С нами или без нас: Естественная история будущего

На примере бактерий Байм, Либерман и Кишони надеялись увидеть стремительную эволюционную динамику, втиснутую в краткий временной интервал. У ученых были все основания допускать такую возможность. Для начала стоит вспомнить, что популяция бактерий в мегачашке была огромной: иначе говоря, даже притом что мутации у E. coli происходят редко (примерно одна на миллион делений), в мегачашке могло накопиться немало мутационных новаций. Кроме того, поколения E. coli в лаборатории сменяются примерно за 20 минут, позволяя естественному отбору вновь и вновь работать с полученными мутациями. Это означало, что чуть больше чем за сутки – за 31 час – Байм, который регулярно проверял мегачашку, мог наблюдать смену примерно 72 поколений, что сравнимо с изучением человеческой популяции на протяжении 2000 лет, начиная с Рождества Христова. За 10 дней перед ним могли пройти 7200 поколений, что было эквивалентно 20 000 лет у людей – периоду, начавшемуся с возникновения сельского хозяйства или даже еще раньше. Но, хотя 20 000 лет могут показаться значительным сроком, наш вид не претерпел за это время заметных изменений – ничего такого, что бросалось бы в глаза. С учетом сказанного сколько же времени могло потребоваться бактериям для выработки резистентности? Начиная опыты с мегачашкой, Байм, Либерман и Кишони предполагали, что на это уйдет месяц или больше – вплоть до года. Или же вообще несколько лет.

Однако вопреки ожиданиям времени потребовалось совсем немного. Результаты были видны очень хорошо, поскольку Байм подкрасил твердый агар в мегачашке черным цветом: на его фоне легко просматривалось, как делятся и распространяются белые E. coli.

В случае с триметопримом первую полосу мегачашки, в которой не было антибиотика, E. coli заполнили с легкостью. Они ели, опорожнялись и делились, затем переплывали дальше в поисках пищи и, заново повторив весь цикл, плыли дальше. Белые скопления их одноклеточных тел, что неудивительно, закрыли собой слой чернил. В это время, вероятно, появилось много мутантов, хотя никто из них не мог выжить в присутствии антибиотиков во второй полосе мегачашки. Пока экспериментаторы не наблюдали ни естественного отбора, ни спровоцированной им эволюции.

Но, вернувшись через несколько дней, Байм обнаружил несколько иную картину. Спустя примерно 88 часов появился первый мутант, способный выжить при минимальной концентрации антибиотика. В какой-то бактериальной клетке произошла необходимая для этого мутация. Потомство этой клетки стало стремительно заполнять вторую полосу на одной из сторон мегачашки. Оно превратило черные участки агара в белые. Затем на глазах у Байма во второй полосе независимым образом возникли другие мутанты. Едва появившись, они начали питаться, делиться и распространяться. В ускоренной перемотке бактерии, заполняющие вторую полосу и накрывающие черный агар, были похожи на бурлящую, вздымающуюся, пузырящуюся воду – на самое настоящее наводнение. Они демонстрировали ту же неумолимость и ту же силу, что и река.

В книге «Происхождение видов» Дарвин писал: «Выражаясь метафорически, можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие вариации, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно и незаметно, где бы и когда бы ни представился к тому случай, над усовершенствованием каждого органического существа по отношению к условиям его жизни, органическим и неорганическим»{156}. В нашем случае Байм увидел работу естественного отбора не в масштабах геологического времени, но за считаные дни. «Мельчайшие вариации» возникали благодаря мутациям – изменениям, затронувшим всего лишь несколько пустяковых букв генома. И они оказывались благотворными – по крайней мере, когда антибиотик присутствовал лишь в малой концентрации. Причем, как предстояло убедиться Байму, естественный отбор еще не завершил свой «неслышный и незаметный» труд.

В последующие несколько дней мутации затронули меньшее число бактерий; эти новые изменения позволяли им выживать при более высоких концентрациях антибиотика. Естественный отбор благоприятствовал мутантам. Сначала они заполнили третьи полосы мегачашки, а затем то же самое повторилось и с четвертыми полосами. Возникли новые мутанты, с еще большей сопротивляемостью, они и заполонили четвертые полосы. Наконец, спустя полторы недели появилась горстка мутантов, способных выжить даже в центре мегачашки – там, где концентрация антибиотиков была максимальной. Они прорвали последнюю дамбу: всего за 10 дней центральную полосу гигантской чашки Петри наводнила устойчивая жизнь.