Юрий Чирков
Его величество микроб. Как мельчайший живой организм способен вызывать эпидемии, контролировать наше здоровье и влиять на гены
Фракасторо думал не только о базовых постулатах медицины, но и о практике в борьбе с эпидемиями.
Читаем «Занимательную микробиологию» дальше:
«Фракасторо не только дал общую теорию живого “контагия”. Он разработал систему предохранительных мероприятий. Чтобы не допустить распространения контагия, больных рекомендовалось изолировать; ухаживали за ними люди в специальной одежде – длинных балахонах и масках с прорезями для глаз. На улицах и дворах жгли костры, часто из пород дерева, дающего едкий дым, например можжевельника. С пораженным эпидемией городом прерывалось свободное сообщение. Торговля производилась на специальных заставах; деньги опускали в уксус, товары окуривали дымом. Письма из конвертов вынимали щипчиками.
Все это, особенно карантины, препятствовало распространению заразных болезней. В какой-то степени эти меры применяются и по сей день. Все знают о дезинфекции, которую производят в доме заболевшего дифтерией, о строгом режиме инфекционных больниц».
Глава 2
По лестнице времени, Ведущей глубоко вниз
«Совершенно ясно, что бактерии были задолго до нас и что по отношению к ним мы, возможно, составляем лишь временное явление в истории».
Стюарт Ливи, доктор медицины
«Более четырех миллиардов лет назад на третьей планете Солнечной системы Земле в процессе развития материи, как пишет академик А. И. Опарин, возникла жизнь – качественно новая форма материи. Потребовались еще многие миллионы лет, прежде чем первая живая система превратилась в клетку с ее сложной структурой и функциями.
Одними из первых таких организмов были, по современным воззрениям, бактерии-анаэробы и фототрофы – мельчайшие живые одноклеточные существа. Они заняли место на самой низшей ступени эволюционной лестницы и образовали фундамент всей пирамиды жизни, вершину которой увенчало мыслящее существо – человек».
А. С. Самсонова. «Микробы против микробов»
«Подобно шестидесятилетнему человеку, наша Земля преодолела три четверти своего жизненного пути. Земле примерно 4,57 миллиарда лет, и законы физики небесных тел говорят о том, что еще через миллиард лет Солнце расширится до такой степени, что жить на нашей планете станет невозможно. Если оглянуться назад, можно сказать, что после возникновения планеты на ней достаточно быстро зародилась жизнь – всего через несколько сотен миллионов лет. Примерно через два с половиной миллиарда лет появились многоклеточные существа. Затем последовательно возникали головы, руки, сознание – все быстрее и быстрее. В соответствии с законом Мура об удвоении мощности процессоров каждые два года биологический мир также развивается с ускорением: большая часть жизни планеты истекла, когда появилось существо с крупным мозгом и начало изготавливать каменные орудия… и всего за какие-то тысячи лет возникли интернет, методы клонирования генов и схемы геоинженерного переустройства атмосферы планеты. Планетарные и биологические изменения привели к революционному моменту, когда идеи и изобретения начали изменять наши тела, саму планету и наши с ней взаимоотношения. До того, как появился наш вид, триллионам клеток водорослей понадобились миллиарды лет, чтобы переделать планету, а теперь изменения направляются идеями, передающимися со скоростью света.
Благодаря генетическому наследию наш вид способен к освоению широких просторов Вселенной, изучению истории длиной 13,7 миллиарда лет и осознанию наших глубоких связей с планетами, галактиками, живыми существами. Есть что-то почти волшебное в мысли о том, что наши тела, мозг и идеи уходят корнями в земную кору, воды океанов и атомы в составе небесных тел. Звезды в небе и окаменелости в земле – это маяки, посылающие нам сигналы о том, что, несмотря на все ускоряющийся темп развития человечества, мы представляем собой всего лишь ниточку в старых связях, древних как сами небеса».
Нил Шубин. «Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей»
«От логики никуда не деться. Наши древние бактерии существуют не просто так: мы эволюционировали вместе с ними. Все, что изменяет их, может ударить и по нам. Мы значительно их изменили. Мы уже расплачиваемся, но лишь сейчас начинаем это понимать. Дальше будет хуже.
Назрел момент для значительных изменений. Но для них нужно время. Как и с глобальным потеплением, существует риск, что нынешнее положение дел уже не «отыграть» обратно. Но я оптимист. Изменения в человеческой микроэкологии происходят всего около века, особенно в последние 60–70 лет. Для человеческой истории это мгновение. Изменения, которые происходят быстро, так же могут и закончиться.
Мы стоим на распутье. У нас есть лекарства и вообще медицина, которая хорошо нам послужила, но привела к непредвиденным последствиям. Так бывает всегда, не стоит удивляться. Но тревожный сигнал в том, что мы говорим вовсе не о редких событиях. Практики, которые подвергают опасности наших детей, составляют саму основу современного здравоохранения.
Мы добились реального прогресса в борьбе и искоренении ужасных болезней. Но сейчас, похоже, наши усилия достигли пика, и плоды познания оставили семена, неудобоваримые и ядовитые. Пора действовать, потому что последствия начинают захлестывать, а впереди ждут новые грозы.
Впрочем, в доступе множество решений. Некоторые подходы, возможно, удастся объединить в синергию: например, сократить количество кесаревых сечений и прописываемых антибиотиков, а затем постепенно восстановить исчезающие организмы. Ради наших будущих поколений уже сейчас нужно принимать меры».
Мартин Блейзер. «Плохие бактерии, хорошие бактерии: как повысить иммунитет и победить хронические болезни, восстановив микрофлору»
Существование на нашей планете микробов, этих крошек-невидимок, ставит массу вопросов. Зачем они, как возникли, каковы наши людские взаимоотношения с ними, способствовали ли они появлению на Земле человека? Наша книга – попытка хотя бы как-то что-то объяснить. Без ненужных фантазий. Оставим это писателям-фантастам. К ним неожиданно можно отнести и большого американского писателя-классика – Марка Твена (1835–1910).
Наши древние бактерии существуют не просто так: мы эволюционировали вместе с ними. Все, что изменяет их, может ударить и по нам.
Тема микробов очень интересовала его, и в 1905 году он написал книгу «Три тысячи лет среди микробов». Повторяем: фантастам все дозволено. Герой книги – холерный микроб, бывший человек, якобы заколдованный фокусником. Он знаком и с миром людей, и с повадками микробной жизни.
В 2012 году в серии «Жизнь замечательных людей» вышла книга Максима Чертанова «Марк Твен». Из нее мы узнаем, что мир, в котором живет герой книги Твена, – тело старого бродяги Блитцовского. Вот как он обрисован Твеном (рукопись книги – перевод с микробского языка):
«Невероятный оборванец и грязнуля, он злобен и жесток, мстителен и вероломен, он родился вором и умрет вором, он – богохульник, каких свет не видывал; его тело – сточная труба, помойка, свалка гниющих костей; в нем кишмя кишат паразиты-микробы, созданные на радость человеку. Блитцовский – их мир, их земной шар, владыка их вселенной, ее сокровище, ее диво, ее шедевр. Они гордятся своей планетой, как земляне – своей. Когда во мне говорит дух холерного микроба, я тоже горжусь им, восторженно славлю его, готов отдать за него жизнь, но стоит человеческой природе взять верх, как я зажимаю нос».
В книге Твена микробская жизнь мало отличается от человеческой, микробы любят, женятся, пьют, проводят научные конференции, болеют, страдают. Они жалуются на то, что ученые люди в Америке пытают их, кладут на предметные стекла микроскопов, изыскивают всяческие способы уничтожения микробов…
Однако довольно. Отложим книгу Твена в сторону. Перейдем от все дозволяющих фантазий к строгим фактам наук. В частности, науки микробиологии, ее истории и того, как эта наука возникла.
2.1. После Большого Взрыва
«Читатель, конечно же, знает, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Установление этого удивительного факта явилось одним из достижений науки ХХ века. «Но неужели Вселенная взорвалась? – спросит читатель. – И если да, то как и почему это произошло?» К ответам на эти вопросы подошла современная космология – наука о Вселенной. Да, Вселенная взорвалась, хотя этот «Большой взрыв» и был совсем необычным.
…К нашему времени сомнения о расширении Вселенной давно отпали. Ученые старшего поколения привыкли к этому «несуразному» на первый взгляд факту. Новые поколения, живущие в бурное время самых удивительных открытий второй половины ХХ века, и вовсе не видят в нестационарности Вселенной чего-то неприемлемого для здравого смысла.
О расширяющейся Вселенной написано много популярных книг (в том числе и книг автора). Писать еще раз только об этом вряд ли стоило бы.
Однако в последние годы космология подошла к решению грандиозных вопросов, еще недавно бывших совершенно недоступными для серьезного исследования. Почему Вселенная начала расширяться? Каковы были тогда свойства пространства и времени? Какими процессами в момент начала расширения объясняются самые общие (и, как мы увидим, весьма удивительные) свойства Вселенной? Почему во Вселенной есть вещество? Существуют ли другие вселенные? И, наконец, почему Вселенная именно такая, какой мы ее наблюдаем, а не обладает другими свойствами? Чем закончится наблюдаемый нами Большой взрыв? Этот список можно продолжить».
Игорь Дмитриевич Новиков. «Как взорвалась Вселенная»
«Что было, когда еще не было ничего, совсем ничего? На этот вопрос греки отвечали легендами и мифами.
В начале была только Бездна, греки называли ее хаосом. Что такое бездна? Это только пустота и мрак. Это пучина, головокружительная, завораживающая пучина, бездонная, бесконечная. Она все втягивает в себя, как огромная разверстая глотка, и все поглощает, как ночная тьма. Итак, в начале нет ничего, кроме Бездны – слепой, мрачной, безграничной.
Потом появилась Земля. Греки назвали ее Гея. Она возникла из самой Бездны. Рожденная после Хаоса, она представляет собой его противоположность. Земля – это уже не темный, безмерный, бездонный провал. У Земли есть четкая и определенная форма. Хаосу с его сумрачной неуловимостью противостоят основательность, устойчивость, прочность Геи. На Земле все ясно, зримо, надежно. Гея – это то, что дает надежную опору богам, людям и зверям. Гея – это пол мироздания».
Жан-Пьер Вернан. «Вселенная, боги, люди»
«Размеры и возраст Космоса лежат за пределами нормального человеческого понимания. Наш крошечный планетарный дом затерян где-то между вечностью и безмерностью пространства. Перед лицом Космоса большинство людских дел выглядят незначительными, даже пустячными. И все же человеческий род молод, любопытен, храбр и подает большие надежды».
Американский астроном и популяризатор науки Карл Саган (1934–1996). «Космос»
Есть свидетельства, что Николай Васильевич Гоголь, наш великий писатель, очень интересовался естественными науками. Он заносил в свои записные книжки латинские названия растений, насекомых, данные о климате, почве и тому подобное. Говорят, однажды Гоголь твердо решил написать для юношества популярную книгу по географии. И вот что, судя по сохранившимся наброскам, получилось (их некогда разыскал и частично опубликовал в журнале «Природа» кандидат химических наук Феликс Казимирович Величко):
«Что это за зима! Как уже она нам надоела, эта зима! Все снег да снег; куда как весело, не выходи из дому, не закутавшись наперед в шубу. Скучно в окно взглянуть, все одно да одно, ни травки, ничего, только мужик с дровами проедет на рынок. Право, даже смотреть жалко, как он, бедняжка, дрожит на холоду и хлопает руками. То ли дело лето! Ах, Соничка, Соничка, помнишь, как нам весело было прошлого лета на даче, когда были маменькины именины, и мы все обедали в саду и катались по реке».
Восемнадцать миллиардов лет назад Вселенная представляла собой крохотный сгусток материи, некую «адскую смесь» элементарных частиц, обладающую бесконечно высокими плотностью и температурой. И вот эта-то материя и стала взрывообразно разлетаться.
И дальше, уже несколько ближе к географии:
«Как я люблю темно-зеленые деревья! Как они растут высоко-высоко, не правда ли, сестричка Соничка, ведь они достают до самого неба? Как все тепло тогда, как весело, как хорошо, зачем не приходит так долго это, ах, когда бы скорее уж лето». Но знаете ли вы, мои маленькие друзья, что есть такая земля, где круглый год почти лето, а осени и зимы, которой вы так не любите, и духу не слышно. И в той земле апельсинов, лимонов, ананасов, за которые мы платим так дорого, такое множество, что уже и не собирает никто. Там растут лавры, смоковницы, фиговое дерево, пальма. Как там должно быть весело! Как хорошо!..»
С большими опасениями автор этой книги приступает к описанию того, что в англоязычных странах зовется Вig Вang и что по-русски – «Большой Взрыв». За изложение созданной несколькими поколениями ученых модели тех процессов, которые и привели к образованию нашей Вселенной. Честно скажу: боюсь оказаться в положении Гоголя-географа. Как трудно обходиться без физических, химических, математических формул и уравнений: вот бы за них-то спрятаться! Как нелегко сделать понятными совершенно фантастические подробности сценария, согласно которому творилось МИРОЗДАНИЕ! Но будь что будет!
…Началось все примерно 18 миллиардов лет назад. От этого «Взрыва» и ведет отсчет космическая хронология. Тогда Вселенная представляла собой крохотный сгусток материи, некую «адскую смесь» элементарных частиц, обладающую бесконечно высокими плотностью и температурой. И вот эта-то материя и стала взрывообразно разлетаться. Последствия этого расширения и поныне проявляют себя в экспериментально установленном разбегании галактик. (Интересно, что разлетающиеся галактики мы наблюдаем такими, какими они были примерно 109 лет назад!)
Ко времени 10–43 секунды после Взрыва плотность и температура были еще чудовищны: 1090 кг/см3 и 1031 К (градусов Кельвина). Потом, через миллисекунды быстро промелькнули «адронная» (к классу сильно взаимодействующих элементарных частиц, «адронов», относятся протоны, нейтроны, мезоны, гипероны, а также все резонансные частицы). Затем «лептонная» (к «лептонам» физика причисляет электроны, мюоны, нейтрино) эра. После этого Вселенная превратилась в сгусток излучений: тогда на одно атомное ядро приходилось около 100 миллионов фотонов, квантов излучений.
Через минуту после «первотолчка» температура успела снизиться до 109 К. Вселенная теперь была похожа на… гигантскую водородную бомбу. Начался синтез ядер дейтерия, после трития, гелия. Видимо, первичное происхождение гелия (он по весу составляет около 30 % от всего вещества Вселенной, остальные примерно 70 % падают на водород) связано именно с этой эпохой. Еще через несколько минут (американский физик-теоретик Стивен Вайнберг свою книгу о рождении Вселенной так и озаглавил: «Первые три минуты») температура упала уже настолько, что термоядерный синтез прекратился и наступила «радиационная эра».
В продолжение последующих примерно миллиона лет Вселенная являла собой «огненное образование» из вещества и излучений. К концу этой «эпохи отделения вещества от излучения» началось объединение электронов и протонов в атомы водорода – основного материала нынешней Вселенной.
Мир все больше холодел, и из неоднородностей распределения вещества постепенно формировались галактики. Потом – звезды, планеты, отпочковалась Земля, возникла жизнь на ней и разум. А разуму, по словам советского ученого, математика и физика Александра Александровича Фридмана (1988–1925) (кстати, в 1923 году вышла написанная им научно-популярная книга «Мир как пространство и время»), от века свойственно стремление «счесть звезды или иначе… на основании постоянно ничтожных научных данных восстановить картину мира».
2.2. Земля становится живой
«Первоначально, 4,5 миллиарда лет назад, наша планета была безжизненной сферой из расплавленного металла. Но через миллиард лет океаны уже кишели свободно живущими клетками. Каким-то образом, еще не совсем ясным для науки, в этих первобытных морях зародилась жизнь. Одни говорят, что первые «кирпичики» жизни прилетели пылью из открытого космоса – это так называемая гипотеза панспермии. Другие считают, что самовоспроизводящиеся молекулы появились в залежах глины на дне океана, в горячих геотермальных источниках или в пенных пузырях, появлявшихся, когда волны разбиваются о скалы. У нас по-прежнему нет точного объяснения, как же все началось.
И все же мы более-менее понимаем, как благодаря простым правилам появилась богатая и разнообразная жизнь нашей планеты и продолжают появляться сложные организмы. Вся биология основывается на незыблемых принципах эволюции, конкуренции и сотрудничества, впервые появившихся в первобытных океанах.
Мы живем на микробной планете, где полностью доминируют формы жизни, не видимые невооруженному глазу. Около трех миллиардов лет бактерии были единственными живыми обитателями Земли. Они жили повсюду на земле, в воде и воздухе, запуская химические реакции, создавая биосферу и условия для эволюции многоклеточной жизни. Они же создали кислород, которым мы дышим, почвы, которые мы возделываем, пищевые сети для наших океанов. Медленно, неумолимо, с помощью проб и ошибок в бездне времени они построили сложные и прочные системы обратной связи, и по сей день поддерживающие всю жизнь на Земле.
Человеку очень трудно представить себе эту бездну времени, миллиарды лет деятельности микробов, которые превращали неорганическую материю в живую. Эта идея произошла из геологии – из нашего понимания, как континенты формировались, дрейфовали, расходились, врезались друг в друга, создавая горные цепи, которые затем подвергались миллионам лет эрозии ветром и дождем. Тем не менее бактерии жили на Земле задолго до появления гигантских суперконтинентов Лавразии и Гондваны, образовавшихся полмиллиарда лет назад; именно они – родоначальники нынешних континентов».
Мартин Блейзер. «Плохие бактерии, хорошие бактерии: как повысить иммунитет и победить хронические болезни, восстановив микрофлору»
«В решении основополагающих проблем биологической науки, как справедливо отмечает лауреат Нобелевской премии английский ученый Д. Кендрью, биологи прежних лет в целом продвигались сверху вниз. Они начинали с целого организма, потом разнимали его на части и рассматривали отдельные органы и ткани; далее они изучали отдельные клетки под микроскопом – так мало-помалу они продвигались вниз, от сложного к простому».
А. С. Самсонова. «Микробы против микробов»
Прозревать, ощущать Мирозданье, Космос, Вселенную не так-то просто. Более того, это подвластно – тут уж никаких сомнений нет – только ученым. Ведь это их профессия – в упор разглядывать Вселенную, изучать ее повадки. Приведем тут лишь один, но удивительный пример того, как Вселенная, ее долгая история оставляет повсюду – и на нас тоже – свои неизгладимые следы.
Нил Шубин[7] – профессор биологии Чикагского университета и член Национальной академии наук США, к тому же известный в мире палеонтолог. Он подарил нам две удивительные книги.
Название первой – «Внутренняя рыба. История человеческого тела с древнейших времен до наших дней». Шубин ставит важный вопрос: почему мы выглядим так, как выглядим? И наглядно демонстрирует, как в нашей Вселенной в ходе эволюции на протяжении последних трех с половиной миллиардов лет постепенно создавалось и формировалось наше тело.
Прославился в научном мире Шубин тем, что стал одним из первооткрывателей ископаемого животного тиктаалика – промежуточного звена между рыбами и наземными животными. О чем здесь речь? Три американских палеонтолога Эдвард Дешлер, Нил Шубин и Фариш Дженкинс, роясь в Канаде в древнейших земных слоях, обнаружили останки рыб, имевших много общих черт с четвероногими. Тиктаалик стал переходным звеном между рыбами и наземными позвоночными.
Скелет нам подарили рыбы, а головной мозг – приматы. И разные долгие периоды существования нашей Вселенной, от самого ее рождения, навечно запечатлены в нас.
Получается, рыбы научились ходить и вышли на сушу? Это долгий разговор. Ведь рыбам нужно было превратить плавники в ноги, научиться дышать воздухом, скинуть с себя чешую – нужно было преодолевать и силу земного притяжения!
Так на конкретных примерах Шубин показывает, что многое из того, что нам кажется новым или даже уникальным, на деле является старым, переработанным, перестроенным, переделанным для выполнения новых функций. Такова, оказывается, история каждой части человеческого тела – от органов чувств до всей головы и даже до общего плана строения человеческого организма.
Если кратко, то скелет нам подарили рыбы, а головной мозг – приматы. И разные долгие периоды существования нашей Вселенной, от самого ее рождения, навечно запечатлены в нас.
А теперь о второй книге Нила Шубина. Она более масштабна, охватывает все 13,7 миллиарда лет существования нашей Вселенной. И название книги очень красноречиво – «Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей».
Выясняется, что не только древнейшие останки живых существ в земных слоях, но также камни и тела – это как бы «отпечатки времени», несущие на себе следы всех грандиозных событий, которые происходили во Вселенной.
Молекулы, входящие в состав нашего тела, возникли как результат космических событий на заре формирования Солнечной системы. Изменения атмосферы Земли влияли на вид и функции наших клеток и весь метаболизм человеческого организма в целом. Изменение орбиты планеты, образование гор и многие другие революционные сдвиги на самой Земле – все это, доказывает Нил Шубин в своей второй книге, отразилось на наших телах, на мозге и даже на нашем восприятии окружающего мира.
В аннотации ко второй книге Нила Шубина сказано:
«…человек состоит в кровном родстве не только со всеми живыми организмами, но и с землей, с водой и воздухом, с нашей планетой, с Галактикой и всей Вселенной. Наши тела сотканы за миллиарды лет эволюции из “звездной пыли”. Автор пересказывает – буквально с космическим размахом – историю человечества, начавшуюся еще в момент Большого Взрыва».
И эту, вторую, книгу Нила Шубина стоит внимательно и неторопливо прочесть.
