home | login | register | DMCA | contacts | help | donate |      

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add



20. Открытие болезней мелового периода

Незадолго до наступления сумерек стадо крупных зауропод степенно кормилось в зарослях деревьев каури. Благодаря своим длинным шеям половозрелые взрослые особи легко могли дотянуться до нижнего яруса леса и обрывать целые ветви, густо поросшие сочной молодой листвой. Лес был наполнен звуками кормёжки: шуршанием ветвей, когда крупные животные проламывались сквозь подлесок, хрустом и треском отрываемых от стволов ветвей и сокрушительным топотом этих гигантов. От стада исходили и другие, более тихие звуки: бурчание в животах, когда проглоченные растения перемалывались желудочными камнями и подвергались брожению во вздутом брюхе, и ещё отдельные звуки удовлетворения, которыми обменивались между собой члены стада. Воздух был наполнен острым ароматом смолы, сочащейся из повреждённых араукарий. Внезапно массы кровососущих двукрылых взлетели со своих мест отдыха на коре деревьев, в тени которых бродило стадо. Среди них были, в том числе, самки москитов, ищущие источник крови для того, чтобы обеспечить развитие яиц.

Усевшись на тело зауропода, одна из самок неоднократно приступала к питанию, получая не только кровь для своих яиц, но также ещё нечто гораздо более существенное – болезнетворные микроорганизмы. Насекомому пришлось прерваться в середине трапезы, которая должна была стать заключительной; возможно, появился теропод, и из-за этого охваченные паникой зауроподы бросились сквозь растительность, заставив самку москита быстро улететь прочь. Путь отхода привёл её к смолистому стволу араукарии. Попавшись в клейкую ловушку, она не могла вырваться на свободу. Напряжённые, отчаянные движения насекомого привлекли внимание какого-то мелкого хищника, обследующего кору, который прорвал крохотное отверстие на кончике её брюшка, ловко вырвал органы размножения и жадно съел богатые белком яйца. Часть содержимого кишечника попавшегося насекомого пролилась на свежую смолу, и вместе с этим уходила его жизнь. Выпотрошенная, она лежала на боку в капле пролившейся крови: голова и ротовые органы хорошо различимы, крылья расправлены – внезапная и неожиданная жертва двойной опасности. Ещё одна волна смолы погребла под собой маленькую самку двукрылого (цветная вкладка 8C).

События вроде описанных выше происходили в бирманском лесу 100 миллионов лет назад – гораздо раньше, чем начался наш поиск болезней мелового периода. Последние несколько секунд жизни этого двукрылого были чрезвычайно важны, поскольку они подготовили почву для самого первого открытия распространяемой насекомыми болезни мелового периода.

Одна из многих теорий, выдвинутых в отношении исчезновения динозавров, утверждает, что они стали жертвами болезней25. Хотя это звучит интригующе, до недавнего времени не было никаких свидетельств существования возбудителей болезней наземных позвоночных в мезозое. Это история о том, как они были обнаружены.

Мы интересовались историей болезнетворных организмов на протяжении десятилетий. Раз за разом обсуждение обращалось к вопросам о том, как искать болезнетворные организмы в летописи окаменелостей, когда и как возникла болезнь, и где впервые появился предок этих организмов. Мы всегда думали, что янтарь представляет собой идеальнейшее место для поиска ответов благодаря своим замечательным свойствам сохранять ископаемые организмы. Сохранялись нежные структуры вроде бактерий, пыльцы, и даже клеток с ядрами и митохондриями. Поэтому, если полагать, что болезнетворные агенты действительно могут сохраниться в янтаре, то находки каких патогенов следует ожидать?

Ответ – патогенов, распространяемых членистоногими, потому что янтарь – это самое известное место сохранения ископаемых членистоногих. Итак, насекомые в янтаре стали отправной точкой в нашем поиске болезней мелового периода. В таком поиске роль учёного становится очень похожей на работу детектива: поиск подозреваемых, поиск улик, использование дедуктивного рассуждения и упование на долю везения.

В ходе предварительных исследований учёный должен отобрать тех членистоногих, которые уже известны в качестве переносчиков болезней. Например, мы знаем, что комары переносят малярию, жёлтую лихорадку и вирус Западного Нила, укусы клещей являются причиной болезни Лайма, а мошки передают нематод, вызывающих речную слепоту. Чтобы увеличить вероятность обнаружения болезнетворных организмов, исследуемые переносчики должны быть многочисленными, организм должен обнаруживаться при помощи светового микроскопа, и инфекция должна быть ограничена определённым местоположением в теле членистоногого. Параметры были определены, и игра началась.

Примерно через 100 миллионов лет после попадания в смоляную ловушку в нашу лабораторию нашло дорогу замечательное сокровище – одно из нескольких кровососущих насекомых, обнаруженных в бирманском янтаре, которое удовлетворяло нашим критериям возможного содержания патогенных микроорганизмов. Когда экземпляр поступил, я аккуратно поместил образец, который представлял собой москита, на предметное стекло микроскопа и начал разглядывать через окуляры – с надеждой, но не питая особого оптимизма. Какая же это кропотливая и разочаровывающая работа – поиск свидетельств существования болезни в крохотных ископаемых кровососущих насекомых! Какова была вероятность обнаружения чего-то вроде микроскопического возбудителя болезни внутри насекомого длиной менее миллиметра? Поиск чего-то такого мелкого, чего-то, измеряемого микронами, в образце, не отпрепарированном обычными методами фиксации или не улучшенном диагностическим окрашиванием, был унылой и утомительной работой. Кроме того, вам по-прежнему стоит учитывать то, что микроорганизм вообще может быть нераспознаваемым.

Количество обстоятельств, играющих против такого открытия, выглядят астрономическим. Прежде всего, москит должен был кормиться на заражённом позвоночном, проглотить возбудителей болезни вместе с кровью, и всё это должно закончиться его сохранением в янтаре. Кроме того, именно этот кусок должен быть одним из тех немногих выкопанных из земли, отполированных и отобранных из числа прочих на отправку из Бирмы. И наконец, пройдя через руки нескольких перекупщиков и коллекционеров, образец должен был в итоге закончить свой путь под моим микроскопом.

На деле всё обстоит даже ещё сложнее: само действие по исследованию ископаемого двукрылого на предмет наличия внутренних патогенов сопряжено с трудностями. Для начала, насекомое должно быть достаточно прозрачным, чтобы можно было исследовать содержимое полости тела. В большинстве случаев наружные покровы остаются непрозрачными или лишь просвечивают, из-за чего невозможно чётко разглядеть внутренние структуры. Даже если образец в достаточной степени прозрачен, маленькие организмы вроде возбудителей болезней могут слипаться вместе, отчего кажутся тёмными каплями, или просто могут быть замаскированы фоном сходного цвета. Возможность различить патогенные организмы в янтаре появляется лишь в том случае, если они были особенно хорошо зафиксированы при помощи химических веществ, естественным образом присутствующих в смоле, а такое событие происходит редко252,253.

Тот первый, полный надежды взгляд в микроскоп показал, что брюшко было частично заполнено тёмным веществом – могло ли оно в действительности быть кровью? Возможно, думал я, всего лишь возможно. При переключении на увеличение средней силы в поле зрения попала удивительно чёткая область головы, демонстрирующая хоботок. В середине этой трубки, предназначенной для питания, находился сферический объект диаметром всего лишь 4 микрона, с тёмным образованием внутри. При ещё большем увеличении на образце выявились ещё несколько сферических объектов – один в центре, а другие ближе к краю хоботка (рис. 34). Что же это такое было? Я начал делать фотографии. К моему удивлению, на изображениях показалось короткое нитевидное образование, тянущееся от одного из сферических объектов –жгутик! Это было потрясающее свидетельство того, что мы нашли простейшее животное, и оно могло быть возбудителем болезни.

Кто кусал динозавров?

Рисунок 34. Группа амастигот (показаны стрелкой) Paleoleishmania proterus254 в хоботке москита Palaeomyia burmitis из бирманского янтаря.


Весь следующий день ушёл на повторное исследование образца. Более пристальный осмотр показал, что кусок янтаря следует заново отполировать, чтобы получше разглядеть эти образования. Эта процедура сопряжена с опасностью, потому что с каждой полировкой увеличивается риск повреждения образца. Обнаруженные свидетельства уже показывали, что это двукрылое было чрезвычайно ценным с научной точки зрения. После нескольких часов нервотрёпки, потраченных на утомительную ручную полировку этого маленького драгоценного камешка, мы смогли, наконец, сосредоточить внимание на содержимом брюшка, которое фактически содержало частично переваренную пищу, состоящую из крови. Случайное удаление хищником яичников позволило нам исследовать среднюю кишку, которая была набита многочисленными длинными извитыми тельцами, ориентированными в самых различных положениях. Они были настолько сильно изогнуты и переплетены, что сложно было найти такое, которое не было хотя бы частично прикрыто остальными, но они вполне определённо представляли собой жгутиковых простейших (рис. 35). Внутри их тел можно было разглядеть крупное тёмное ядро и кинетопласт меньшего размера. Древние представители трипаносом, которых впервые увидел человек – первое свидетельство заболеваний, распространяемых при помощи переносчика. Удивительное открытие!

Кто кусал динозавров?

Рисунок 35. Массы промастигот (указаны стрелками) Paleoleishmania proterus254 в средней кишке москита Palaeomyia burmitis из бирманского янтаря.


Конечно, эти результаты следовало подтвердить, производя сравнения с различными стадиями развития современных представителей семейства трипаносом в москитах. После прочтения многочисленных научных статей стало очевидно, что организмами, которые имели самое близкое отношение к ископаемым формам, были представители группы трипаносом, известные как Leishmania. Могла ли Leishmania существовать 100 млн. лет назад? Когда современные москиты кормятся на позвоночных, заражённых Leishmania, они получают мелкие, округлой формы, лишённые жгутика стадии под названием амастиготы, образующиеся в тканях позвоночного. Они удивительно похожи на круглые образования, которые были замечены первыми в хоботке окаменелости. Далее внутри насекомого амастиготы удлиняются и отращивают жгутик, который придаёт им подвижность. Эти стадии, промастиготы, размножаются путём простого деления, и в пищеварительном тракте насекомого их становится довольно много. Возникает много других типов, в том числе овальные формы, называемые проциклическими (рис. 36). В конце концов, некоторые из промастигот становятся удлинённым и превращаются в нектомонадную стадию. После периода бурного размножения образуется заключительная стадия парамастиготы. Эти короткие, притупленные клетки со жгутиками перемещаются к голове двукрылого и передаются позвоночному во время очередного кормления насекомого. Все эти стадии, амастиготы, нектомонады и парамастиготы, были обнаружены у ископаемого москита254 (рис. 24, 34).

Кто кусал динозавров?

Рисунок 36. Короткие, овальные проциклические промастиготы Paleoleishmania proterus254, связанной с москитом Palaeomyia burmitis из бирманского янтаря.


Для публикации требовались убедительные фотоснимки различных стадий, и потому мы пошли в фотолабораторию. Проходила ночь за ночью, и в итоге напряжённой работы появилась серия отпечатков, которые демонстрировали все признаки, необходимые для соотнесения этих микроорганизмов с возбудителями заболеваний позвоночных, относящимися к лейшманиям.

Теперь нам следовало получить следующую порцию свидетельств, в нашем случае в пользу существования переносимой насекомыми болезни в меловой период. Как можно было установить хозяина среди круга позвоночных, в которых поселяются паразитические Leishmania? В наши дни в организм млекопитающих и рептилий заносят лейшманий представители двух родов москитов Старого Света. Виды рода Phlebotomus предпочитают млекопитающих и морфологически отличны от представителей рода Sergentomyia, которые кормятся на рептилиях. Поэтому мы вновь вернулись к москиту в поисках подсказок, которые могли бы пролить свет на облик позвоночного-хозяина. Ископаемое существо, хоть и было описано в составе вымершего рода, потому что отличалось от всех ныне живущих типов255, обладало, однако, некоторыми признаками, обнаруженными у современных видов Sergentomyia. Одним из них было положение волосков на кончиках сегментов брюшка, которое обычно вертикальное у Phlebotomus и лежачее у Sergentomyia. Хотя на окаменелости остался лишь один из них (многие волоски и чешуйки у насекомых в янтаре утрачены, поскольку попавшиеся членистоногие делают попытки спастись), этот одинокий волосок были лежачим. Свидетельство ненадёжное, но, к счастью, даже если волоски не были найдены, их сочленовные ямки были по-прежнему на месте, а лежачие волоски сидят в удлинённых сочленовных ямках, и именно таким было состояние сочленовных ямок на образце.

Другой признак идентификации относился к жилкованию крыла, и жилкование у этого двукрылого определённо ставило его в один ряд с паразитами рептилий. Всё это было очень интересно, но, хотя показывало, что москит обладал признаками современных паразитов рептилий, свидетельств, необходимых для того, чтобы сделать вывод о том, что он кормился на меловых рептилиях, всё равно было ещё недостаточно. Но возможно, в силу самого невероятного стечения обстоятельств, там ещё оставалось несколько клеток крови, сохранившихся от его последней трапезы. Клетки крови позвоночных в обычных условиях разрушаются за четыре или пять часов после кормления142, но по объёму крови, оставшемуся в брюшке ископаемого существа, мы уже заключили, что перед смертью начались лишь ранние стадии переваривания крови255, и потому некоторые из клеток крови позвоночного могли бы по-прежнему оставаться неповреждёнными.

Мы новь обратились к окаменелости, чтобы получить больше ответов. Где ещё можно было бы ожидать нахождения клеток крови позвоночного? Средняя кишка в брюшке уже была полностью исследована, когда были сфотографированы различные стадии развития жгутиковых. Оставалась лишь часть средней кишки в области груди, которая обычно затеняется толстой кутикулой и плотными летательными мускулами. И, как ожидалось, эта область оказалась совершенно непрозрачной. Усилие выглядит безнадёжным, но его ещё стоит попытаться сделать. После нескольких часов поворотов двукрылого в разных плоскостях, крохотное пятнышко света внезапно открыло вид на просвет в грудной части средней кишки. В этом освещённом маленьком пространстве находилась группа снабжённых ядрами кровяных клеток позвоночного. Ещё одна захватывающая дух находка!

Несколько катушек отснятой и обработанной плёнки в конечном счёте позволили получить удовлетворительные изображения этих загадочных клеток с ядрами, и процесс идентификации начался. Были сделаны измерения, и мы обратились к литературе по размерам и морфологии кровяных клеток позвоночных. Снабжённые ядрами кровяные клетки в просвете средней кишки окаменелости были овальными, их длина варьировала от 10 до 15 нм. Млекопитающие отпадали в качестве её источника, потому что большая часть их кровяных клеток имеет дискоидальную форму и лишена ядер. Однако овальные кровяные клетки с ядрами имеются у птиц, земноводных и пресмыкающихся256. Как же можно ещё сильнее сузить поле для поиска? У земноводных клетки крови крупные, размерами от 18 до 67 нм по самому большому измерению (в большинстве случаев крупнее 26 нм); помимо того, поскольку в настоящее время не известно ни одного случая заражения земноводных Leishmania или переносимыми москитами трипаносомами183, мы могли вычеркнуть их из списка подозреваемых, оставив там птиц и пресмыкающихся. Как пресмыкающиеся, так и птицы обладают кровяными клетками, которые перекрываются по размерам с клетками в окаменелости256. У птиц, однако, не известно никаких современных случаев заражения Leishmania или другими передаваемыми через москитов трипаносомными инфекциями257, что исключает их из дальнейшего рассмотрения и оставляет лишь одну группу – пресмыкающихся.

Мы знаем, что существуют многочисленные зарегистрированные случаи трипаносомных инфекций у ящериц и змей, и во всех случаях москиты передают их или подозреваются в передаче183,258,259.

Также одна из целых кровяных клеток с ядром внутри ископаемого насекомого почти идентична по форме и размеру с проэритроцитом ящерицы183. Все эти факты в совокупности, от признаков насекомого-переносчика до морфологии и размера клеток крови, вели к заключению о том, что ископаемый москит кормился на рептилии.

В случае инфекций, вызываемых Leishmania, амастиготы образуются в клетках крови позвоночных, где они заметны в виде маленьких тёмных областей внутри более светлых областей, известных как паразитифорные вакуоли. Самым удивительным является то, что некоторые из ископаемых кровяных клеток действительно содержат эти вакуоли с развившимися амастиготами внутри (рис. 37). Они демонстрируют поразительное сходство с развивающимися амастиготами Sauroleishmania в кровяных клетках современных ящериц183,260. Так что здесь, внутри этого маленького москита, находились заражённые кровяные клетки пресмыкающегося. Вероятность обнаружения свидетельств существования таких патогенных организмов среди ископаемых остатков любого позвоночного была бы минимальной. Вот, почему янтарь – это клад сокровищ, хранящий так много тайн прошлого.

Кто кусал динозавров?

Рисунок 37. Кровяные клетки пресмыкающегося внутри кишки москита Palaeomyia burmitis из бирманского янтаря. Стрелками указаны амастиготы, развивающиеся в вакуолях внутри клеток крови260.


Каким же сложным случаем детективной работы оказалось это исследование. Значение этой находки не было осознано в полной мере до тех пор, пока мы не задались вопросом о том, какие типы рептилий могли бы обеспечивать пищей нашего невероятного москита. Кто был доминирующими рептилиями, и даже, если брать выше, доминирующими позвоночными того времени – никто иной, кроме динозавров! Мог ли этот ископаемый москит кормиться на динозаврах? Почему бы и нет? Конечно же, они были широко распространены, и если современные москиты, кормящиеся на рептилиях, нападают на самые разные виды ящериц и змей, то почему бы формам из мелового периода не отобедать на динозаврах? Внезапно эти клетки предстали перед нами в новом свете: они могли быть первыми заражёнными клетками крови динозавра, которые видел человек. И, что гораздо более существенно, могли ли они содержать агентов, которые вызвали, или хотя бы способствовали падению динозавров? Мы не можем утверждать наверняка, но мы знаем, что в меловой период москиты были распространены широко – вероятно, всесветно. Когда многие континенты были соединены друг с другом, легко могли возникать пандемии. Эта единственная окаменелость, хранящая огромное богатство научной информации, позволила бросить взгляд в прошлое, который показал абсолютную реальность заразных болезней, смерти, а возможно, и вымираний.

Если находка единственного заражённого переносчика болезни устанавливает факт присутствия болезнетворного микроорганизма в конкретном месте и времени, в одиночку она не может указывать на распространённость инфекции. Именно поэтому нас охватило сильное волнение, когда в бирманском янтаре, полученном в течение нескольких следующих месяцев, мы обнаружили ещё больше заражённых москитов. Фактически, из 21 самки москитов, которые были исследованы, у 10 были обнаружены трипаносоматиды. Это открытие подтверждало наше первоначальное подозрение в том, что 100 млн. лет назад частота встречаемости лейшманиоза рептилий в этой местности была чрезвычайно высокой. Вероятность обнаружения заражённого современного москита в очагах естественного заражения лейшманиями очень невысока. Какой же была частота встречаемости инфекции, если судить по москитам, обнаруженным на данный момент в бирманском янтаре? Невероятно высокой! Возможно, многие или все проживающие в этих местах москиты кормились на заражённых позвоночных, что указывает на эпидемию среди хозяев-позвоночных, в том числе, возможно, среди динозавров.

Если можно было обнаружить одного возбудителя болезни, то можно ли найти других? Это разожгло наш интерес, и мы начали исследовать кровососущих мошек в качестве возможных переносчиков возбудителей заболеваний позвоночных животных. Наша настойчивость была вознаграждена, когда мы обнаружили древний малярийный организм в мокреце из бирманского янтаря (цветная вкладка 9A). Внутри полости тела ископаемого двукрылого находились развивающиеся ооцисты (рис. 38) и спорозоиты похожего на Haemoproteus болезнетворного организма, полностью сохранившиеся (рис. 23). И вновь, используя морфологические признаки кровососущих мошек, мы определили, что это насекомое, вероятно, кормилось на крупных позвоночных, а преобладающими крупными позвоночными в то время были динозавры261.

Кто кусал динозавров?

Рисунок 38. Развивающиеся ооцисты Paleohaemoproteus burmacis внутри мокреца из бирманского янтаря167.


Если простейших видно при помощи светового микроскопа, то вирусов – нет. Но мы, возможно, смогли бы найти некоторых вирусов, вызывающих болезни у насекомых, при помощи видимых через световой микроскоп маркеров вроде белковых полиэдрических структур, в которые инкапсулируются вирионы. Они подтвердили бы факт присутствие некоторых групп вирусов. И вновь настойчивость дала свои плоды. В средней кишке мокреца из бирманского янтаря содержалось несколько сотен полиэдров (цветные вкладки 9C, 9D) вируса цитоплазматического полиэдроза172. Как характерно для современных вирусных заболеваний этого типа, полиэдры находились в средней кишке хозяина. Вирусы цитоплазматического полиэдроза – представители семейства вирусов Reoviridae, которое также включает некоторые арбовирусы, являющиеся возбудителями заболеваний позвоночных. Итак, хотя арбовирусов в ископаемых членистоногих не обнаружено, были найдены полиэдры вирусов, паразитирующих на насекомых, которые могли быть предшественниками некоторых типов арбовирусов. В наше время вирусы цитоплазматического полиэдроза инфицируют мокрецов, комаров и москитов, и все они также передают арбовирусов позвоночным. Если судить по различным морфологическим особенностям, заражённый вирусом мокрец из бирманского янтаря, по всей вероятности, кормился на позвоночных животных172.

Изучение дополнительных ископаемых образцов из янтаря рассказало нам кое-что о других болезнях насекомых мелового периода. Мы обнаружили предполагаемый вирус ядерного полиэдроза у москита, болезнетворный грибок у щитовки (цветная вкладка 13D), паразитических клещей, прикрепившихся к насекомым (цветные вкладки 13B, 14C) и паразитическую нематоду у мокреца (цветная вкладка 13C)337. Обнаружение ископаемого болезнетворного организма всего лишь говорит нам о том, что он существовал в то или иное время. Насколько долго он существовал до этого времени, можно установить лишь в том случае, когда обнаружатся более древние окаменелости. Логика подсказывает нам, что многие болезни определённо существовали намного раньше, чем появились наши образцы. Но насколько раньше – это ещё предстоит узнать.


19. Паразитические черви | Кто кусал динозавров? | 21. Болезни и эволюция их возбудителей