Проще слетать на Луну, чем увидеть необычный микроб
У вас больше шансов совершить путешествие на Луну, чем увидеть микроб под названием Legendrea loyezae под микроскопом. В рамках программы НАСА «Аполлон» в период с 1968 по 1972 год на Луну было отправлено в общей сложности 24 человека. Только четыре человека (включая нас) когда-либо находили Legendrea loyezae с момента ее открытия в 1908 году до нашего недавно опубликованного исследования. Учитывая расходы, логично предположить, что количество людей, отправившихся на Луну, будет небольшим. Но для того, чтобы заглянуть в микроскопическое царство, не требуется бюджет в миллиард долларов, достаточно микроскопа и того, кто готов сесть перед ним.
Наше недавнее исследование выявило 20 новых видов микробов, а также 100 редких. Каждый образец ДНК, который мы находим, дает еще один кусочек головоломки эволюции. Ученые могут использовать эту головоломку для анализа того, как работает организм. Например, некоторые гены намекают на то, как существо дышит. Или может дать информацию о месте организма на древе жизни. Причина, по которой так мало ученых видели этих микробов, заключается в том, что недостаточная выборка является серьезной проблемой. Это означает, что большинство исследовательских групп берут образцы только из нескольких или даже из одного места.
Наше последнее расследование, которое заняло два года, включало сбор и исследование более 1000 образцов. От озер и прудов в Варшаве, Польша, до морских отложений в Северном море и Средиземном море у побережья Италии и Португалии, до меловых ручьев в Дорсете, Великобритания, мы искали микробы. И это окупилось: мы нашли более 500 видов, в том числе редких и новых. Первая жизнь на Земле появилась в воде в виде существ, слишком маленьких для человеческого глаза, и оставалась такой в течение миллиардов лет. Микробы живут вокруг нас. Их можно найти в любой среде обитания, от луж до океанов. Но мы еще так много о них не знаем.
Некоторые из этих микроскопических организмов эволюционировали от простых к более сложным существам, в конечном итоге дав начало всей видимой жизни вокруг нас. Другие практически не изменились и сохранили свои мельчайшие размеры. Микроорганизмы были первыми хищниками на Земле, и их жадный аппетит привел к эволюции более сложной жизни в ранние эпохи истории Земли. После эволюции сложной жизни микробы стали основным источником пищи для других существ, таких как криль и планктон, которые, в свою очередь, являются пищей для более крупных видов. Если исчезнут организмы, находящиеся в самом низу пищевой цепи, рухнут и все остальные звенья над ними.
Временные рамки этого настолько велики, что их трудно понять. Если бы мы втиснули 4,5 миллиарда лет истории Земли в один год, жизнь в микроскопическом масштабе существовала бы до конца октября. Люди появятся в последние 30 минут года, и мы узнаем о существовании микробов менее чем за три секунды до нового года. Древо жизни показывает, как организмы связаны друг с другом. Глядя на него, вы можете увидеть, что большая часть жизни на Земле все еще находится в микромасштабе, а животные, растения и грибы ограничены небольшим скоплением ветвей в группе эукариот. В отличие от двух других групп, архей и бактерий, представители эукариот хранят свою ДНК в ядре клетки.
Legendrea loyezae относится к ветви инфузорий эукариот. Кислород смертелен для Legendrea loyezae, и у него есть щупальца, которые растягиваются и сжимаются, чтобы поймать добычу. Ученые обнаружили тысячи видов инфузорий. Инфузории обитают в водной среде, тонких пленках воды в почвах и даже в местах, где нет кислорода. Хотя их жизнь зависит от воды, они могут образовывать защитные структуры, чтобы оставаться в состоянии покоя, пока снова не промокнут. Они состоят только из одной клетки, но удивительно разнообразны. У инфузорий есть интересные стратегии охоты — некоторые виды специализируются на поедании нитей цианобактерий, которые они всасывают, как спагетти. Они могут плавать. Другие ведут сидячий образ жизни, в том числе Vorticella, у которых есть стебель, чтобы прикрепляться к подводным поверхностям.
Некоторые виды инфузорий образуют постоянные физические отношения с другими группами организмов, известные как симбиоз. Например, они могут содержать внутри себя зеленые водоросли, чтобы питаться сахаром, который водоросли производят в результате фотосинтеза. Взамен они защищают водоросли от более крупных водорослей и вирусов (да, даже водоросли могут заражаться вирусами). Некоторые виды инфузорий живут в густонаселенных сообществах, особенно в среде с высоким содержанием кислорода. Но другие живут в таком малом количестве, что найти их все равно, что искать тысячу иголок в стоге сена размером с гору Эверест.
Наша цель — найти как можно больше этих редких и необычных видов. Мы используем наши знания об экологии видов в качестве подсказки. Если мы знаем, что микроб предпочитает жить в темных, бескислородных средах обитания, мы не ищем его на поверхности воды, где много кислорода и света. Потребовались тысячи часов, чтобы найти в микроскоп четыре экземпляра Legendrea loyezae, не говоря уже о небольшом богатстве на физиотерапию для наших кривых шеи и болей в спине.
Легко чувствовать себя оторванным от невидимых микробов. Большинству из нас никогда не удастся увидеть изображение в достаточном увеличении, чтобы наше зрение могло уловить его. Но изучение микробов помогло сделать некоторые из самых важных научных открытий в истории. Микробы забирают жизнь, вызывая болезни животных и растений и вызывая массовое цветение в море, которое стирает с лица земли аквакультурные фермы.
Но мы не могли жить без них. Микробы несут ответственность за выживание наших экосистем и за их восстановление после таких повреждений, как загрязнение или изменение климата. Мы не можем выращивать пищу без микроорганизмов. Они очищают наши сточные воды. Одни могут производить антибиотики и другие лекарства, другие участвуют в производстве продуктов питания.
