С нами или без нас: Естественная история будущего

Я всегда вспоминаю о том историческом наводнении, когда думаю о деде. А еще память о давнем бедствии связана у меня с размышлениями об эксперименте, кратко упомянутом во введении. Этот опыт несколько лет назад провели Майкл Байм, Тэми Либерман и Рой Кишони в одной из лабораторий Гарвардского университета. Они втроем тогда разработали проект гигантской чашки Петри, которую назвали мегачашкой: приставка «мега» не только отсылала к необычным размерам лабораторной емкости, но и была сокращением от microbial evolution and growth arena (арена роста и эволюции микробов). Длина прямоугольной мегачашки составляла 120 см, ширина – 60 см, а глубина – 11 мм. Эксперимент с мегачашкой позволяет нам подробно и в реальном времени рассмотреть один из самых незыблемых законов биологии – закон эволюции путем естественного отбора. В самой простой формулировке он гласит, что предпочтение отдается генам и свойствам тех особей, которые успешно производят больше потомков по сравнению с остальными. Закон эволюции путем естественного отбора – дарвиновский закон: Дарвин представлял себе его действие довольно медленным, но теперь мы знаем, что оно может быть и ускоренным. Его последствия можно наблюдать в реальном времени – будь то в городе, человеческом организме или мегачашке.

Идею эксперимента отчасти подсказала кинореклама. В 2011 году студия Warner Brothers Canada придумала интересный рекламный трюк для продвижения фильма «Заражение» (Contagion): в витрине супермаркета установили огромную панель, на которой росли бактерии и грибы, постепенно складывающиеся в название фильма{154}. В сущности, эта панель стала прототипом гигантской чашки Петри. Кишони, увидев эту рекламу, воодушевился. В результате долгих разговоров и мозговых штурмов появилась столь же внушительная лабораторная чашка: Кишони демонстрировал ее своим студентам, а Либерман и Байм, которые тогда учились в аспирантуре, ассистировали ему. Подобно рекламной панели киношников, мегачашка содержала в себе послание. На то, чтобы явить его миру, потребовалось чуть больше времени, но менее очевидным оно от этого не стало.

Проект предполагал несколько раундов командной работы. Сначала весь коллектив совместно занимался планированием эксперимента. Потом Либерман впервые представила его на учебном курсе Кишони. Затем Байм усовершенствовал схему и запустил окончательную версию: залил агар, посеял микробы и принялся наблюдать за происходящим. Бесспорно, базовый дизайн мегачашки имел кое-что общее с рекламной панелью Warner Brothers, но и различия были весьма существенными. Прежде всего, агар в мегачашку заливали в два слоя: сначала шел твердый нижний слой, которым бактерии могли питаться, а над ним располагался жидкий верхний слой, в котором они могли плавать. Затем с обоих краев мегачашки в нее запустили штамм безвредных бактерий Escherichia coli (кишечная палочка). E. coli могли питаться агаром и потом передвигаться в те места, где питательные вещества еще не иссякли: образно говоря, у бактерий была возможность поесть и смыться, не заплатив. По-видимому, если бы в чашке Петри имелись другие виды бактерий, то E. coli не удалось бы разрастись – они проиграли бы в конкурентной борьбе. E. coli – полезный организм для лабораторных исследований, но это не самый живучий соперник, когда речь идет о столкновениях с другими обитателями человеческого кишечника. Впрочем, этот эксперимент не имел отношения к межвидовой конкуренции бактерий. Он был посвящен выяснению того, как эволюционирует устойчивость к антибиотикам.

Бактерии, выпущенные в мегачашку, не обладали резистентностью ни к каким антибиотикам. Они были уязвимы и беспомощны. Но, вероятно, ненадолго. Команда исследователей хотела выяснить, как скоро безвредные и слабые кишечные палочки смогут развить сопротивляемость к обычному антибиотику. Как быстро появятся и распространятся устойчивые мутанты – пусть даже ценой гибели остальных немутантных бактерий?