Разрушители. Грибки и грядущая пандемия
Шрифт:
В 1973 году пара молодых ученых вместе с двумя дочерями и еще несколькими людьми отправилась на моторной лодке на крошечный остров Дафне-Майор, который является частью Галапагосских островов34. Это верхушка вулкана, выступающая из воды. Группа взяла снаряжение и намеревалась изучать жизнь в столь негостеприимном месте в течение нескольких лет. Парой ученых были Питер и Розмари Грант, и они возвращались сюда из года в год на протяжении 40 лет. Время, которое они провели на острове, изменит наше представление об эволюционных процессах.
Гранты по образованию были специалистами по эволюционной биологии35. Питер специализировался на экологии, а Розмари – на генетике. Когда они впервые высадились на скалу в южной части Тихого океана, их целью было изучение зябликов, благодаря чему они хотели понять, как развиваются новые виды птиц.
Гранты взялись за изучение среднего земляного вьюрка (Geospiza fortis), питающегося семенами. Они измеряли птиц от кончика клюва до хвоста, исследовали их клювы и пищу, а также отмечали количество осадков и солнечных дней. Когда светило солнце, на острове было жарко и сухо. Если шел дождь, все было мокрым днями напролет. Так два года превратились в несколько, а в 1977 году произошло нечто необычное – к тому времени дожди перестали идти и их не было больше года, что привело к засухе, изменившей рацион птиц. Основных источников пищи у среднего вьюрка было два – крупные и мелкие семена. Как и во всех популяциях животных, среди средних земляных вьюрков существовала естественная вариативность: у одних клюв был больше, у других – меньше. Первые, как правило, ели крупные семена, а вторые – соответственно мелкие. И именно мелких с появлением засухи стало не хватать. Студент Гранта, работавший в то время на острове, написал ученым, что птицы вымирают. Это был не самый удачный полевой сезон, потому что по прибытии на остров Гранты обнаружили, что птицы с маленькими клювами в основном вымерли. Как они вспоминали в одном из последующих интервью, это было первым проблеском36. Потомство выживших особей имело большие клювы, то есть популяция сместилась в сторону этой разновидности, и данный сдвиг стал передаваться по наследству, то есть генетически. Удивительно, но когда погодные условия изменились в пользу более мелких семян, поменялась и популяция. В те несколько лет, которые становились катастрофой то для одной разновидности вьюрков, то для другой, Гранты поняли, что стали свидетелями махинаций эволюции37.
Определение эволюции гласит: это изменение частоты генов внутри популяции, а естественный отбор – одна из сил, благодаря которой это происходит. Когда Гранты стали выявлять вьюрков то с более крупными клювами, то с более мелкими, они увидели, что эти изменения передаются по наследству, и предположили, что произошел сдвиг в определенных генах. Естественный отбор действует на генетическую изменчивость внутри популяции. Иногда эти изменения возникают в результате относительно новых мутаций, как это происходит с некоторыми бактериями и грибами, устойчивыми к антибиотикам, но отбор действует и по отношению к существующим вариациям – генам, или признакам, рассеянным по всей популяции.
В данном случае гены предков, присутствующие в популяции, спасли птиц от несколько случайного, но не катастрофического изменения климата. Подобные гены могут отбираться время от времени, раз за разом на протяжении многих лет, чтобы они в целом сохранялись в популяции. Это похоже на то, как мы прячем в дальний угол шкафа свитер, потому что наступило лето. Находка Грантов выглядит еще более необычной, потому что вьюрок откладывает всего три или четыре яйца за раз, что отличает его от быстро эволюционирующих насекомых и грызунов – видов животных, которые, как известно, воспроизводят огромное количество потомства и благодаря этому быстро развиваются в ответ на воздействие пестицидов или родентицидов. Хотя работа Грантов не была нацелена на борьбу с болезнями, их открытия обнадеживают Рейхарда и других ученых, наблюдающих за популяциями летучих мышей, лягушек, саламандр и других животных, столкнувшихся с пандемическими заболеваниями. Возможно, на дальних полках шкафов у этих удивительных существ тоже хранятся до лучшего часа полезные гены.
Вполне естественно, что популяции, живущие в постоянно меняющихся условиях, будь то засуха, неурожай необходимого вида пищи, вспышка местной болезни, сохраняют некоторую генетическую вариативность, позволяющую им справляться с изменениями. Эта так называемая постоянная
Для североамериканских летучих мышей синдром белого носа является новой угрозой, но вот другие проблемы, которые ставят их в условия выживания, – нет. И до появления грибка Pd популяции летучих мышей штормило из-за колебаний в численности насекомых, а также из-за неестественно холодных или теплых зим, которые заставляли их использовать больше или меньше энергии, а отсюда и подвергаться различным заболеваниям. Это серьезные экологические испытания, и то, что летучие мыши их уже переживали не раз, дает им преимущество в новом сражении за свою жизнь.
В то время, пока ученые думали над тем, как помочь летучим мышам набрать вес, аспирантка Джорджия Аутери и ее руководитель Лейси Ноулз задались вопросом, можно ли объяснить их выживание с помощью генетики. Что, если ранее неважные вариации некоторых характеристик вдруг стали важными после столкновения с грибком Pd? Например, летучие мыши способны сохранять энергию при недостатке пищи. Если бы вариации этой характеристики были основаны на генетике, они могли бы дать селективное преимущество летучим мышам39, чье выживание теперь находится под угрозой из-за синдрома белого носа. Возможными вариациями стали бы утолщение кожи, разная скорость метаболизма или изменение режима спячки. При наличии благоприятной генетической структуры некоторые популяции летучих мышей могли бы пережить смертельное заболевание в процессе эволюции. Аутери и Ноулз занялись изучением популяции летучих мышей в северном Мичигане, куда грибок добрался в 2014 году.
Аутери застала времена, когда синдром белого носа еще не появился, так что она могла наблюдать, как грибок прокладывает себе путь на запад через всю страну. Начало ее обучения пришлось на те годы, когда в Мичигане этого заболевания еще не было, но через два года ситуация изменилась. Также Аутери достаточно молода, чтобы быть частью общества, которое живет в мире, где летучие мыши стремительно вымирают, – так он устроен, и это воспринимается как факт.
Начав работать с летучими мышами еще в колледже, Аутери проводила исследования в Грейт-Смоки-Маунтинс. Далее она занялась мониторингом мертвых летучих мышей под ветряными турбинами, чтобы выявить те исчезающие виды, чья гибель связана именно с попаданием в ветряки. «Ветрогенераторы убивают больше летучих мышей, чем птиц. Первой моей мыслью было: “Как много разных классных летучих мышей!”, а второй – “Как грустно!”»40. Больше всего от турбин страдают мигрирующие летучие мыши, а те, что впадают в спячку, чаще гибнут от синдрома белого носа.
В то же время растущее число исследований показало, что быстрая эволюция, которую наблюдали Гранты, не так уж необычна. Другие животные, в том числе позвоночные – птицы, рыбы, амфибии и грызуны, – тоже эволюционировали и выживали в сложных условиях, так что вымирание не обязательно должно стать логическим концом в истории с летучими мышами. И Аутери это тоже было ясно, потому что некоторые популяции ночниц все-таки смогли пережить синдром белого носа.
Было ли это связано с эволюцией или они это сделали каким-то другим способом – на данный вопрос еще предстояло ответить, а чтобы приблизиться к разгадке, стоило сравнить генетический состав выживших и умерших летучих мышей. Цель – обнаружить генетический сдвиг. Поэтому, в отличие от Грантов, которые были сосредоточены на известных физических признаках, кодируемых генами, Аутери занялась самими генами. Поскольку она собирала образцы ДНК летучих мышей, которые были найдены мертвыми от болезни и уже начали разлагаться, Аутери не могла точно измерить такой показатель, как вес. Но по их ДНК можно было найти подсказки. Она использовала своего рода генетический дробовик, случайным образом разбивая ДНК на фрагменты и секвенируя их. Аутери надеялась обнаружить, что некоторые фрагменты чаще встречаются у выживших, а это значит, что летучие мыши приспосабливаются к болезни. Гены, в состав которых входили эти фрагменты, также могли дать свои подсказки и использоваться для поиска информации о роли данного гена в предыдущих исследованиях.