Юджин Розенберг, коралловый микробиолог, столкнулся с довольно большой проблемой в начале 2000 х годов. Работая в Тель-Авивском университете в Израиле, он обнаружил, что не может повторить свои собственные прорывные открытия десятилетней давности. То, что в то время казалось потенциально разрушительной неудачей, привело Розенберга к новому образу мышления об эволюции.
В 1990-х он обнаружил причину болезни кораллов. Повышение температуры океана стало причиной обесцвечивания кораллов в Восточном Средиземноморье. Никто не понимал, почему произошло обесцвечивание, только то, что если коралловый полип слишком долго оставался без водорослей, он мог голодать и умереть. Некоторые утверждали, что полипы вытесняют водоросли, потому что при более высоких температурах водоросли, подвергшиеся стрессу, перестают способствовать симбиозу. Они стали в некотором смысле непродуктивными сотрудниками, и их сразу же уволили.
Но после серии экспериментов Розенберг пришел к другому выводу. Он заметил скопления палочковидных бактерий на краях обесцвеченных кораллов, что указывало на инфекцию. Если он сначала обработал морскую воду антибиотиками, убив резидентные бактерии, а затем поднял температуру кораллов в резервуарах, кораллы никогда не обесцветились. Казалось, что одна только жара не вызывает болезней. Бактерии каким-то образом внесли свой вклад.
Он изолировал одну бактерию под названием Vibrio shiloi - дальний родственник холеры - которая вызвала болезнь кораллов. Это был оппортунист: безвредный при нормальных температурах, но патогенный при потеплении.
В 1996 году он опубликовал свои открытия в журнале Nature . Но примерно десять лет спустя он и его аспиранты попытались повторить эксперимент, и дважды потерпели неудачу. Бактерия вибриона больше не вызывала болезней.
«Коралл стал устойчивым, - сказал мне Розенберг. «Это был удар».
Он начал мозговой штурм возможных объяснений. У людей и других позвоночных есть адаптивная иммунная система. Под воздействием патогенов наша иммунная система может учиться и запоминать. Когда мы сталкиваемся с патогеном, который видели раньше, мы можем отразить его, прежде чем он нанесет нам вред. Это принцип, лежащий в основе вакцин. Но у кораллов нет адаптивной иммунной системы. Таким же образом они не смогли получить иммунитет от предыдущего воздействия.
Как инфекционные заболевания могут распространяться среди населения, вызывая болезни и смерть, так и полезные микробы могут быстро распространяться.
Однажды во время утренней прогулки Розенберг рассказал о проблеме своей жене Илане Зильбер-Розенберг. Она микробиолог и диетолог, и сразу пришла в голову мысль: пробиотики, микробы, улучшающие здоровье. Она объяснила, что у людей местные бактерии помогают защитить от болезнетворных микроорганизмов. Вот почему у людей, принимавших антибиотики, парадоксальным образом могут развиться новые инфекции после лечения. Уничтожение комменсальных микробов открыло двери для оппортунистов.
Возможно, в период между первым и последним экспериментами кораллы приобрели новые микробы, которые теперь защищали их. Вернувшись в лабораторию, Юджин проверил идею. Он обработал кораллы антибиотиками, уничтожив все микробы, которые они укрывали. Затем он повторил свой первоначальный эксперимент, выставив кораллы перед V. shiloi . Теперь, когда он увеличил температуру, кораллы побелели. (Некоторые ученые спорят, что инфекция вызывает обесцвечивание, потому что им не удалось изолировать эти бактерии вибриона от обесцвеченного коралла. Розенберг говорит, что нулевые результаты сопровождаются методологическими недостатками. Другие исследователи подтвердили его выводы, указывает он.)
Розенберг понял, что наткнулся на важный биологический принцип: адаптация не путем генетической мутации или рекомбинации, а путем адаптации к микробам. Модификация произошла удивительно быстро, за три года, потенциально в пределах продолжительности жизни одного коралла. Его понимание заключалось в том, что так же, как инфекционные заболевания могут распространяться среди населения, как лесной пожар, вызывая болезни и смерть, так и полезные микробы могут быстро распространяться, укрепляя здоровье и способствуя выживанию.
«Если у вас могут быть эпидемии болезней, - сказал он мне, - почему бы не эпидемии пробиотиков?»
Розенберг называет более широкую концепцию «теорией гологенома» эволюции. Этот термин впервые был использован молекулярным биологом Ричардом Джефферсоном в 1994 году (микробы, обнаруженные в ходе генетического анализа многоклеточных организмов, не следует рассматривать как загрязнение, сказал Джефферсон, а как неотъемлемую часть изучаемого организма).
Розенберг, который пришел к этому термину независимо, утверждает, что организм и связанные с ним микробы - «холобионт» - представляют собой единую эволюционную сущность. «Мы считаем, что это уровень отбора в эволюции», - говорит Розенберг. «Я соревнуюсь с тобой не только на основании моих генов, но и моих бактерий».