Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать

Мировой океан – вместилище самого крупного и самого важного, пожалуй, биоценоза на Земле: морского. С самым распространенным многоклеточным организмом морского биоценоза, а, может быть, и всей планеты, большинство знакомо по замечательному мультсериалу «Губка Боб Квадратные Штаны», где он представлен как Шелдон Джей Планктон, копепод, одноглазый веслоногий рачок (рис. 35). Создатель образа – режиссер и аниматор Стивен Хилленберг, основатель «Юнайтед Планктон Пикчерз Инк» – как морской биолог по образованию, хорошо знал, что рисует. Реальный морской планктон питается микроскопическими одноклеточными водорослями, продуцирующими, по разным оценкам, до 40 % всего земного кислорода (и поглощающими соответствующую долю углекислого газа) и оказывает, таким образом, существеннейшее влияние на глобальные биологические и климатические процессы. Находясь у основания глобальных пищевых цепочек, совокупный мировой планктон продуцирует ежегодно до ста миллиардов (10¹¹) тонн нерастворимого панцирного белка-хитина (Pruzzo С., Vezzulli L., Colwell R. R., 2008; Yu C. et al., 1991). Несколько сотен лет и практически весь доступный океанский углерод (38 тысяч миллиардов (3,8*10¹³) тонн, World Ocean Review 1, 2010), и азот оказались бы зафиксированными в осажденном на дне хитине. Разумеется, эволюция, движимая энтропийными принципами, не могла оставить такое количество высокоупорядоченной материи вне всеобщего оборота вещества и энергии. Собственно, утилизация хитина не представляет собой сложную биохимическую задачу, и, скорее всего, уже хитиновые оболочки эдиакарских существ успешно разлагались древними бактериями.

Рис. 35. Sheldon J Plankton

Последние миллионы лет основной объем этой вполне благодарной работы выполняют морские вибрионы. Среди десятков видов морских вибрионов самый заметный для нас игрок борьбы за миллиарды тонн хитина – это холерный вибрион, Vibrio cholerae (Colwell R. R., 2002; Mueller R. S. et al., 2007). Возможно, эта борьба – один из самых массовых биологических процессов на Земле, втягивающий в себя миллионы триллионов живых сущностей, включая собственно планктон, вибрионы, их вирусы и триллионы по сути случайно вовлекаемых в этот процесс водных растений и животных. Приз в этой игре весьма высок – доминирование в ключевом биоценозе Земли, поэтому поиск и развитие эффективных молекулярно-генетических инструментов происходит в этом хитиновом чемпионате особенно резво. Именно массивные молекулярно-генетические инновации стали ключевой стратегией холерного вибриона, настоящего информационного хай-тек гиганта этого невидимого мира. Из более чем 200 серотипов V. cholera по О-антигену самым острым для человека оружием – холерогеном, холерным токсином (Cholera Toxin, CT) – обладают лишь два серотипа: О139 и O1. Из них только О1 до сих пор реализовывал свой пандемический потенциал: первые 6 пандемий холеры, начиная с 1817 года, вызывал «классический» серовар О1, последнюю пандемию 1961-1975 годов вызвал серовар О1 Эль-Тор (по мнению ВОЗ, последняя пандемия продолжается до сих пор). Даже на фоне других вибрионов V. cholera отличается широчайшим наборов молекулярно-генетических инструментов для эксплуатации возможностей, предоставляемых окружающей средой, и не только морской.

Во-первых, холерный вибрион обладает потрясающим арсеналом адгезии – способностью плотно прикрепляться к хитину и множеству других биополимеров, составляющих основу самых разнообразных типов биологических поверхностей.

Во-вторых, вибрион способен стремительно колонизировать такие поверхности, на которых он закрепился и очень быстро формировать прочные биопленки. Причем сообщества вибрионов благодаря Quorum sense прекрасно умеют синхронизировать свое поведение.

В-третьих, холерный вибрион обладает чрезвычайно развитым аппаратом секреции десятков различных типов биологически активных молекул через свои пять или более высокоорганизованных систем секреции. В первую очередь это секреция нескольких хитиназ, хитинразлагающих ферментов; вообще контакт с хитином запускает в вибрионе весьма сложную программу экспрессии нескольких групп генов, позволяющих успешно последовательно колонизировать, разлагать и усваивать хитиновый субстрат.