Будущее Земли: Наша планета в борьбе за жизнь

Мир микроорганизмов заметно выделяется на фоне остальных форм жизни характерным для него генетическим разнообразием. С точки зрения последовательности ДНК у людей и картофеля больше общего, чем у большинства видов бактерий между собой. Биологи не имеют ни малейшего представления, сколько всего видов бактерий существует на Земле. Это значение может измеряться десятками миллионов или, предположительно, сотнями миллионов. В настоящее время отсутствует даже точное определение того, что такое бактерия или архея. А если учесть беспорядочный характер взаимодействия между отдельными организмами, картина становится еще более запутанной. Бактериальные клетки могут получать гены от других клеток, независимо от степени родства, самыми разными способами: собирая фрагменты ДНК из внешней среды, «обкрадывая» ретровирусы в процессе транспортировки ДНК этими квазиорганизмами в клетки более крупных организмов-хозяев и, наконец, участвуя в конъюгации — удивительно сложной операции, в ходе которой две клетки соединяются и обмениваются схожими сегментами ДНК.

Бактериальное разнообразие принципиально отличается от биоразнообразия в мире растений и животных даже по своему географическому распространению. Так или иначе в отношении многих видов бактерий действует принцип, который впервые сформулировал в 1934 г. один из основоположников экологии как науки Лоуренс Басс Бекинг: «Везде есть все, но выбор определяется средой». Смысл этого принципа в том, что многие генетические формы или нечто очень близкое к ним распространены по всему миру, но при этом большую часть времени никак себя не проявляют. Они образуют своего рода банк микробиологического разнообразия. При этом отдельные виды начинают размножаться только тогда, когда этому благоприятствуют условия внешней среды, то есть когда эти условия совпадают с предпочитаемыми, которые закодированы в ДНК. Спящие клетки просыпаются при соответствующем уровне кислотности, наличии необходимых питательных веществ и соответствующей температуре. Такие банки встречаются повсюду на суше и в водной среде. Причем генетические различия проявляются только на больших расстояниях, наверное сравнимых с протяженностью континентов. Такие масштабы являются обычным делом для процесса формирования видов растений и животных.

Более совершенные технологии анализа ДНК позволяют открывать все больше видов бактерий и прочих микроскопических форм жизни. Множество из них находятся прямо у нас перед глазами, но при этом они так малы, что разглядеть их в обычный оптический микроскоп невозможно. Из-за этого их часто не замечают при изучении микробных сообществ стандартными методами.

На данный момент, наверное, самым важным открытием в этой сфере является обнаружение бактерий вида . Несмотря на то что впервые их существование было установлено в 1988 г., бактерии совсем не редкость. Более того, они являются самой многочисленной группой организмов в тропических и субтропических морях по всему миру. Они обитают на глубине до 200 м, а локальная плотность их популяций достигает свыше 100 000 клеток на 1 мм. Учитывая, что эти крошечные клетки обладают еще и способностью к фотосинтезу, живя за счет энергии солнечного света, на них приходится 20–40% биомассы всех фотосинтетических организмов в океанах между 40° с. ш. и 40° ю. ш., а также до половины локальной чистой первичной биологической продукции. Таким образом, по крайней мере в теплых океанских водах невидимое обеспечивает жизнь видимого.

Но тут возникает вопрос: если бактерии наряду со вторым столь же широко распространенным видом бактерий являются самыми многочисленными организмами в традиционном понимании, не являются ли они пищей для вирусов, которые меньше их размерами? Ранее среди специалистов бытовало мнение, что такие микрохищники вряд ли многочисленны, а скорее — относительно редки. Однако в 2013 г. благодаря появлению новых методов в стремительно развивающейся сфере ультрамикроскопических исследований было обнаружено, что в среднем в одном литре морской воды содержится несколько миллиардов вирусов. Все они — бактериофаги (дословно — «пожиратели бактерий»). Самым многочисленным оказался вирус HTVC010P. Биологи до сих пор не могут решить, являются ли вирусы полноценными живыми организмами: ведь для размножения они используют молекулярные механизмы своих хозяев. Но если все-таки отнести вирус HTVC010P к этой категории, то придется признать его самым многочисленным видом на Земле.