Как паразиты совершенствуют человека
Как известно, в каждом живом существе присутствуют тысячи микроорганизмов, составляющих индивидуальный микробиом. Кроме того, существуют разные виды патогенных микроорганизмов, вирусов и бактерий, которые периодически атакуют людей и животных. Последние научные исследования показывают, что микроорганизмы влияют не только на здоровье, нервную систему, пищеварение, иммунитет носителя, но также обуславливают его поведение и эволюцию.
В новом номере журнала Nature вышла статья, в которой биологи из Университета Вирджинии описывают, как микроорганизмы воздействуют на социальные связи человека, уровень его общительности. Ученые выяснили, что за социальное поведение отвечает определенное вещество - гамма-интерферон, которое вырабатывается в живом организме иммунной системой в ответ на инфекцию. Если блокировать выработку гамма-интерферона, некоторые зоны мозга становятся гиперактивными, при этом уровень общительности существенно снижается.
По крайней мере, именно так происходит у грызунов, на которых проводили опыты. Когда гамма-интерферон разблокировали, у мышей восстанавливалась нормальная работа центральной нервной системы, и они снова устремлялись к своим сородичам. Биологи говорят, что то же самое происходит в организме человека: попадая в организм, микробы активизируют иммунную систему, которая, в свою очередь, вырабатывает стимулирующий желание общаться гамма-интерферон. Это идет на пользу и самим патогенам: при контакте людей они быстро распространяются, что, опять же, вовлекает в социальные связи новых людей.
Это открытие важно для понимания природы нарушения социального поведения при определенных неврологических и психических расстройствах. Оказывается, они напрямую связаны со сбоями в иммунной системе. Результаты исследования могут стать основой для новых методик коррекции поведенческих реакций. Кроме того, полученные данные в очередной раз показывают, насколько мы зависимы от микроорганизмов.
Недавно также появилось интересное исследование, демонстрирующее, что борьба между паразитами и их носителями стала движущей силой эволюции. Такие теории выдвигались и раньше, но у них была слабая практическая основа. Ученым из Стэнфордского университета удалось доказать, что с одной стороны, бактерии развивают новые способности для заражения и распространения, а с другой это побуждает иммунную систему носителей совершенствовать свои защитные свойства, что и "толкает" эволюцию. По данным исследователей, с тех пор, как появились homo sapiens, 30% всех изменений в организме человека обусловлено вирусами.
В ответ на инфекцию выделяются особые белки - интерфероны, запускающие цепь реакций, препятствующих размножению бактерий. Кроме того, интерфероны максимально активизируют иммунную систему, "натравливая" ее на борьбу с патогеном. Ранее считалось, что с инфекциями борются исключительно иммунные белки, которые со временем для успешного противостояния мутирующим вирусам соответствующим образом видоизменяются, то есть, эволюционируют. Однако биологи из Стэнфордского университета выяснили, что против вредоносных микроорганизмов ополчаются и многие другие белки, то есть, в борьбу вовлекаются большинство систем организма. Оказалось, что в общей сложности с вирусами взаимодействуют 1300 белков, присутствующих в живых системах.
Причем инфекции контактируют со многими молекулами клетки, в том числе с теми, которые отвечают за синтез органических веществ и репликацию ДНК - процесс копирования дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками. То есть, вирусы взаимодействуют со всеми принципиально важными клетками организма, используя их для размножения и распространения. А те, в ответ на нападение, мутируют, пытаясь достойно противостоять патогенам. Получается, что вирусы действительно являются одним из основных двигателей эволюционных изменений животных и человека.
А знаменитый американский биолог-эволюционист Ли ван Вален вывел так называемую гипотезу Красной Королевы. Как известно, персонаж книги Льюиса Кэрролла, Красная Королева, дала Алисе дельный совет: бежать как можно быстрее, чтобы при этом оставаться на месте. В биологии аналогичный парадокс выражается в том, что обмен генами посредством сексуального контакта позволяет лучше защищаться организму от паразитов, сохраняя свой геном в здоровом виде. То есть, в непрерывно изменчивой среде, даже чтобы остаться на месте (сохранить свою роль в экосистеме), надо непрерывно "бежать" (эволюционировать).
Согласно гипотезе Красной Королевы, вирусы повлияли на формирование полов и способность заниматься сексом. Ван Вален заключил, что под воздействием вирусов живым организмам пришлось быстро меняться, постоянно адаптируясь к их мутациям. И в процессе эволюции изменения в организме людей и животных сформировали половые различия и систему размножения половым путем.
Дело в том, что бесполое размножение позволяет патогенам быстро приспособиться к определенному организму и произвести большее количество потомства, что увеличивает шансы на выживание максимально высокого процента членов популяции. Секс же позволяет перетасовывать гены, получая новые комбинации, способные повышать устойчивость против постоянно мутирующих вирусов. У бесполых организмов шансы на выживание гораздо ниже.
Анализ процессов видообразования и вымирания видов, проведенный по палеонтологическим остатками кайнозойских млекопитающих, показал справедливость гипотезы Красной Королевы. Выяснилось, что основной причиной вымирания было постепенное ухудшение качества среды для группы родственных особей. Получается, что секс, а также все, что с ним связано, обязано своим существованием вирусам.
