Паразиты: Тайный мир - Карл Циммер

Только в 1990-х гг. биологи провели первые эксперименты по проверке этих общепринятых представлений. Один из них поставил немецкий эволюционист Дитер Эберт с водяными блохами, или дафниями. Водяные блохи иногда страдают от паразитических простейших Leistophora intestinalis, которые поселяются у них в кишечнике и вызывают понос; споры паразита выходят с поносом и попадают через воду на других блох того же пруда. Эберт собрал дафний из Англии, Германии и России и вырастил свободные от паразитов колонии каждой популяции. После этого он заразил колонии лейстофорой, но только той, что жила прежде в английских прудах.

Согласно традиционным представлениям о паразитах английские дафнии должны были перенести инфекцию лучше других. В конце концов английская Leistophora прожила внутри английских дафний несчетное число поколений и теоретически успела приспособиться к совместному существованию. На деле же Эберт обнаружил обратный эффект. Английские дафнии подхватили гораздо больше паразитов, чем русские и немецкие: они медленнее росли, откладывали меньше яиц и чаще умирали. Английские паразиты, хотя и сумели за годы совместного существования приспособиться к английским дафниям, были более вредными.

Не для всех биологов находки Эберта оказались неожиданными. Уже были построены математические модели отношений между паразитом и хозяином, которые помогли найти теоретические причины, по которым долгое общение может не смягчить, а только ухудшить отношения между видами. Естественный отбор благоприятствует генам, которые воспроизводят себя чаще, чем другие. Очевидно, у гена, который заставит паразита мгновенно убивать хозяина, мало шансов на успех. Но и паразит, который будет слишком мягок к хозяину, тоже вряд ли добьется успеха. Если он почти ничего не будет брать у хозяина, ему не хватит энергии на размножение и он окажется в том же эволюционном тупике. То, насколько сурово паразит обходится с хозяином, — биологи называют эту характеристику вирулентностью — определяется компромиссом. С одной стороны, паразит хочет взять от хозяина как можно больше, но с другой — ему выгодно, чтобы тот оставался в живых. Точка равновесия между этими двумя интересами и определяет оптимальную вирулентность паразита. И очень часто, надо заметить, оптимальная вирулентность довольно беспощадна.

Действие вирулентности прекрасно иллюстрирует ситуация с клещами, которые живут на ушах мотыльков. Ночные мотыльки должны всегда быть настороже и опасаться летучих мышей с их эхолокаторами. Услышав ультразвуковой сигнал такого локатора, мотылек начинает метаться из стороны в стороны, стараясь избежать атаки. Если клещи заселят все пространство мотылькового уха — внутри и снаружи, то места у них будет достаточно, чтобы завести множество отпрысков.

Но при этом неизбежно будут повреждены чувствительные волоски, при помощи которых мотылек слышит, и он оглохнет на это ухо. С одним ухом у мотылька будет куда меньше шансов уйти от летучих мышей — ночных охотников. А если откажут оба уха, мотылек обречен.

Природа нашла два решения этой проблемы. Некоторые виды клещей устраивают резиденцию на всей площади уха, как внутри, так и снаружи, но живут только на одном ухе мотылька, оставляя ему достаточно слуха, чтобы не стать легкой добычей. Другие виды живут на внешней стороне обоих ушей, но поскольку они не используют внутреннее пространство, то размножаются и передаются от мотылька к мотыльку медленнее, чем паразиты, нарушающие слух мотылька.

Чтобы проверить различные теории вирулентности, биологи пытаются предсказывать по ним поведение реальных паразитов. К примеру, в лесах Центральной Америки в осах обитает несколько видов паразитических нематод. Эти осы — исключительные существа: самка откладывает яйца в цветок фигового дерева и умирает. Когда цветок превращается в сочный плод, из яиц осы выходят личинки, которые будут питаться мякотью. Личинки созревают, превращаются во взрослых особей — самок и самцов — и спариваются: все это происходит внутри плода. Затем самки выходят из фиги, чтобы отыскать свежий цветок и отложить в него свои яйца. Улетая, они собирают на теле пыльцу, а найдя новый цветок, оплодотворяют его, запуская процесс создания нового семени.

Это приятный симбиоз и для растения, и для животного: фиговое дерево зависит от осы (без нее оно не сможет опылиться), а оса зависит от дерева (ведь именно в его плодах в безопасности вырастет ее потомство). Но вот в эту счастливую сцену вторгается нематода. Некоторые деревья заражены этим паразитом, и когда самка осы с яйцами собирается покинуть свое убежище, нематода заползает на нее, чтобы улететь вместе. К тому времени, когда оса добирается до нового цветка, нематода успевает проникнуть в нее и пожрать ее внутренности.

Оса откладывает свои яйца в цветок, но паразит уже успел отложить свои яйца в ее теле; к тому моменту, когда оса заканчивает откладывать яйца, паразит убивает ее, и из ее тела выходит полдюжины или около того молодых нематод.

Осы и нематоды живут рядом как паразит и хозяин уже сорок с лишним миллионов лет — между ними существует давняя, освященная веками связь. Разные виды ос при откладывании яиц придерживаются разных привычек: одни используют только нетронутый другими осами цветок, чтобы у личинок не возникло недостатка в пище; другие, не стесняясь, откладывают свои яйца рядом с уже отложенными яйцами других ос. Теория вирулентности позволяет предсказать поведение нематод, живущих в фиговых осах. Нематоды, которые паразитируют на осах — любителях одиночества, должны очень осторожно обращаться со своим хозяином. Если они загубят осу слишком рано, она успеет отложить всего одно яйцо или вообще не успеет ничего отложить, и у собственного потомства нематоды в плоде окажется меньше потенциальных хозяев, а их шансы на выживание сократятся.

Однако к паразитам более общительных ос это не относится. Отпрыски нематоды, вылупившись внутри фиги, скорее всего, найдут там других ос, в которых смогут со временем обосноваться. Таким образом, что бы паразит ни делал со своим хозяином, на его потомстве это никак не скажется, так что не стоит удивляться, если он будет безжалостен. Биолог Эдвард Херре более десяти лет изучал в Панаме фиговых ос и их паразитов; проверив данные по одиннадцати видам, он убедился, что они вполне укладываются в предсказанные схемы поведения, — и это сильный аргумент в пользу теории вирулентности.

Изучать законы вирулентности паразитологи могут практически на любых видах паразитов — будь то клещи, нематоды, грибы, вирусы или просто «хищная» ДНК. Хозяином тоже может быть кто угодно или что угодно — человек, летучая мышь, оса, дуб. Правила действуют одни и те же. Стоит ученым взглянуть на паразитов с этой — эволюционной — точки зрения, и разделяющие их стены неожиданно рушатся. Эти существа находятся на разных ветвях древа жизни, и произошли они от совершенно разных свободноживущих предков, но эти различия только делают черты сходства между ними более яркими. Еще Дарвин замечал, что при схожих условиях разные линии развития могут самостоятельно прийти к сходным формам. Так, голубого тунца и дельфина-афалину разделяют 400 млн лет самостоятельной эволюции. Тем не менее дельфин, предки которого еще 50 млн лет назад были похожи на койотов, приобрел каплевидное тело, негнущийся корпус и хвост в форме полумесяца с узкой шейкой — все, что свойственно и голубому тунцу. Биологи называют такое схождение конвергенцией, и паразиты — самый наглядный ее пример. Свободноживущие нематоды переселились из почвы в корни деревьев, где развили в себе способность включать и выключать отдельные гены и превращать отдельные клетки растений в удобные укрытия. Другая генетическая линия нематод породила Trichinella — паразита, который делает то же самое с мышечными клетками млекопитающих. Ланцетовидная двуустка изобрела вещества, которые могут заставить муравья залезть на верхушку травинки и замереть там. Тех же результатов добились паразитические грибы. Чтобы найти последнего общего предка двуустки и гриба, вам пришлось бы отыскать в океане некое одноклеточное существо, жившее миллиард лет назад или даже раньше. Тем не менее после этой временной пропасти те и другие сумели овладеть одинаковой тактикой, позволявшей им контролировать своих хозяев.

Законы вирулентности также основаны на конвергенции, и они обещают в будущем изменить нашу тактику борьбы с болезнями. К примеру, ВИЧ, как и нематода, чтобы размножаться, должен переходить от одного хозяина к другому. Если какой-то штамм ВИЧ получает возможность свободно путешествовать от хозяина к хозяину, он начинает быстрее размножаться в каждом отдельном хозяине (и причинять ему намного больше вреда). Именно этим объясняются эпидемии СПИДа: там, где у людей много половых партнеров, вирус быстрее разрушает иммунную систему хозяина.