Человеческий суперорганизм. Как микробиом изменил наши представления о здоровом образе жизни
Шрифт:
Девственные дождевые леса поражают красотой и разнообразием. Но в наши дни они интенсивно уничтожаются. Вырубка деревьев на древесину, под строительство дорог и поселений приводит к дроблению лесных массивов на все более мелкие участки и превращение лесных угодий в сельскохозяйственные. Череду событий, сопровождающих утрату лесом биоразнообразия, и общие последствия вырубки лесов можно использовать в качестве удобных моделей для прогнозирования событий, которые могут произойти в результате сокращения биоразнообразия нашего собственного суперорганизма.
Слишком интенсивная вырубка деревьев-великанов, возвышающихся над пологом дождевого леса, оборачивается печальными последствиями не только для живущих на них существ, но и для животных
Если исчезнет защитный лесной полог, живущие под ним растения подлеска окажутся подверженными всем изменениям местного климата. При изменении окружающих условий и истончении лесного полога в подлесок устремятся потоки прямого солнечного света. В результате в этом ярусе леса усилится испарение воды и повысится температура воздуха. А это в свою очередь приведет к оскудению источников корма животных и уменьшению количества доступных для них укрытий. События будут следовать друг за другом по принципу домино.
Вырубка леса и изменение условий окружающей среды сильно влияют как на биоразнообразие экосистемы в целом, так и на численность каждого из населяющих ее видов живых существ. При изменении среды и видового разнообразия возникает «эффект домино»: изменения одной группы живых существ вызывают изменения других групп. Недавно такую зависимость обнаружила международная группа ученых, изучавшая видовой состав популяций растений и грибов на границах между дождевым лесом и сельскохозяйственными землями.
Коралловые рифы
Второй, не менее полезный пример экологических взаимодействий между многочисленными видами живых существ – жизнь кораллового рифа. Мало кто видел красоту коралловых рифов воочию, но почтовые открытки не врут. Они действительно представляют собой одно из величайших сокровищ природы. Коралловые рифы – не только богатые жизнью морские экосистемы с непропорционально высоким биоразнообразием на единицу площади, но и защитные барьеры для береговых линий и очищающих воду мангровых лесов. Три самых крупных коралловых рифа на Земле – это Большой Барьерный риф у побережья Австралии, барьерный риф, протянувшийся вдоль побережья Белиза (Центральная Америка), и Флоридский риф неподалеку от островов Флорида-Кис. Коралловые рифы образованы мириадами известковых скелетов коралловых полипов – крошечных морских животных, близких родственников актиний. Твердый наружный скелет защищает полипа и служит опорой его мягкому нежному тельцу.
Кораллы живут в симбиотических отношениях с водорослями зооксантеллами. Водоросли обеспечивают кораллы кислородом и энергией, вырабатываемыми в процессе фотосинтеза. Кроме того, водоросли образуют сахара, служащие кораллам дополнительным источником пищи в бедной питательными веществами среде. Кораллы дают водорослям неорганический углерод (в виде углекислого газа) и подкисляют микросреду, облегчая тем самым процесс фотосинтеза для водорослей. Различную окраску кораллам придают в большей степени водоросли, нежели полипы. На коралловом рифе или поблизости от него обитают тысячи видов живых существ, и их выживание напрямую связано с жизнеспособностью рифа. Среди наиболее распространенных его обитателей – морские коньки и другие рыбы, омары, губки, голожаберные моллюски, морские змеи, морские звезды, морские ежи,
Коралловые рифы, как и люди, имеют бактериальных и вирусных партнеров. Изучение сложных взаимодействий между различными обитателями коралловых рифов дает ученым ценные ориентиры для понимания сосуществования человека с его многочисленными партнерами-микробами, а также тех рисков, которыми чревато снижение его собственного внутреннего биоразнообразия. С коралловым рифом связано возникновение понятия «холобионт», введенного в науку в 1992 г. биологом-теоретиком Дэвидом Минделлом. Холобионт – это организм-хозяин вместе со своими симбионтами, то есть сосуществующими с ним живыми организмами других видов. Таким образом, холобионт – это группа организмов, симбиотический комплекс, который изменяется в процессе эволюции. В случае кораллового рифа холобионтом является вся совокупность составляющих его видов, каждый из которых зависит от жизни рифа в целом.
Недавно ученые использовали коралловый риф во всем его видовом многообразии в качестве аналога для описания жизни человека вместе с его микробными партнерами. Человек также является холобионтом. И если человеко-микробный холобионт «недоукомплектован», по сути дела он представляет собой дефектный организм – биологически неполноценное существо. Человеческий микробиом подвержен повреждениям и разрушению точно так же, как и коралловые рифы. Последствия этих процессов тоже схожи – они предсказуемы и потенциально катастрофичны.
Кораллы очень чувствительны к изменениям окружающих условий и порой повреждаются от одного лишь прикосновения ласта аквалангиста или лодочного якоря. Загрязнение воды, инфекционные болезни, чрезмерный вылов рыбы, использование рыболовных сетей, цунами, штормы и климатические изменения – все эти факторы могут сильно повредить здоровью рифа. Как и в случае тропического дождевого леса, многочисленные виды, жизнь которых неразрывно связана с жизнью рифа в целом, тесно взаимодействуют друг с другом, так что любое изменение в состоянии одного из видов неизбежно отразиться и на состоянии других. Коралловым рифам нужна чистая вода: для осуществления фотосинтеза партнерам кораллов, водорослям, требуется много солнечного света. Загрязнение воды и заиливание моря, связанные с жизнью крупных прибрежных городов и землечерпательными работами, могут лишить водоросли достаточного количества света. А это повышает риск заболевания и разрушения кораллового рифа в целом.
Поскольку своей красивой расцветкой кораллы обязаны полезным микроводорослям, существует простой способ оценки их состояния: ухудшение здоровья водорослей приводит к обесцвечиванию кораллов. Они утрачивают свои яркие цвета и предстают перед ныряльщиками в виде белеющих в воде невзрачных известковых конструкций. На протяжении последних десятилетий обесцвечивание кораллов во всех морях планеты постоянно усиливается.
Другой тип разрушения кораллов обнаруживает поразительное сходство с эпидемией ожирения среди людей. Он связан с интенсивным ростом крупных разновидностей водорослей, не обеспечивающих жизнедеятельность коралловых полипов. Эти макроводоросли способны погубить многих обитателей рифов. Чрезмерное содержание питательных веществ в морской воде вследствие ее загрязнения в сочетании с недостаточным поеданием крупных водорослей рыбами может привести к опасному разрастанию этих вредных «морских сорняков». Этот процесс во многих отношениях напоминает развитие воспаления, связанного с ожирением, у людей. Чрезмерное потребление питательных веществ вызывает такие изменения в нашей собственной экосистеме, которые привлекают микробных партнеров, нуждающихся в этих специфических «нутриентах ожирения» и в свою очередь еще сильнее изменяющих нашу внутреннюю среду. Когда морская вода становится чрезмерно питательной и начинают разрастаться крупные водоросли, жизнеспособность кораллового рифа снижается. Если населяющие риф рыбы не в состоянии достаточно быстро уничтожать эти водоросли, риф начинает погибать.