Как одна бактерия "вышла из себя"

Схема передачи чумы от грызунов к человеку (Фото с сайта популярная-медицина.рф/чума)

Исследование эволюционного происхождения возбудителя опасной болезни человека – чумы – оказалось чрезвычайно интересным не только для эпидемиологии и медицины, но и для теоретической биологии. На примере бактерии ученым открылся детальный и пошаговый сценарий перехода вида в новую экологическую нишу и адаптивную зону. Последнее и есть собственно тот гигантский шаг, что в теоретической биологии обозначает начальные этапы макроэволюции. Представляется, что чумная палочка (Yersinia pestis) произошла от бактерии Y. pseudotuberculosis из семейства энтеробактерий, вызывающей кишечные заболевания у животных и человека. Это холодолюбивая энтеробактерия способна обитать в свободном состоянии в окружающей среде. Чумная палочка преодолела барьеры адаптивной зоны предка и проникла в кровь теплокровных животных, став облигатным (постоянным) паразитом.

Считается, что все крупные таксоны живых существ являются результатами макроэволюционных преобразований. Ученые - палеонтологи, морфологи, эмбриологи – могут продемонстрировать признаки и функции, позволившие таксонам шагнуть в новую для предкового организма нишу (экологическую, сменить адаптивную зону). В то же самое время показать непосредственно пошаговый сценарий возникновения нового таксона и его приспособлений удается довольно редко. В.В. Сунцову из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова удалось детализировать ход макроэволюционных событий. В представленной статье исследователь предлагает на примере возникновения чумной палочки перекинуть мост через пропасть двух понятий макро- и микроэволюции, напротив, провести границу между видообразованием (необратимые процессы) и микроэволюционными процессами (внутривидовыми, обратимыми). Тем самым автор считает, что реабилитирует позиции СТЭ: все механизмы эволюции (от молекулярно-генетических до экологических) действуют на видовом уровне. Пересмотр старой концепции разделения макро- и микроэволюции, несомненно, назрел и в данный момент в эволюционной теоретической литературе идет интересная и продуктивная дискуссия на эту тему, что делает рассуждения автора исключительно важной, интересной и самоценной составляющей данной статьи.

Происхождение чумной палочки связано с позднеплейстоценовым (22-15 тыс. лет назад) похолоданием в Центральной Азии и с изменениями (обратимыми, временными) в образе жизни сразу нескольких ключевых организмов: сурка, блохи, и бактерии. Популяция возбудителя чумы сформировалась из клона кишечного паразита (Y. pseudotuberculosis) сурков-тарбаганов (Marmota sibirica). Сурки-тарбаганы – жители холодных аридных зон Азии – впадают в зимнюю спячку. Для этого они организуют норку, закрывая на зимний период вход в нее, скрепляя строительный материал своими испражнениями. Так холодолюбивые обитатели кишечного тракта, проводящие часть своей жизни вне хозяев, попадают в пасть сурка на всю зиму. В этом месте происходит первое необычное изменение – с плейстоценовым похолоданием норки зимующих сурков стали промерзать до минусовых температур, что заставляло личинок блох, обычно живущих в гнездовой подстилке, перемещаться поближе к теплым спящим суркам. Во время зимовки личинки блох повреждали слизистую оболочку полости рта сурков и бактерии псевдотуберкулеза чисто механически стали попадать в кровоток (вот второе необычное изменение). Температура находящихся в спячке сурков и активность иммунной системы невысока (от 5^oС). Холодолюбивой псевдотуберкулезной палочке надо было сначала научиться переживать теплое летнее время, когда основной хозяин – сурок – «горячий», в промежуточном «холодном» хозяине – блохе, а затем «привыкнуть» к теплой среде теплокровного сурка. Получая эти умения, возбудитель псевдотуберкулеза оказывался в изоляции от материнской популяции – холодолюбивого (факультативного, временного) обитателя кишечника сурка. И вот он уже – чумная палочка – теплолюбивый обитатель кровяного русла млекопитающих, способный пережидать время в блохе, которая по совместительству, прекрасный разносчик возбудителя чумы. Поэтому дальнейшая эволюция представляет собой быструю радиацию нового таксона (распространение на других хозяев).

По своим молекулярно-биохимическим характеристикам признаки новообразованного вида находятся вполне в рамках привычного микроэволюционного «ландшафта», однако экологические последствия – достоверно макроэволюционные. Автор пишет: «В таком случае микробов псевдотуберкулеза и чумы правильнее было бы отнести не только к разным видам, но и к разным родам и даже семействам». Сложно с этим не согласиться. Условия необходимые для формирования нового вида микроорганизмов создали среду, сочетавшую условия экологических ниш предкового и дочернего видов, но сложились в определенный краткий период. Этим объясняется отсутствие промежуточных форм микроорганизмов между возбудителями псевдотуберкулеза и чумы в настоящее время.

По материалам исследований читайте статью Б. Жукова на страницах журнала «Вокруг света»