Разрушители. Грибки и грядущая пандемия

В большой пещере на склоне горы в Вермонте, на полу, покрытом смесью глины и ила, покоится грибковая спора. Она находится здесь с ранней весны, когда летучие мыши, в основном малые бурые ночницы, начинают перебираться в другие места для ночлега, более подходящие для теплого времени года. Пещера служила им укрытием зимой – здесь они пережидали холода и берегли силы, что особенно важно в условиях нехватки пищи. Спора – микроскопическая капсула, слегка изогнутая, как семечко тмина или банана. Она будет лежать на полу пещеры и оставаться неповрежденной месяцами, пока летучие мыши не вернутся осенью. Вот и они: снова устраиваются на зимовку, а одна из них, молодая самка, родившаяся ранней весной, пьет воду из лужицы на полу. Она пролетела десятки миль от места, где родилась, и наконец оказалась в этой пещере. Ее крыло касается пола, где покоится спора, и это все, что той нужно, чтобы начать свой путь. Вскоре спора, которая перекочевала с грязного пола на перепончатое крыло летучей мыши, прорастает и начинает развиваться. Она распускает нитевидные гифы, которые тянутся в поисках пищи.

В коже летучей мыши есть кератин – все, что нужно этому грибку для питания. В пещере холодно, чуть выше нуля, но он предпочитает именно такую температуру. Грибок проникает в крылья малой бурой ночницы и будет питаться ею, пока не придет время размножаться – тогда он сбросит сотни спор и частичек гиф, которые окажутся на других летучих мышах, стенах пещеры и грязном полу. Молодая самка не переживет заражения, а со временем споры и частички грибка приведут к гибели и ее собратьев, с которыми она делила пещеру. Сотни, а затем и миллионы летучих мышей заразятся, и большинство – однако не все – погибнут.

Споры принадлежат грибку под названием Pseudogymnoascus destructans1, который вызывает заболевание, известное как синдром белого носа. С момента своего появления в 2000-х годах оно успело убить миллионы летучих мышей. Возможно, эпидемия началась именно так, как я описала, – со споры, попавшей на пол пещеры.

Тем временем в гористой местности на западе страны прохладный весенний день. Влажный воздух наполняется спорами совсем другого грибка, называемого «ржавчинным». Некоторые из этих спор оказываются на вечнозеленых иголках белоствольной сосны. Дерево старое, десятилетия суровой погоды и ветров сделали его скрюченным, но не смогли сломить. Споры прорастают во влажном, туманном воздухе. Они развиваются, постепенно захватывая иголку за иголкой, ветку за веткой, пока зараженным не оказывается все дерево. Оно никогда не сталкивалось с этим видом грибка, и все его естественные защитные механизмы не могут с ним справиться. Грибок разрастается, иголки постепенно становятся коричневыми и отмирают, пока через несколько лет эта участь не постигнет все дерево, – подобный сценарий происходил миллионы раз с миллионами деревьев. Грибок, вызывающий инфекцию под названием «пузырчатая ржавчина сосны», появился на континенте более века назад и по-прежнему остается проблемой. Грибку, который убивает летучих мышей, всего два десятилетия, но он также распространяется по континенту. Ученые склоняются ко мнению, что этот процесс не остановить: если грибок появился и закрепился, он уже не «уйдет». И тот, что вызывает ржавчину на деревьях, и убийца летучих мышей. Опасность тотального вымирания грозит всем видам, подверженным воздействию грибков.

В совокупности инфекционные грибы и грибоподобные патогены являются самыми разрушительными из всех известных на планете возбудителей болезней. За последние сто лет возросло число новых грибковых заболеваний у разных видов, включая человека. Откуда берутся эти грибки? И можем ли мы сделать что-нибудь, чтобы предотвратить их появление?

«Ржавчина», плесень, гниль, грибки – мы живем в облаке микроскопических спор, которые в любой момент могут начать развиваться. Грибки повсюду. Мы выуживаем из глубины холодильника давно забытый стаканчик йогурта, открываем его, но находим внутри только толстый зеленый ворс плесени. Розовые и желтые грибки пушатся на стене пострадавшего от наводнения дома. Воздух, которым мы дышим, кишит грибковыми спорами, а под землей гифы проникают еще глубже в почву. По этим клеточным трубочкам текут вода, питательные вещества и другие химикаты. Грибки есть в океанских глубинах, радиоактивных руинах Чернобыля и за влажными полотенцами, развешанными для просушки на Международной космической станции, которая вращается вокруг нашей планеты. Если вы готовите хлеб на закваске, то знаете, что дрожжи, тоже являющиеся грибками, наводняют воздух, которым мы дышим, но почти не приносят вреда. Внутри каждой из крошечных черных точек грибка Rhizopus, который цветет на куске старого хлеба, находятся десятки тысяч спор – именно потому, что их так много, мы в конце концов можем их заметить. Грибок, называемый кукурузной головней, образует округлые галлы, похожие на переполненные сосуды, которые могут разнести по полю 25 миллиардов спор. По оценкам химиков2, ежегодно в атмосферу попадает около 50 миллионов тонн спор, которые разносятся ветром от обитающих на земле грибков. И хотя этот вид размножения характерен для большинства из них, есть виды, которые используют другие способы. Например, дрожжи и их «родственники» размножаются почкованием, отделяя от себя дочерние клетки, хотя в неблагоприятных для этого условиях даже они могут перейти на споры.

Большинство грибков путешествуют с помощью спор. Некоторые из них перемещаются всего на доли дюйма, падая с одного листа на другой. Другие пересекают океаны, выживают при низких атмосферных температурах, в отсутствие влажности, под беспощадным солнечным светом, от которого не скрыться при высотных перелетах. Люди тоже переносят споры – на одежде, в волосах; мы вдыхаем и выдыхаем их тысячами. Споры, попавшие в грязь, могут скрываться в углублениях наших рабочих ботинок и кроссовок, а также в протекторах шин наших легковых и грузовых автомобилей. Мы разбрасываем споры, когда идем по туристической тропе, садимся в самолет, тем самым доставляя их из одного штата в другой или через океан. Они находятся на борту Международной космической станции, и некоторые могут отправиться с нашей помощью на Луну или даже на Марс. Одни выносливее других, а есть такие споры, которые должны быстро прорасти, иначе погибнут, поэтому длительные и трудные путешествия им не подходят. Другие выживают в таком путешествии, но погибают, попав к неподходящему хозяину, или ждут в спящем состоянии до тех пор, пока условия не станут приемлемыми для роста: а вдруг возможный хозяин пустит корни именно здесь, на этом пятнышке почвы? Как раз там, где уже десятилетие покоится спора. Отчасти именно поэтому наше соседство оказывается таким проблематичным – некоторые грибки, вызывающие заболевания, могут выживать в окружающей среде, даже не имея хозяина, в течение нескольких дней, месяцев или лет. В отличие от многих других патогенных микробов, споры грибков демонстрируют удивительную стойкость, причем каждая отдельная спора несет в себе инструкции для следующего поколения плесени, грибка, гнили и множества других собратьев. По некоторым оценкам3, существует не менее шести миллионов различных видов грибков, большинство из которых нам пока неизвестны (для сравнения: мы знаем около двух миллионов видов животных, большинство из которых – насекомые, и почти 400 тысяч видов наземных растений, и это не считая мхи, печеночники и тому подобное). Грибы являются одной из самых плодовитых и разнообразных форм жизни на планете.

Большинство видов грибов необходимы для выживания растений, животных и человека. Микробиом нашего кишечника и кожи населен не только бактериями, но и вирусами, простейшими, грибками – все они являются членами динамичного и разнообразного сообщества микробов, которые мы носим в себе и на себе. Под землей микоризные грибы – то есть те, которые поселяются на корнях растений, – соединяют и питают деревья и другие растения, а также помогают контролировать другие микробы, которые могут вызывать болезни. Спасительный пенициллин, открытый благодаря счастливой случайности и проницательному взгляду Александра Флеминга, производится тем же самым видом грибка, который мы можем увидеть на заплесневелом куске хлеба или кожуре испорченной дыни.

Многие грибки предстают перед нами в виде грибов – мясистых размножающихся тел с причудливыми названиями «Розовое диско», «Ангел-разрушитель», «Пальцы мертвеца». Сморчки, лисички, опята и другие грибы – желанные гости почти на любой кухне. Некоторые из них производят химические вещества, которые могут отправить нас в психоделическое путешествие или убить. Грибы принимают форму нитевидных гиф, которые прощупывают окружающее пространство, тянутся в разные стороны, связываются друг с другом и поднимаются вверх, пробиваясь сквозь кору, почву, а иногда даже асфальт. Эти и другие грибные плодовые структуры (поскольку не все грибы образуют мицелий) выделяют споры. Когда они разрастаются, их гифы проникают в землю и растут внутри и на корневищах деревьев и других растений, а также могут пробиваться через гниющие бревна. Грибы – одни из самых важных чистильщиков в мире: они превращают то, что когда-то жило, обратно в питательные вещества и почву. На самом деле они скорее близки к животным, хотя могут напоминать нам растения, но выделяются в отдельное таксономическое царство, так и называемое – грибы.

Животные, даже микроскопические, потребляют и переваривают пищу. Мы тоже это делаем – с помощью желудка. Грибы же сперва переваривают пищу и отправляют свои пищеварительные соки в окружающую среду. Ферменты разлагают растения, животных и другие микробы – именно таким образом превращаются в питательные вещества поваленная сильным ветром береза, стена в ванной, кусок сыра, человеческое тело. Грибки, питающиеся тем, что умерло, так называемые сапротрофы, превращают кожу и перья, кору и листья в молекулярные строительные блоки – аминокислоты, жирные кислоты и простые сахара, которые, в свою очередь, служат питательными веществами для грибов, растений и других живых существ. Затем грибы поглощают все необходимое из этой расщепленной материи. Если бы не они, мир был бы завален трупами и мы вряд ли смогли бы в нем жить. Многие грибы существуют если не в сотрудничестве, то в мире с другими живыми существами, но есть и исключения: некоторые питаются живой материей. Большинство грибов дают жизнь, а грибковые патогены ее забирают.

Возможно, вы читали о массовой гибели лягушек. А если живете на северо-востоке США, то наверняка заметили исчезновение летучих мышей или знакомы со смертельно опасными дрожжами, путешествующими по больницам и домам престарелых. Если вы любите кофе, какао или бананы, то, возможно, читали статью или две с тревожными заголовками, предупреждающими об их потенциальной гибели. Однако грибковые угрозы не являются проблемой конкретного вида, как можно предположить, листая новостную ленту. Они имеют гораздо больший масштаб, устойчивы, разнообразны и могут стать настоящей катастрофой. Потеря каждого вида или популяции влечет большие последствия. Лягушки и летучие мыши питаются мотыльками и другими насекомыми, поэтому их исчезновение дает возможность процветать гусеницам, поедающим урожай, и насекомым, которые служат переносчиками болезней. Орех и сосна поддерживают целые экосистемы, в которых обитают медведи, птицы, рыбы, растения и сообщества микробов, включая грибы, которые мы могли бы употребить в пищу. Что случится, если медведь или какая-нибудь птица внезапно лишится своего источника питания?

Я рассказываю эту историю, полную потерь, с точки зрения экологов, лесоводов, медиков, биологов, политиков и граждан, которые работают наперекор времени и пытаются спасти жизнь растений, животных и людей, какой мы ее знаем. Многие согласны с тем, что, если грибок, вызывающий заболевание, поселился в природе, он уже не «уйдет». Будет дремать без вреда для себя в отсутствие подходящего хозяина, но останется с нами надолго. И все согласны с тем, что лучшая возможность для любого вида пережить грибковую пандемию – быть генетически разнообразным. Некоторые пытаются предотвратить будущие грибковые пандемии, ужесточая политику в области торговли и путешествий или применяя новые технологии. Другие потратили десятилетия на выведение деревьев, устойчивых к болезням, хотя вряд ли доживут до тех времен, когда их работа станет видна. Ученые-растениеводы, генетики и хранители семян стремятся сохранить разнообразие сельскохозяйственных культур, чтобы наши потомки тоже знали, каковы на вкус бананы или пшеница. Их коллективные усилия дарят надежду на то, что так и будет, но общество должно подключиться к этой работе.

Профилактика – дело трудное, но осуществимое. Работать на предупреждение – значит с большим вниманием относиться к экспорту-импорту растений и животных, проводить экспресс-диагностику заболеваний и вовремя реагировать, если тест окажется положительным, и, что еще важнее, перемещаясь по миру, самим соблюдать меры профилактики. Также необходимо защищать биоразнообразие и стараться сокращать потери среды обитания. Там, где профилактика не помогла, следующим этапом выживания в условиях грибковой пандемии должна стать защита генетического разнообразия и потенциальных генов устойчивости в популяции деревьев, саламандр или продовольственных культур. Но гарантий генетического спасения не существует. Устраняя естественные барьеры между видами, мы получаем новые болезни, большинство из которых будут доброкачественными, некоторые вызовут небольшие проблемы, а другие способны вызывать катастрофические последствия.

Эпидемии и пандемии, о которых я пишу на этих страницах, начинались с того, что грибок перемещался из своей родной среды в совершенно новую, где ему попадался подходящий хозяин. В мире существует множество грибков, и хотя большинство из них безвредны, некоторые при определенных условиях могут причинить много бед. Наша задача на будущее – не допустить встречи потенциально опасных грибков с восприимчивыми хозяевами, в том числе и с нами.

Примечания к введению

1 Golan J.J., Pringle A. Long-Distance Dispersal of Fungi // Microbiology Spectrum, 2017. Р. 1–24.

2 Elbert W. et al. Contribution of Fungi to Primary Biogenic Aerosols in the Atmosphere: Active Discharge of Spores, Carbohydrates and Inorganic Ions by Ascoand Basidiomycota // Atmospheric Chemistry and Physics Discussions 6, 2006. № 6.Р. 11 317–11 355.

3 Трудно найти точную оценку количества видов животных, растений или микробов. Некоторые подсчеты основаны на «идентифицированных» и охарактеризованных видах, а другие, как в случае с грибами и бактериями, могут быть основаны как на охарактеризованных видах, так и на анализе ДНК. Одно из недавних исследований видов грибов показало, что их может быть до 12 миллионов. См. подробнее: Wu B. et al. Current Insights into Fungal Species Diversity and Perspective on Naming the Environmental DNA Sequences of Fungi // Mycology, 10. May 7, 2019. Р. 127–140. Данные о разнообразии жизни см. в статье: Ritchie H., Spooner F., Roser M. Biodiversity and Wildlife // Our World in Data. https://ourworldindata.org/biodiversity-and-wildlife#:~:text=We%20have%20identified%20and%20described,around%205%20to%2010%20million.

Глава 1

Прибытие