которых можно изолировать мутировавший ген, заблокировать его или заменить нужной версией. Эти инструменты помогают ученым построить схему взаимодействий, превращающих одну-единственную клетку в прекрасное насекомое. Но паразитологам сложно даже просто сохранить паразитов живыми в лаборатории, а размножить интересные разновидности, как правило, просто невозможно. Биологи, использующие плодовую мушку, имеют в своем распоряжении громадный арсенал всевозможных инструментов. Паразитологи же застряли на допотопном уровне со сломанным молотком и беззубой пилой.

Роос не впал в уныние и после окончания курса начал работать с вирусами, а затем с клетками млекопитающих. Работа шла успешно, он получил должность в Пенсильванском университете, но к тому моменту опять заскучал и решил заняться чем-нибудь новеньким. Он узнал, что за те годы, которые он провел вдали от паразитов, другие исследователи успели получить первые результаты в работе с паразитами по тем же принципам, по которым обычно биологи работают с плодовыми мушками. Один паразит — Toxoplasma — представлялся особенно перспективным объектом исследований. Может быть, у него не такие впечатляющие показатели, как у его близкого родственника плазмодия — паразита-возбудителя малярии, способного за несколько часов превратить пустой эритроцит в удобный дом, зато он, судя по всему, лучше приспособлен к жизни в лаборатории. И возможно, он мог бы послужить моделью для возбудителя малярии, поскольку многие протеины этих двух паразитов работают примерно одинаково.

— Я подумал, что раньше никто не работал с токсоплазмой, в частности потому, что это очень скучно, — сказал Роос. — Биологи, как и все остальные, любят возбуждающие темы. Но если этот организм так не интересен — в том смысле, что похож на нечто нам уже известное, — мне не придется изобретать велосипед, чтобы разработать генетические инструменты.

Роос начал создавать инструменты, и успех пришел неожиданно легко.

— Кое-кто думает, что у нас здесь золотые руки, но на самом деле мы работаем с простым организмом, — говорит он.

В его лаборатории научились стимулировать мутации паразита, заменять один ген на другой, получать более четкое изображение, чем прежде. Уже через несколько лет с помощью новых инструментов ученые могли ставить вопросы и находить на них ответы. Как именно токсоплазма вторгается в клетку? Почему одни лекарства убивают токсоплазму и плазмодии, а другим паразиты успешно сопротивляются?

В 1993 г. Роос начал изучать препарат под названием клиндамицин, убивающий обоих паразитов. Его не используют для лечения малярии, потому что борьба с плазмодием занимает слишком много времени. В основном этот препарат применяется против токсоплазмы у больных СПИДом — ведь им нужно лекарство, которое можно применять годами без побочных эффектов.

— Самое забавное в клиндамицине, — говорит Роос, — это то, что, по идее, он не должен работать.

На самом деле клиндамицин используется по большей части как антибиотик для уничтожения бактерий. Он склеивает в бактериях рибосомы — структуры, в которых формируются протеины.

— В клетках-эукариотах совсем другие рибосомы, и клиндамицин на них не действует. Это хорошо, потому что иначе он убивал бы и человека. Именно это делает его хорошим лекарством. Но ведь Toxoplasma — это не бактерии. У этих ребят есть ядро и митохондрии. [Митохондрии — это клеточные структуры, в которых клетки-эукариоты вырабатывают энергию. — Авт.] Они откровенно ближе к нам, чем к бактериям.

Тем не менее клиндамицин убивает и токсоплазму, и плазмодии. Раньше никто не знал, как и почему он это делает. Ученые знали, что препарат не действует на настоящие рибосомы паразита. В митохондриях эукариот имеются также несколько дополнительных рибосом, которые отличаются от остальных. Вообще, митохондрии обладают собственной ДНК, которую, помимо прочего, используют для строительства собственных рибосом. Но ученые обнаружили, что клиндамицин не разрушает и митохондриальные рибосомы.

Роос вспомнил, что у токсоплазмы есть и третий набор ДНК. В 1970-х гг. ученые обнаружили кольцо генов, не принадлежащих ни ядру, ни митохондриям. В этой ДНК-сиротке содержалась инструкция для построения третьего типа рибосомы. Может быть, подумал Роос, клиндамицин убивает паразита благодаря воздействию на эту третью рибосому? Вместе со своими студентами он разрушил кольцо ДНК и обнаружил, что токсоплазма и, правда, не может без него жить.

Но что представляет собой это кольцо генов? Роос со своей командой выяснил, что располагается оно внутри особого образования, плавающего рядом с ядром паразита. В прошлом ученые придумали для этой структуры множество названий — сферическое тело, аппарат Гольджи, мультимембранное тело. Увидев любое из этих названий, можно подумать, что ученые знают, для чего эта структура предназначена. На самом деле никто этого не знал.

Роос же теперь выяснил, что в этой структуре размещаются гены, которые делают токсоплазму уязвимой перед клиндамицином. Но он по-прежнему не знал, для чего нужна рибосома, которая формируется по этим генам. Пытаясь разобраться в этом, он сравнил гены кольца с другими генами токсоплазмы и других микробов. Похожие отыскались не в ядре или митохондрии Toxoplasma, а в хлоропластах растений — солнечных заводиках, благодаря которым живут растения на полках лаборатории.

— При виде этой ДНК можно подумать, что перед тобой зеленое растение, — говорит Роос.

Вообще, он надеялся выяснить, почему Toxoplasma и Plasmodium умирают, как бактерии, хотя живут, скорее, как мы. Но получилось, что он просто сменил одну загадку на другую: разве может быть малярия близким родственником плюща?

• • •

Для биологов XIX в., таких как Ланкестер, паразиты были примером дегенерации. Их эволюция представляла собой историю потерь, историю отказа от всех адаптационных механизмов, которые делают возможной энергичную свободную жизнь, которую паразиты променяли на бесплатную кормежку. Эти представления оказались очень живучими. Много лет эволюционные биологи не обращали внимания на паразитов, считая, что история их эволюции не заслуживает внимания по сравнению с такими сагами, как истоки полета или формирование мозга. Но ведь Trichinella заставляет хозяина построить для нее в мышце комнату со всеми удобствами; Sacculina превращает краба-самца в заботливую няню для себя; кровяные сосальщики умеют становиться невидимыми. Все это адаптационные механизмы, возникшие в результате эволюции. Многие паразитологи тоже не задумываются об эволюции своих подопечных: они изучают паразитов такими, какие они сегодня. И все же эволюция то и дело напоминает о себе.

Именно так обстояло дело с Дэвидом Роосом: оказалось, что единственный способ понять, что такое токсоплазма сегодня и почему малярия — это зеленая болезнь, — погрузиться в прошлое на сотни миллионов лет. Истории развития подобных организмов не менее увлекательны, чем истории свободноживущих существ. Они неразрывно связаны с эволюцией остальной жизни, уходящей в прошлое на 4 миллиарда лет. Более того, история паразитов — это в значительной степени история самой жизни.

Реконструировать их историю нелегко. Как правило, паразиты бывают мягкими или, наоборот, хрупкими, а эти два состояния не слишком способствуют сохранению останков на века, а тем более на миллионы лет. Конечно, время от времени — раз в несколько миллионов лет — оса-паразит завязнет в капле смолы и замрет навсегда в куске янтаря или самец краба, феминизированный рачком-паразитом, оставит нам свои окаменелые останки, но по большей части паразиты бесследно исчезают вместе с плотью своих хозяев. Камни — не единственный источник сведений об истории жизни. Эволюция создала раскидистое древо, и биологи сегодня могут изучать его покрытые листьями верхушки. Сравнивая их биологические черты, ученые могут вернуться по веткам до самых корней.

Для начала биологи рисуют ветви этого древа, определяя, какие виды находятся в наиболее близком родстве друг с другом. Это означает, как правило, что они отошли генетически от общего предка позже, чем от других видов. Чтобы определить родство, биологи изучают сходства и различия между организмами и определяют, какие из них свидетельствуют об общем происхождении, а какие — всего лишь фантом эволюции. У утки, орла и летучей мыши есть крылья, но родство между орлом и уткой гораздо ближе. Наличие крыльев — это факт: у птиц крылья состоят из перьев на видоизмененной кисти; у летучей мыши это перепонка между растопыренными длинными пальцами. Другой факт — то, что летучие мыши покрыты мехом, рождают живых детенышей и выкармливают их молоком, — помогает понять, что, несмотря на крылья, они ближе к нам и другим млекопитающим, чем к птицам.

Но информация, которую могут дать плоть и кости, ограничена. Они не могут определенно сказать, с кем летучие мыши состоят в более близком родстве — с приматами или тупайей. И тем более они ничего не могут сказать об организмах, у которых нет ни костей, ни плоти как таковой. Именно поэтому биологи в последние 25 лет стараются сравнивать у организмов не крылья или рога, а ДНК и протеины. Они научились определять последовательность генов и сравнивать их с помощью компьютера. В таком подходе есть свои ловушки (гены могут вводить в заблуждение не хуже, чем плоть и кости), но он впервые позволил ученым бросить общий взгляд (хотя и очень приблизительный) на всю картину жизни на Земле.

Корни древа представляет исток жизни. Многие организмы, занимающие ближайшие к основанию ветви, сегодня живут в кипящей воде, часто вокруг горячих гидротермальных источников. Это позволяет предположить, что четыре миллиарда лет назад жизнь зародилась при схожих условиях. Молекулы, напоминающие по структуре гены, могли собраться внутри крохотных жировых капсул или, возможно, в жировой пленке на краях горячих источников. Прошли несчетные миллионы лет, и сформировались первые настоящие организмы — бактериеподобные существа, внутри которых свободно плавали гены. Из этого бактериального истока жизнь пошла разными путями. Археи продолжали вести преимущественно бактериальный образ жизни, тогда как третья ветвь — эукариоты с ДНК, сосредоточенной внутри ядра и энергией, исходящей из митохондрий, — приняли кардинально иную форму.

 ^{Древо жизни, на котором показана эволюционная позиция нескольких паразитов (приводится с разрешения Н. Пейса)}

Все паразиты, если говорить о традиционном определении этого понятия (существа, которые вызывают малярию и сонную болезнь, населяют кишечник и печень, вылезают из гусениц, как будто для них хозяин — всего лишь праздничный пирог ко дню рождения), располагаются на ветвях древа жизни, отведенных эукариотам. Они отказались от жизни в море или на суше в пользу жизни внутри других эукариот. Среди них организмы, отделенные от нас настоящей эволюционной пропастью, — трипаносомы и Giardia (лямблии) отделились от общей ветви и избрали собственную судьбу еще на заре эры эукариот более двух миллиардов лет назад. Среди паразитов есть и куда более близкие родственники, такие как грибы и растения. Животные-паразиты, те же трематоды и осы, приходятся нам довольно близкой родней. Во владениях эукариот паразитизм наблюдается всюду; к этому образу жизни независимо пришли самые разные существа, и за много сотен миллионов лет он доказал свою эффективность.

Но при взгляде на это древо мы понимаем также, насколько поверхностно традиционное определение паразита. Почему мы должны применять это наименование только к одной из трех великих ветвей древа жизни? Биологи XIX в. были правы, когда называли бактерии паразитами. Некоторые бактерии (к примеру, Salmonella и Escherichia coli), как и некоторые эукариоты, тоже отказались от свободной жизни, тогда как другие сохранили свою независимость в океанах, болотах и пустынях и даже под антарктическим льдом. Разница здесь только в происхождении, но не в образе жизни.

Но даже такое определение паразитов слишком узко и ограниченно. К примеру, ни на одной из ветвей этого древа вы не отыщете вирус гриппа. Причина в том, что вирусы, строго говоря, не являются живыми. У них нет внутреннего метаболизма, и они не могут размножаться самостоятельно. Это не более чем протеиновые оболочки, снабженные необходимыми инструментами для проникновения в клетку; оказавшись внутри, они заставляют захваченную клетку производить их копии.

Тем не менее вирусы тоже отмечены паразитическими чертами, которые можно обнаружить у таких существ, как трематоды: они процветают за счет хозяина, обманывают иммунную систему при помощи похожих уловок и иногда, заботясь о собственном распространении, могут даже изменить поведение хозяина.

В 1970-х гг. английский биолог Ричард Докинз немного приоткрыл завесу над тайной вирусов. Может быть, они и не являются живыми в традиционном смысле этого слова, но главную задачу жизни выполняют: воспроизводят собственные гены. Докинз доказывал, что и животные, и микробы существуют ради одной и той же цели. Нам следовало бы рассматривать свои тела, их метаболизм и поведение лишь как инструменты, созданные генами для самовоспроизведения. В этом смысле человеческий мозг ничем не отличается от протеиновой оболочки, позволяющей вирусу проскользнуть в клетку. Это противоречивая точка зрения, и многие биологи считают, что она недопустимо преуменьшает сложность жизни на планете. Однако в отношении паразитизма она прекрасно применима. Для Докинза паразитизм состоит не в том, что делают конкретная вошь или колючеголовый червь. Паразитизм — это любой порядок вещей, при котором один комплект ДНК воспроизводится при помощи и за счет другого комплекта.

Эта паразитическая ДНК может даже быть частью ваших собственных генов. Громадная доля генетического материала человека никак не задействована в работе организма и не делает ничего для блага тела, в котором находится. Эти гены не отвечают за рост волос или производство гемоглобина и не помогают другим генам делать свою работу. В них почти ничего нет, кроме инструкции о том, что они должны воспроизводиться быстрее, чем остальной геном. Некоторые из них производят энзимы, которые вырезают их из цепочки и вставляют в другое место вашей ДНК. Вскоре после их ухода к оставшемуся после них пространству приходят протеины, занятые поисками поврежденной ДНК. У человека парные гены, поэтому эти протеины могут воспользоваться неповрежденной копией и достроить недостающее по ее образцу. В результате появляется две копии ДНК.

Такие куски блуждающего генетического материала иногда называют эгоистичной ДНК, или генетическими паразитами. Они используют хозяина — другие гены — для самовоспроизводства. Как и более традиционные паразиты, генетические паразиты способны навредить хозяину. Вставая в геном на случайное место, они могут вызвать болезнь. А поскольку генетические паразиты воспроизводятся быстрее, чем обычные гены, они успели наводнить собой геномы многих хозяев, включая и геном человека.

Родители передают своих генетических паразитов детям, поэтому мы можем рассортировать эгоистичную ДНК на семьи, обнаружить среди этих генов потомков общего предка, жившего когда-то в общем предке их хозяев. Среди генетических паразитов существуют собственные династии, которые, как и человеческие династии, переживают взлеты и падения. Когда ген — основатель династии впервые появляется в ДНК нового хозяина, он начинает копироваться в бешеном темпе, набивая ген хозяина паразитами. (Я говорю здесь о бешеном темпе по эволюционным меркам — речь может идти о тысячах лет.) Однако генетические паразиты — небрежные копировщики, у них часто получаются дефектные копии, которые не могут воспроизводить себя и просто засоряют ДНК хозяина. Поэтому генетическим паразитам в любой момент грозит «вымирание» по собственной вине.

Избежать такого конца они могут посредством небольшой вспышки эволюционного обновления. Некоторые генетические паразиты крадут у хозяина гены, при помощи которых сооружают себе протеиновую оболочку. Они становятся вирусами, способными покинуть собственную клетку и инфицировать другие. Некоторые из этих отщепенцев ухитряются даже заражать другие виды. Вероятно, их уносят прочь и «дарят» новому хозяину паразиты (вроде клещей), хотя иногда их прыжки настолько длинны, что трудно представить, как это вообще могло произойти. Как могло получиться, к примеру, что пресноводный плоский червь, океанская гидра и сухопутный жук обзавелись одним и тем же генетическим паразитом?

Если сегодня вирусы и генетические паразиты — дело обычное, то четыре миллиарда лет назад паразитизм, вполне возможно, свирепствовал куда сильнее. В настоящее время любой организм — будь то бактерия или красное дерево — несет в себе гены, объединенные в мощные структуры. Они могут аккуратно копировать себя, передавая следующему поколению, и защититься от генов-обманщиков. Но, как считают некоторые биологи, в дни юности Земли гены были едва сформированы и практически не могли работать согласованно. Они свободно переходили от одного микроба к другому, включались в различные геномы и выходили из них посредством своего рода всемирной микробной сети. Гены, способные обманом заставить другие гены копировать их, получали большие шансы на выживание и распространение. Со временем из объединений генов сформировались отдельные организмы, но они по-прежнему обменивались ДНК так беспорядочно, что биологу было бы трудно классифицировать эти существа по видам.

Несмотря на трудности, подлинные организмы все же умудрялись развиваться. Вероятно, их гены научились работать согласованно и отсекать гены-обманщики, а значит, эти организмы смогли правильно воспроизводить себя. Вероятно, именно в это время жизнь разделилась на три большие ветви: бактерии, археи и эукариоты. Некоторые из первых микробов научились извлекать энергию из химических веществ, которые скапливаются на краях гидротермальных источников. Со временем — через сотню-другую миллионов лет — некоторые кланы бактерий освоили энергию света. Их отходами кормились другие бактерии. Третьи превратились в хищников и начали заглатывать отдельно живущие бактерии. Генетические паразиты продолжали существовать за счет всех этих разных микробов, хотя хозяева начали потихоньку брать над ними верх.

Но, по мере того как жизнь выходила на новые и новые уровни сложности, появлялись и новые типы паразитов. Некоторые истинные организмы, появившись, тоже выбрали паразитический образ жизни. Существует несколько правдоподобных гипотез их возникновения, и все они могут быть верны в том или ином случае. Одна такая история начинается с того, что некий хищный микроб проглотил то, что должно было стать его следующим обедом. Он открыл в своей мембране отверстие, поглотил жертву и собрался было разделать добычу, но дело почему-то застопорилось. Добыча сидела в «животе» микроба-хищника и не желала перевариваться.

Ситуация кардинально поменялась: жертва смогла урвать немного пищи из неудачливого хищника, прежде чем ее «выплюнули». Эта дополнительная пища — да и временное укрытие от более удачливых хищников — помогло жертве; она стала размножаться быстрее, чем при обычных обстоятельствах. В этом случае естественный отбор должен был сделать гены, которые помогли жертве уцелеть внутри хищника, более распространенными. Затем к ним присоединились другие гены, помогавшие «жертве» искать «хищника» и по собственному желанию открывать проходы в его мембране. «Жертва» стала проводить внутри «хищника» все больше и больше времени и в конце концов полностью отказалась от свободной жизни. Теперь уже «хищнику» пришлось отбиваться от бывшей жертвы, прикладывая для этого все больше и больше усилий. Если за то, чтобы отразить вторжение паразитов, нужно было платить слишком высокую цену, то некоторым хозяевам было выгоднее превратить паразита в постоянного жильца. При делении хозяина паразит тоже копировал свою ДНК и передавал ее следующим поколениям.

Паразит и хозяин, сведенные однажды судьбой, смогли в своих отношениях пойти одним из нескольких возможных путей. Паразит мог и дальше портить жизнь хозяину, а мог вместо этого стать полезным — скажем, взяться за выработку какого-нибудь протеина, который пригодился бы хозяину. Затем, через много поколений, граница между паразитом и хозяином могла начать размываться. Часть ДНК паразита могла случайно перекочевать в гены хозяина, а жизнедеятельность самого паразита могла ужаться до нескольких главных функций. При этом, по существу, два организма слились в один.

Дарвин даже вообразить не мог подобные процессы в реальной жизни. Он представлял жизнь как ветвистое древо, вроде того, которое изображено выше. Но сегодня биологи признают, что ветви этого древа иногда сплетаются воедино.

В настоящее время ученые расшифровали у многих микробов полный набор генов и видят в них признаки альтернатив, когда-то стоявших перед паразитами на эволюционном пути. Среди видов с полностью расшифрованным геномом — Rickettsia prowazekii, тифозная бактерия. Она проникает в клетку, всасывает ее питательные вещества и потребляет ее кислород, стремительно размножается, а затем просто разрывает хозяина. ДНК этого паразита очень похожа на ДНК в митохондриях — органеллах, обеспечивающих энергией каждую клетку нашего тела. Предками и Rickettsia, и митохондрий около трех миллиардов лет назад были, судя по всему, первобытные свободноживущие бактерии. Некоторые из их потомков оказались внутри ранних эукариот, причем ветвь, которая привела к Rickettsia, продолжила развитие по паразитическому пути, а предки митохондрии со временем мирно устроились внутри своих хозяев. Нашим предкам повезло заполучить такого паразита, как митохондрия. Бактерии, владеющие фотосинтезом, постепенно наполняли атмосферу кислородом, а митохондрии научили эукариот дышать им.

Сегодняшние эукариоты — продукт медленного процесса в духе пира во время чумы. После внедрения митохондрий несколько ветвей эукариот обзавелись собственными ручными бактериями. Эти бактерии владели искусством фотосинтеза, и новые хозяева обобрали их, оставив только способность обуздывать солнце хлоропласты. Эукариоты дали начало водорослям и сухопутным растениям, которые еще добавили кислорода в воздух. Мы дышим кислородом, а растения производят его в громадных количествах, и все благодаря паразитам в наших клетках.

Эта драма миллиардолетней давности объясняет, почему малярия — зеленая болезнь. Какой-то древний эукариот проглотил фотосинтезирующую бактерию и стал зеленой водорослью. Миллионы лет спустя одну из таких водорослей проглотил другой эукариот. Этот новый хозяин выпотрошил водоросль, отбросив ядро и митохондрию и сохранив только хлоропласт. Именно этот вор, укравший у вора, был предком Plasmodium и Toxoplasma. А вся эта последовательность событий, напоминающая матрешку, объясняет, почему малярию можно лечить антибиотиком, которые убивает бактерий: дело в том, что внутри плазмодия имеется бывшая бактерия, занятая каким-то жизненно важным делом.

Трудно сказать, что именно делал тот древний паразит с новообретенным хлоропластом. Может быть, использовал, чтобы жить фотосинтезом, как растение. Но это не единственная возможность, поскольку хлоропласты в растениях занимаются не только обузданием солнечного света. Они производят много разных соединений, включая жирные кислоты (молекулы того рода, из которого состоит, к примеру, оливковое масло). Дэвид Роос и его коллеги предполагают, что в Plasmodium и Toxoplasma остатки хлоропластов тоже производят какие-то жирные кислоты и что паразиты укрываются ими, как плащом, внутри клетки-хозяина. Может быть, клиндамицин фатален для паразита именно потому, что разрушает пузырь плазмодии.

Тем не менее ясно одно: общий предок плазмодия и токсоплазмы не жил внутри других животных. Миллиард лет назад животных, в которых можно было бы паразитировать, еще просто не было. В то время одноклеточные существа только начинали собираться в колонии и коллективы. Первые многоклеточные не были похожи ни на одно современное нам существо. Некоторые из них напоминали надувные матрацы или причудливые монеты какого-то древнего царства. Только 700 млн лет назад появились первые из тех, кого мы и сегодня видим вокруг себя: кораллы, медузы, членистоногие. Тем временем водоросли тоже начали организовываться в более сложные формы, положив начало растениям, которые примерно 500 млн лет назад двинулись на сушу: сначала они образовали моховой ковер, затем развились в низкоствольные растения и в конце концов породили деревья. Вскоре после этого на суше появились и животные: многоножки, насекомые и другие беспозвоночные — 450 млн лет назад, а первые неуклюжие позвоночные — около 360 млн лет назад.

Многоклеточные организмы образовали соблазнительный новый мир, который паразиты тут же кинулись исследовать. Многоклеточные собрали пищу в большие плотные тела, которые могли долго — недели и даже годы — служить надежным и стабильным домом. Животные кембрийского океана привлекали не только простейших, вроде плазмодия, но и бактерии, вирусы и грибы. И тут же появился новый тип паразита: сами животные приспособились к жизни внутри других животных. Плоские черви пробрались в ракообразных, где разделились на трематод, ленточных червей и других паразитов. Крабы, насекомые, паукообразные — эта история повторилась с разными типами животных по крайней мере раз пятьдесят.

Внутри хозяев паразиты быстро развились в формы, совершенно непохожие на их предков. Родственники медуз начали паразитировать на рыбах и, избавившись от всего лишнего, превратились в крохотные спороподобные существа, которые сегодня поражают форель американских рек болезнью, известной как вертёж лососевых. По мере того как хозяева распространялись по планете — появлялись громадные деревья, колонии муравьев численностью в миллионы особей, морские рептилии длиной восемьдесят футов — паразиты осваивали все новые территории. После первых успехов на заре жизни, после жестоких поражений от хозяев, которые стали лучше организованными, для паразитов наступил новый золотой век.

Наш собственный подтип — позвоночные — не добился особых успехов на ниве паразитизма. Среди тех немногих, кому это удалось, несколько видов сомиков в реках Латинской Америки. Самый известный из них — кандиру, рыба толщиной с карандаш. Она завоевала себе известность тем, что нападает на людей, которые мочатся в реку. Она идет на запах мочи и втискивается в уретру. Стоит этой рыбе запустить зубы в пенис или вагину, и извлечь ее оттуда практически невозможно.

 ^{Эволюционные отношения животных (приводится с разрешения Э. Нолла и С. Кэрролла, 1999)}

Вообще-то нападение на людей не является обычной практикой кандиру; как правило, она забирается под жабры других рыб и пьет кровь из нежных сосудов под ними. Через несколько минут она отцепляется от временного хозяина и пускается на поиски следующей рыбы. Другой вид ведет еще более паразитический образ жизни. Этих сомиков длиной около дюйма нередко обнаруживают в жабрах пойманных в Латинской Америке рыб. Эти крошки проводят там большую часть жизни, питаясь кровью или слизью своих хозяев.

Никто не знает, почему на свете так мало кандиру, но, судя по всему, позвоночные по каким-то причинам плохо приспособлены к паразитической жизни. У позвоночных более высокий уровень метаболизма по сравнению с беспозвоночными, поэтому им, возможно, просто не прокормиться внутри другого животного. Чтобы быть паразитом, животному нужно производить на свет множество детенышей, потому что попасть в следующего хозяина очень сложно, хотя и жизненно важно. Позвоночным же приходится тратить на каждого отпрыска большое количество энергии, и они, возможно, просто не справляются с задачей. Однако паразитизм, как указывает Ричард Докинз, вовсе не обязательно имеет классическую форму и не сводится к ленточным червям и глистам. Представьте себе животное, которое умеет каким-то образом обмануть другое животное так, чтобы то кормило и воспитывало его детенышей. Такой хитрец получил бы дополнительные шансы продлить свой род и передать гены, тогда как у обманутой стороны осталось бы меньше времени для ухода за собственными детенышами и передачи своего генетического материала. В природе существует множество видов (как беспозвоночных, так и позвоночных), практикующих именно такой социальный паразитизм.

Один из крайних случаев среди беспозвоночных можно найти в Швейцарских Альпах, где попадаются гнезда муравья Tetramorium. Если вы отыщете в таком гнезде царицу, или матку, то, скорее всего, увидите у нее на спине несколько бледных муравьев странной формы. Это не особая каста Tetramorium, а совершенно другой вид — Teleutomyrmex schneideri. Teleutomyrmex проводит большую часть жизни на спине царицы Tetramorium, обнимая ее специально приспособленными для захвата ногами. Вместо того чтобы атаковать этих чужаков, рабочие Tetramotium позволяют им съедать часть пищи, которую они срыгивают для своей царицы. Паразиты Teleutomyrmex спариваются в гнезде своих хозяев, и новым царицам приходится уходить, чтобы отыскать новую колонию и пристроиться к новым хозяевам.

Секрет муравьев, паразитирующих таким образом, заключается в иллюзии запаха. Вообще, муравьи познают окружающий мир по большей части при помощи обоняния, они даже создали сложный словарь запахов для общения между собой: при помощи летучих соединений они могут пометить путь к пище, объявить общую тревогу, опознать друг в друге членов одной семьи. Teleutomyrmex обманывают своих хозяев и вынуждают их заботиться о себе, вместо того чтобы съесть; дело в том, что они умеют испускать запахи, из-за которых хозяева воспринимают их как саму матку. Причина того, что Teleutomyrmex способны издавать такой запах, вероятно, в том, что этот вид муравьев развился из своих хозяев, а затем использовал общий язык против родичей.

Но многие животные, которые живут при муравьях как социальные паразиты, вовсе не являются муравьями. К примеру, некоторые бабочки умеют обманом заставить муравьев выкармливать своих гусениц. Эти бабочки откладывают яйца на цветах, и гусеницы, вылупляясь, падают на землю, где их находят муравьи. Обычно муравьи смотрят на гусеницу как на гигантский ползающий обед. Но если это гусеница социального паразита, то муравей воспринимает ее как потерявшуюся личинку из собственного гнезда. Обманутый запахом гусеницы, муравей тащит ее в гнездо, где ее кормят и ухаживают за ней точно так же, как за собственными личинками. Иногда муравьи даже отдают паразиту предпочтение перед своей молодью. Гусеница проводит зиму в холе и неге, растет, а затем формирует кокон. Пока внутри кокона происходит превращение, муравьи продолжают ухаживать за ним. Только когда гусеница выходит из кокона, муравьи наконец обнаруживают, что среди них — чужак, и они пытаются напасть. Но бабочка быстро выбирается из гнезда и улетает.

Вообще, социальные паразиты делают то же самое, что делает любой традиционный паразит: находят в защите хозяина слабое место и обращают его слабости в свою пользу. Этим занимаются и позвоночные. К примеру, кукушка откладывает яйца в гнезда других птиц, таких как тростниковая камышовка. Птенец кукушки, вылупившись, принимается выкидывать из гнезда хозяйские яйца и птенцов. Тростниковая камышовка выкармливает кукушонка, несмотря на то что он вырастает гораздо больше своих приемных родителей. Повзрослев, кукушонок бросает камышовку и улетает искать себе пару.

Муравьи воспринимают мир в основном посредством запахов, а птицы больше полагаются на глаза и уши. Поэтому кукушке для успешного подлога надо позаботиться не о запахах-обманках, а о зрительных и слуховых иллюзиях. По цвету яйцо кукушки напоминает яйца вида-хозяина, так что хозяева гнезда не испытывают желания выбросить чужое яйцо. После того как кукушонок вылупляется, он обманывает камышовку при помощи сигналов, которыми та пользуется при выкармливании птенцов. Определяя, сколько нужно пищи, камышовка смотрит в гнездо, где птенцы широко разевают клювики; если там видно много розового — внутренности открытых ртов, — камышовка, не раздумывая, отправляется на охоту. Вторым сигналом служит писк. Если птенцы по-прежнему голодны и продолжают пищать, камышовка снова отправится добывать еду.

Кукушонок появляется на свет гораздо более крупным, чем птенец камышовки, а со временем становится еще больше. Камышовка смотрит вниз, в гнездо, и видит там один большой распахнутый кукушиный клюв, но воспринимает она его как множество раскрытых клювиков маленьких камышовок. А звуками кукушонок изображает не писк одной камышовки, а шум целого гнезда голодных птенцов. Так что камышовка не просто кормит чужака — она приносит ему столько червей, что хватило бы на восемь ее собственных птенцов. Может, внутри животного действительно не хватает места на позвоночных паразитов, но гнездо животного — другое дело.

Так же и материнская утроба. Когда оплодотворенное яйцо опускается в матку и пытается там закрепиться, у входа его встречает целая армия макрофагов и других иммунных клеток. У нового эмбриона клетки покрыты другими протеинами, отличными от протеинов матери, и иммунная система должна была бы по идее ополчиться против него и уничтожить. Зародыш сталкивается с теми же проблемами, что и трематоды или ленточные черви, и справляется с ними примерно так же. Первые клетки, которые обособляются в человеческом зародыше, называются трофобластами; они образуют вокруг остального тела зародыша защитную оболочку, отбивают атаки иммунных клеток и молекул комплемента и могут посылать сигналы, снижающие активность окружающих компонентов иммунной системы. Как ни странно, по некоторым данным эти подавляющие сигналы в трофобластах вырабатывают вирусы, давно вошедшие в состав нашей ДНК; точно так же, как вирусы в генах осы-паразита позволяют ей контролировать иммунную систему хозяина.

Если рассуждать о паразитизме исходя из данного Докинзом определения генетических интересов, получится, что зародыш — своего рода полупаразит. Половину генов он взял от матери, остальные — от отца. И мать, и отец с точки зрения эволюции заинтересованы в том, чтобы зародыш родился и жил здоровой жизнью, и заботятся об этом. Но некоторые биологи утверждают, что у родителей в связи с ростом зародыша возникают и серьезные конфликты. Развиваясь, он создает плаценту и сеть сосудов, позволяющие ему вытягивать питательные вещества из матери. Он перехватывает у матери контроль над кровеносными сосудами вокруг матки, так что она не в состоянии ограничить идущий к зародышу ток крови. Он даже вырабатывает химические вещества, призванные увеличить концентрацию сахара в ее крови. Но, если мать позволит ребенку взять слишком много, ее здоровье может серьезно пострадать. Тогда она будет не в состоянии заботиться об остальных детях и, возможно, даже не сможет больше иметь детей.

Иными словами, зародыш угрожает генетическому наследию матери. Исследования показывают, что материнский организм тоже сражается со своим зародышем, вырабатывая собственные химические вещества.

Но если рост зародыша может серьезно сказаться на здоровье матери, то на отца его развитие никак не влияет. Сам зародыш генетически заинтересован в том, чтобы расти как можно быстрее, и этот конфликт разыгрывается непосредственно внутри него. Исследования на животных показали, что гены, которые зародыш наследует от матери и от отца, играют разные роли, особенно на стадии трофобластов. Материнские гены стараются замедлить рост зародыша — взять под контроль «внутреннего паразита». Тем временем отцовские гены прицепляются к материнским и подавляют их, позволяя зародышу расти быстрее и брать у хозяина больше энергии.

Везде, где две жизни вступают в тесный контакт и генетический конфликт — даже если это мать и ребенок, — расцветает паразитизм.

• • •

Ощущение, что тебя со всех сторон окружают миллионы паразитов, трудно выразить словами. Если приблизить лицо к стеклянной банке, наполненной изящной лентой — ленточным червем, вытянутым из дикобраза, невозможно не восхититься сотнями его сегментов, на каждом из которых имеются собственные мужские и женские половые органы; кажется, что спирт законсервировал в этой банке мгновение остановленной жизни. Но если вдруг на мгновение покажется, что существо в банке чуть шевельнулось, то возникнет тревожная мысль: что если он сейчас дернется и вырвется из своей прозрачной тюрьмы?

Национальная коллекция паразитов, собранная Сельскохозяйственной научно-исследовательской службой Министерства сельского хозяйства США, является одной из трех крупнейших коллекций паразитов в мире. (Никто не может точно сказать, больше американская коллекция, чем русская, или нет. Досчитав до нескольких миллионов экземпляров, как-то сбиваешься со счета.) Она располагается в бывшем помещении для морских свинок на ферме в Мэриленде, которой Министерство сельского хозяйства США управляет с 1936 г. В отдалении над кронами деревьев виднеются верхушки деловых зданий из голубого стекла. Моим гидом при осмотре коллекции был паразитолог Эрик Хоберг, похожий на громадного медведя. Он изучает паразитов Крайнего Севера — нематод, живущих в легких мускусного быка, а также моржовых трематод. Он провел меня вниз по серой лестнице, мимо пары небольших лабораторий, мимо высокой стойки с каталожными карточками, данные с которых какая-то женщина медленно вводила в компьютер. (На этих карточках, сказал он, результаты целого века изучения паразитов.) Затем мы миновали тяжелую дверь и оказались в помещении, где хранится коллекция.

В первый момент я был чуть-чуть разочарован. Мне приходилось писать о палеонтологических выставках и проникать сквозь потайные двери в хранилища соответствующих музейных коллекций. Я бродил по длинным коридорам среди высоких вместительных шкафов, заполненных черепами китов и позвонками динозавров, к которым никто не прикасался с тех самых пор, как их выкопали из земли. В помещении Национальной коллекции паразитов, может быть, удалось бы разместить небольшую столовую или, скажем, мастерскую по ремонту обуви. Хоберг представил меня бывшему учителю естествознания Дональду Полингу. Полинг сидел за столом в туристических ботинках и белом лабораторном халате и осторожно извлекал препараты с нематодами из консервирующей жидкости, которая за прошедшие сто лет успела кристаллизоваться и выглядела как коричневый сахар.

— Посмотришь на такое, в бары перестанешь ходить, — сказал он, снимая стеклянную крышку.

Остальная часть комнаты была занята в основном металлическими шкафами на колесиках, которые открывались подобно банковским сейфам. Мы с Хобергом начали бродить между стеллажами, рассматривая банки и флаконы, и мое разочарование прошло. Коллекция, окружавшая меня, стала моим миром. Мы поворачивали запечатанные банки, чтобы прочесть карандашные надписи на ярлыках. Хозяин: желтоголовый трупиал. Ленточные черви из северных оленей Аляски. Печеночные сосальщики из лосей. Моногенетические сосальщики из жабер рыбы, пойманной в Корее.

В какой-то момент — Хоберг показывал мне кроваво-красную нематоду толщиной с палец и длиной со школьную указку, свернувшуюся калачиком внутри лисьей почки, — я не сдержался. Я сказал:

— Кошмар!

На самом деле я приехал к Хобергу, чтобы кое-что узнать, а вовсе не затем, чтобы продолжить личный марафон ужасов, но такое впечатление возникает невольно. Теперь уже Хоберг был разочарован.

— Меня раздражает, когда люди начинают ужасаться, — сказал он. — Они забывают о том, как невероятно интересны эти создания. Это очень мешает паразитологии как науке. Отчасти дело в том, что людей отталкивают такие вот штучки, — кивнул он в сторону почки. — Паразитологи уходят на пенсию, а на смену им никто не приходит.

Мы продолжили осмотр. Осмотрели банку, полную Hymenolepis — ленточных червей, которые используют жуков, чтобы попасть в крыс, — большой ком белых макарон. Кусок свинины, пронизанный червями Trichinella, как небо падающими звездами. Прошли мимо закрытых подносов с вертикально стоящими препаратами — сотни слайдов, и на каждом десятки срезов паразитов на стекле. Миновали двенадцать тысяч слайдов с образцами, собранными Хобергом на Алеутских островах, где он готовил свою диссертацию: двенадцать тысяч микроскопических препаратов, описать которые у него наверняка не найдется времени до ухода на пенсию. Хоберг привез эти слайды с собой из Вашингтонского университета, когда в 1989 г. получил работу при коллекции. Десять лет спустя он по-прежнему то и дело наталкивался на сюрпризы.

— Тюлень-крабоед? — рявкнул он на банку с ленточными червями, подхватил ее на руки и повернул, пытаясь прочесть надпись на плавающей в жидкости этикетке. Он поднял очки на лоб и всмотрелся внимательнее. — Это, вероятно, из последней экспедиции Бёрда в Антарктику.

Наткнулись мы и на банку с личинками овода. Когда лошади ходят по полям, взрослые оводы откладывают яйца на их шкуру, и лошади, вылизывая шкуру, проглатывают их. В теплом рту лошади из яиц вылупляются личинки; они впиваются в язык лошади и прогрызают себе путь дальше, в желудок, где закрепляются и пьют кровь хозяина. Через некоторое время, повзрослев, они отцепляются и через пищеварительный тракт покидают тело хозяина. На земле личинки превращаются во взрослых мух. В банке перед нами лежал кусок конского желудка с личинками оводов — кластером маленьких «камешков». Я обомлел, а Хоберг поморщился:

— Вот без этого зрелища я легко мог бы обойтись.

Я был рад увидеть, что даже у паразитолога могут быть свои слабые места.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.