Она расписала садовую тачку языками алого пламени и возила в ней щепу, помет и сосновые иголки. Спустя пятнадцать, лет подобный бетону ледниковый грунт под ее садом, превратился в живую почву.
Энн Бикли называет себя «биологом вне правил». У неё «тяжелая форма влюбленности в растения». Бикли обожает науку, историю и просвещение. Эти три страсти пересеклись в книге «Сокрытая часть Природы» (The Hidden Half of Nature), написанной ею в соавторстве со своим мужем - геологом Дэвидом Монтгомери.
Их книга стала одиссеей: долгим путешествием в мир почвы и, внезапно, в недра человеческого кишечника.
Оба этих мира объединяет микробиом.
Главные герои здесь - микроорганизмы: вирусы, бактерии, грибы, археи и протисты.
Невидимые строители Жизни.
Мы не замечаем микромир, а то, что сокрыто от глаз, редко считается важным. Между тем большая часть Жизни на Планете принадлежит не нам, а невидимым существам. Чтобы разглядеть амебу, нужно увеличить масштаб в сотни раз. Чтобы увидеть красную кровяную клетку — в тысячи. Мы привыкли мерить мир собой, но в масштабах Природы человек — лишь верхушка колоссального невидимого айсберга.
Это и есть сокрытая часть Природы. История ее открытия началась для Энн в Сиэтле, в доме с вековой историей.
Столетний газон
Этот рассказ начинается не с микроскопа. Он начинается с садовой тачки, дома в Сиэтле и неукротимой жажды иметь свой собственный сад.
Энн Бикли:
Наш дом расположен в Сиэтле - в этом году ему исполнилось сто лет.
Когда мы его купили, я умирала от желания разбить сад. Мечтала о нём годами, возилась с крошечными грядками то тут, то там, после того как уехала из Колорадо, где я выросла. И вот - передо мной наконец чистый лист.
Большой, пустой, и весь мой.
Только этот чистый лист не выглядел как мечта. Старый газон, совершенно однообразный - в Сиэтле такие встречаются повсюду. Монокультурный, скучный, без единого намёка на Жизнь.
Казалось бы - биолог и геолог покупают дом. Кто, если не они, первым делом проверит почву? Но нет. Они этого не сделали.
Энн Бикли:
Можно было бы предположить, что биолог и её муж-геолог додумаются посмотреть себе под ноги. Но мы не додумались. И это оказался вовсе не земля нашей мечты.
На северо-западе Америки, как и на северо-востоке, прошлись ледники. В Сиэтле грунт - так называемый гляциальный тилль. Он как бетон. Ледниковый панцирь.
И вдобавок мы всё сделали не вовремя. Даже в Сиэтле лето бывает жарким, сухим, засушливым. А мы, по стечению ошибок и накладок, высадили все растения в середине августа.
Кошмарная почва. Кошмарный режим полива. Середина августа. И сад, о котором она мечтала двадцать лет.
Хроники органики
То, что случилось дальше, Бикли называет «хрониками органической материи» - цикл проб и находок, растянувшийся на полтора десятилетия.
Энн Бикли:
После паники я взялась за дело. У меня была садовая тачка - я разрисовала её языками пламени. Следующий раз разрисую микробами, обещаю. И я начала наполнять эту тачку всем, что было бесплатным, дешёвым и находилось неподалеку.
Главным материалом стала древесная щепа.
В Сиэтле много деревьев. Арбористы мечтают избавиться от щепы, потому что иначе им приходится везти её на свалку и за это платить. И я подумала: зачем выбрасывать то, что является едой для микробов?
Ещё была «Зуду» - это наш местный сиэтлский продукт. Зоопарк собирает навоз травоядных и компостирует его. Дважды в год садоводы слетаются туда, как на лотерею. Если твою открытку вытянут - приезжай и набирай «Зуду» столько, сколько влезет в машину. Полуприцепов пока никто не пригонял, но я бы не удивилась.
Сосновые иголки от соседей. Листья. Обрезки травы. Через несколько лет сад стал производить собственную органику: клиппинги хиноки - вечнозелёного дерева, - обрезки гортензий, отцветшие букеты.
Энн Бикли:
Вы удивитесь, сколько биомассы в одном букете гортензий. Полюбуешься день-два - и в бочку. На дно - щепу, сверху - зелень. Перемешать. Когда щепа начнет разлагаться, она тоже пойдет в дело.
Тогда была популярна идея - не знаю, откуда она взялась, но отчасти я виню в этом Алана Чедвика, - что грядки нужно перекапывать дважды. Мы ломали спины. И, добавлю, губили почвенные микроорганизмы, когда переворачивали землю, надеясь заделать органику поглубже.
У меня не было на это времени. Сад слишком велик.
Я просто начала укладывать всё сверху. Мульчу - прямо на грядки. Микроорганизмы придут и заберут её сами.
Принцип пончиков в офисе: не нужно разносить угощение по столам - поставьте коробку, и люди сбегутся сами.
Энн Бикли:
Я также использовала компостный чай. Заваривала его, особенно в первые годы, когда растения были уязвимы - как маленькие дети, которым нужна поддержка.
Я нашла в садовом каталоге потрясающий опрыскиватель-тромбон, который давал тончайшую мелкую мелкую взвесь. Чувствовала себя садовой феей: дерево - пшик, грядка - пшик.
Если какое-то растение чахло - порция компостного чая обычно решала проблему.
Быстрее Природы
Через пять, шесть, семь лет результаты стали видны невооружённым глазом. Но главное происходило на глубине нескольких сантиметров.
Энн Бикли:
Если у вас такой грунт - как у нас, ледниковый тилль - и вы слой за слоем кладёте органику сверху, вы получаете почву.
Это одновременно завораживает, и это загадка, и это очень-очень просто. Природа делала почву таким способом всегда. Только ей на это требуется гораздо больше времени.
Природе нужно около столетия, чтобы создать два с половиной сантиметра плодородного верхнего слоя - в зависимости от места. Природу трудно обогнать - она мастер. Но мне удалось создать пять-шесть сантиметров плодородного слоя за несколько лет.
Энн делала всю физическую работу. Муж-геолог наблюдал из окна, как тачка с языками пламени курсирует по двору. Но именно он первым заметил, что почвенный профиль изменился. «Мы создаём почву быстрее, чем это делает Природа», - сказал он.
Её руки и его мозг сложили эту Историю воедино.
Энн Бикли:
Несколько лет назад мы измерили содержание углерода в разных частях Сада. Исходный уровень составлял один-два процента органики. Мы знаем это наверняка: за гаражом остался нетронутый участок.
Овощные грядки, где использовали вермикомпост и биоуголь, накопили двенадцать процентов углерода. Эколужайка - смесь трав и разнотравья - семь-восемь процентов. Декоративные клумбы - пять-шесть.
Одна и та же земля. Один и тот же ледниковый тилль. Разница - в том, чем и как кормили микробов. Они уже сделали остальное.
Энн Бикли:
Наверху всё расцвело. Для меня это стал Эдем - сад моей мечты.
Когда страсть к растениям захватывает целиком, хочется вырастить всё сразу: и декоративные кусты, и статные деревья, и овощные грядки. Я посадила и цветы для опылителей - им тоже нужно кормиться.
Больше всего я люблю бывать в саду летом. Вся жизнь, все насекомые теперь здесь, под открытым небом. Это роднит нас с другими живыми существами.
Подземный базар
Тачка, мульча и компостный чай были видимой частью работы. Но всё тяжёлое перерабатывали триллионы союзников, которых Бикли никогда не видела.
Энн Бикли:
Были жевальщики и грызуны - те, кто измельчает крупную органику. Были дробильщики - в зобе дождевого червя происходит серьёзная работа. Была мезофауна - ногохвостки, клещи.
Клещей в почве полно, и это признак здоровья: в живой почве столько микроорганизмов, что они постоянно умирают, и если проанализировать органическое вещество, обнаружится огромное количество бактериальных трупиков.
Бикли останавливается, чтобы напомнить вещь, которую все вроде бы знают, - но которую полезно увидеть заново, с высоты.
Энн Бикли:
Откуда растения берут питание?
Из трех источников. Из атмосферы они получают углерод и азот. Из почвы - воду, минералы и частицы горных пород. Наконец, из самих себя: пищей становятся опавшие листья, отмершие корни и древесина. Но в этой картине не хватает одной важной детали.
Ризосферы.
Это тончайший слой, окутывающий каждый корневой волосок. Ореол шириной от нанометра до миллиметра. Ризосфера считается одним из самых густонаселенных мест на Планете.
Растения выделяют коктейли из экссудатов. Раньше их считали просто набором углеводов, но состав оказался сложнее: здесь и аминокислоты, и липиды. Это настоящий ресторан для микробов.
Почти всю энергию Растение получает от фотосинтеза, и около тридцати процентов этого ресурса оно тратит на производство экссудатов, выталкивая их через корни.
Задумайтесь: кто из нас отдаст треть зарплаты - треть чего-то жизненно важного - и просто выставит это за дверь для незнакомцев? Это сокрушительный удар по бюджету.
Зачем Растения это делают?
Потому что ризосфера - это биологический базар, грандиозная торговая площадка. Экссудаты сочатся из корней, и Растение меняет их рецептуру в зависимости от того, кто находится рядом. Бактерии поглощают эти смеси и перерабатывают их в метаболиты. Часть из них возвращается в Растение, становясь гормонами роста.
Одно царство Природы снабжает другое ресурсами для развития. Это симбиоз планетарного масштаба.
Грибы играют другую роль. Они - логисты, а не повара.
Энн Бикли:
Грибы собирают минералы - фосфор, например, - издалека и доставляют их к корням. Взамен забирают углеводы. Так ботанический мир получает доступ к ресурсам далеко за пределами собственного неподвижного тела. Это гениальное решение - для организма, который не может сдвинуться с места.
Элайн Ингхэм называет экссудаты «тортиками и печеньками».
Бактерии не способны к фотосинтезу. Они голодны. А растение с его монополией на углерод производит эти угощения, потому что умеет.
И внутри этого симбиоза - есть ещё один, вложенный.
Энн Бикли:
На кончиках грибных гиф сидят бактерии, которые помогают грибам разрушать горные породы. Гифы выделяют кислоты, растворяющие минералы. Бактерии им помогают. А углеводы от растения, предположительно, проходят через гриб и доставляются этим бактериям.
Симбиоз, вложенный в другой симбиоз. И он же есть часть оборонной стратегии.
Когда насекомое начинает жевать лист, растение отправляет сигнал вниз, к корням. Это активирует определённые микробы, которые производят метаболиты, стимулирующие биохимические защитные каскады. Растение не всегда само синтезирует оборонительные соединения. Оно полагается на геномы - на сотни генов, хранящихся в его микробиоме.
Мы привыкли думать, что мозг - наверху. Но у растения мозг - внизу, в корневой системе. И этому мозгу, как любому мозгу, нужна правильная пища.
Энн Бикли:
Вот три способа подкормить корни. Первый - не делать ничего. Второй - минеральные удобрения. Третий - компост.
Отсутствие вмешательства - вариант неплохой: растения миллионы лет обходились без нас. Минеральные удобрения создают лишь видимость благополучия: сверху все пышно и красиво, но внизу - анемия. Ризосфера истощена и мертва. Компост же превращает пространство вокруг корней в живую, активную среду, где кипит общение.
Поэтому критически важно то, чем мы кормим почву. Это пища для мозга растений. У Природы есть встроенный план здоровья, ей не нужны горы агрохимикатов. Иногда без них не обойтись, но чаще всего, если микробные сообщества целы и функционируют, Система работает сама. Незримо гудит. А мы стоим в своих садах или на фермах и понимаем: это по-настоящему здорово!
Три миллиарда лет в трёх рукопожатиях
Бикли переключает масштаб - от сада в Сиэтле к трёхмиллиардной истории Жизни. И делает это через одного человека - Линн Маргулис.
Энн Бикли:
Биолог Линн Маргулис из Массачусетского университета в Амхерсте выдвинула теорию о ключевой роли симбиоза в эволюции. Коллеги подняли её на смех. В науке царило убеждение: Природа - это вечный конфликт, борьба зубов и когтей.
Маргулис думала иначе.
Она годами изучала микроскопических существ, опираясь на данные химии, биологии и палеонтологии. Три миллиарда лет назад на Земле правили микроорганизмы: фотосинтетики, потребители кислорода, стремительные «пловцы» и древние археи.
Два миллиарда лет назад случилось первое слияние. «Пловец» встретил архею и проник внутрь неё. Оба выжили: вместе они стали сильнее.
Спустя еще миллиард лет произошло второе слияние. К этому союзу примкнул потребитель кислорода - так появился предшественник митохондрии. Митохондрии в наших клетках когда-то были самостоятельными бактериями, а теперь стали их «моторами».
Третье слияние объединило этот сложный организм с фотосинтетиком. Появился хлоропласт - орган, преобразующий солнечный свет в пищу. Эта ветвь жизни привела к растениям. Следующие союзы породили грибы и животных.
Вот почему подзаголовок её книги - «Микробные корни жизни». Всё, что мы видим - деревья, птицы, обезьяны, мы сами, - выросло из трёх рукопожатий между микробами.
Энн Бикли:
Я всегда любила те старые диаграммы Древа Жизни, где мы были наверху. Вокруг нас - ящерицы, бабочки, птицы, наши близкие родственники - обезьяны. Это была фантазия. Фантазия, построенная на нашем близоруком внимании к позвоночным.
Мы думали, что правим миром.
Геномное секвенирование последних десятилетий показало: большая часть жизни на планете - микробная. На современном Древе Жизни есть огромная группа бактерий, отдельная ветвь архей, и все многоклеточные - эукариоты - теснятся в одном углу. А мы - на крошечной веточке животного раздела. Я хотела бы назвать этот слайд «Вы находитесь здесь, и вы не очень важны».
Пылинка по имени Пигпен
От почвенного микробиома Бикли переходит к человеческому. Мост между ними - неожиданный: персонаж из известного комикса. Пигпен.
Энн Бикли:
Бедный Пигпен. Пигпену нужен новый образ.
Мы ассоциируем микробов с грязью, с нечистотой. А я бы с удовольствием взяла бы образец его микробиома.
Потому что правда в том, что мы покрыты микроорганизмами изнутри и снаружи.
Не такими, как у растений, но не менее многочисленными. Эти микробные сообщества - коренные жители наших тел. Они должны там быть. И без них мы были бы глубоко, глубоко нездоровы.
Пигпен - он же "Пыльный" - вечно грязный мальчик из комикса «Peanuts» Чарльза Шульца, окружённый облаком пыли. Поколения читателей воспринимали его как ходячий анекдот о нечистоплотности. Бикли видит в нём метафору предрассудка: мы привыкли считать, что микробы - это грязь.
А они - инфраструктура.
Энн Бикли:
Если вы заглядывали в научную литературу за последние лет восемь-десять - поле исследований микробиома просто взорвалось. На PubMed - публичной базе научных статей - количество публикаций по запросу «микробиом» растёт экспоненциально. И чем ближе к сегодняшнему дню, тем больше это связано с человеческим микробиомом.
Вот цифры.
Если мысленно положить все наши клетки - мозговые, кожные и прочие - на одну чашу весов, а все микробные клетки на другую, соотношение будет примерно один к одному, если не три к одному в пользу микробов.
Наш геном содержит около двадцати трёх тысяч генов, кодирующих белки. Добавьте гены бактерий нашего микробиома - и общее число подскакивает примерно до двух миллионов. Добавьте грибы, вирусы, архей и всё остальное - и оценка достигает четырёх-шести миллионов генов.
Сравните - наши жалкие двадцать три тысячи - и миллионы, предоставленные микробиомом.
Внутренний сад
В середине работы над книгой Бикли получила диагноз, который сделал её исследование глубоко личным.
Энн Бикли:
Мне поставили диагноз - рак. К счастью, это уже позади.
Но я начала задавать вопросы. Подождите: иммунная система - это же её работа, вычищать аномальные, больные клетки. Они не должны оставаться в теле, тем более расти. Это задача иммунной системы. И я подумала: ладно, иммунная система, опухшие лимфоузлы - мне нужно разобраться.
Я нырнула глубоко. И приземлилась - в толстом кишечнике. Не туда я собиралась попасть, когда начала изучать иммунитет.
Толстый кишечник - нижняя треть пищеварительного тракта. Средняя часть - просвет, покрытый толстым слоем слизи, обеспечивающей продвижение содержимого. И в этой слизи - экссудаты. Те самые экссудаты, только человеческие.
Они кормят микробиом. Зеркало ризосферы - только внутри нас.
Энн Бикли:
Большая часть нашего микробиома живёт не на коже уха, не в уголках глаз, не на сухих пустынях локтей и не между пальцами ног. Большая часть обитает в толстом кишечнике. И вот что ещё: от семидесяти до восьмидесяти процентов нашей иммунной системы обёрнуто вокруг толстого кишечника - в виде различных тканей и клеток.
Толстый кишечник, моя иммунная система, мой микробиом. Что здесь происходит? Происходит лавина биологической жизни, которая должна интересовать каждого.
Бикли описывает механизм, который связывает микробов, иммунитет и здоровье в единую цепь.
Энн Бикли:
Дендритная клетка - разведчик иммунной системы. Она меняет форму, проскальзывает сквозь ткани кишечника и захватывает антиген - молекулярный образец бактерии. Дендритные клетки собирают эти пробы всю жизнь: прямо сейчас, внутри каждого из нас.
Информацию они передают Т-клеткам, чья поверхность усеяна рецепторами-антеннами. Дендритная клетка подносит антиген. Если он не совпадает с рецептором - ничего не происходит. Если подходит - запускается реакция. Одни антигены активируют провоспалительные Т-клетки, другие - противовоспалительные.
Воспаление привычно воспринимать как зло. Бикли настаивает: это необходимость. Но необходимость с таймером.
Энн Бикли:
Воспаление - это исцеление. Оно пожирает больные клетки, затягивает раны, убивает вирусы. Но когда работа сделана, иммунная система должна замолчать. Если воспаление тянется бесконечно, оно превращается в бригаду сноса. Внутренний погром с огромным сопутствующим ущербом.
Воспаления должно быть ровно столько, сколько необходимо. В нужном месте и в нужное время. Принцип Златовласки.
Поразительно: мы привыкли считать здоровьем отсутствие микроорганизмов. Оказывается, здоровье - это их присутствие. Жизнь в определенных сообществах.
Микробы - это программное обеспечение. Гигантский массив данных, который тело считывает и расшифровывает. Иммунная система лишь читает этот код.
Парадокс чистоты
Бикли подводит к центральному противоречию медицинской истории: теория, спасшая миллионы одних, стала ловушкой для миллионов других.
Энн Бикли:
Микробный мир полон двойственности. А мы двойственность не любим. Нам нравится чёрное и белое, а не оттенки серого. Микробная теория возникновения заболеваний казалась идеальной, потому что была верна - для некоторых микробов.
Бактерия вызывает туберкулёз. Вирус вызывает ВИЧ. Один микроб - одна болезнь. И мы решили: раз один плох - все они плохи.
Надо от них избавляться.
Это решение имело основания. Бикли напоминает о масштабе: масштаб смертности лондонского Сити за тысяча шестьсот шестьдесят четвёртый год семь тысяч погибших от чумы за одну неделю. Оспа, полиомиелит - болезни, уносившие десятки тысяч жизней в год.
Энн Бикли:
Когда оспа уносит тысячи жизней в неделю, микробный мир невольно начинает казаться враждебным.
И это оправданно: патогены необходимо держать под контролем.
Однако опасные микроорганизмы составляют лишь малую часть этого мира. Большинство из них нейтральны или полезны.
И вот какой парадокс. Чистая вода, вакцины и антибиотики обрушили кривую инфекционных болезней. Но одновременно начала расти другая кривая.
Энн Бикли:
После войны инфекции отступили, но их место заняли хронические болезни: диабет, астма, рассеянный склероз и болезнь Крона.
Список можно продолжать. Аллергии и аутоиммунные расстройства - результат сбоя иммунитета. Система получает искаженные сигналы или не получает их вовсе.
Рабочая гипотеза проста: мы потеряли часть своих микробов. Дендритные клетки собирают молекулярные образцы и активируют десятки типов Т-клеток. Представьте, что этот информационный поток от микробиома к иммунной системе прерван, потому что ключевые звенья цепи исчезли.
Антибиотики - мощнейшее оружие. Мы не замечаем их разрушительной силы, потому что патоген погибает и нам становится лучше. Но внутри организма они действуют как пестициды: выжигают и врагов, и союзников.
Есть все основания полагать, что антибиотики, принятые в раннем возрасте, бесповоротно меняют микробиом. Но дело не только в лекарствах. Существует менее очевидный, но постоянный фактор - наш рацион.
Что именно мы отправляем внутрь себя каждый день? Чем мы кормим тех, кто должен защищать нас, и что происходит, когда их стол пустеет? Ответ кроется в составе современной еды, которая медленно, но верно переписывает биологический код нашего внутреннего мира.
Эпилог
Энн Бикли начала свой рассказ с тачки, разрисованной языками пламени. Закончила - внутри собственного кишечника. Между двумя точками - один и тот же принцип: корми правильных микробов, и они построят Систему, которая будет работать сама.
Сад в Сиэтле за пятнадцать лет превратил ледниковый бетон в двенадцатипроцентный углерод. Человеческий кишечник - за миллионы лет эволюции - выстроил иммунную крепость, обёрнутую вокруг толстой кишки. Обе системы устроены одинаково: экссудаты, рынок, обмен, симбиоз внутри симбиоза.
Ризосфера корня и слизистая кишечника - отражают друг-друга как зеркало.
Мы потратили полтора столетия, пытаясь уничтожить сокрытую часть Природы. Чистая вода и вакцины спасли миллионы - но антибиотики и стерильная пища, возможно, запустили новую эпидемию, бесшумную и хроническую.
Не чуму. Не оспу. Отсутствие.
Отсутствие тех, кого мы перестали кормить.
Создано по материалам беседы: Anne Biklé -- Microbiomes, Roots, and Guts