Микроорганизмы окружают нас повсюду, хотя большую часть этого мира мы никогда не увидим без микроскопа. Они живут в почве, океане, воздухе, горячих источниках, льдах, на растениях и внутри животных. Одни вызывают болезни, другие помогают переваривать пищу, третьи производят кислород или возвращают элементы в круговорот веществ. Если убрать микроскопическую жизнь из биосферы, привычный мир очень быстро перестанет работать.
Само слово «микроорганизм» описывает прежде всего размер, а не родство. В одну практическую группу попадают бактерии, археи, многие одноклеточные грибы и простейшие. Они могут быть устроены очень по-разному и принадлежать к далеким эволюционным ветвям. Поэтому микроб — не аналог слова «животное» или «растение», а удобное обозначение существ, слишком малых для невооруженного глаза.
Особенно важное открытие произошло во второй половине XX века, когда стало ясно, что не все прокариоты одинаковы. Археи внешне часто напоминают бактерии, но их молекулярная организация и история происхождения заметно отличаются. Работы Карла Вёзе и его коллег привели к современной системе трех доменов: Bacteria, Archaea и Eukarya. Анализ молекул фактически перестроил древо жизни.
Размер микроорганизмов поражает не меньше их разнообразия. Типичная бактерия измеряется микрометрами, то есть тысячными долями миллиметра. В капле воды могут находиться тысячи и миллионы клеток, а в грамме почвы — огромные сообщества из множества видов. Малые размеры дают преимущество: вещества быстро проходят через небольшую клетку, а короткий жизненный цикл позволяет популяциям быстро реагировать на изменения среды.
Микробы не просто живут в окружающей среде — они поддерживают химический обмен планеты. Бактерии и археи участвуют в циклах углерода, азота, серы и других элементов. Одни фиксируют атмосферный азот, превращая его в соединения, доступные растениям, другие разлагают органические остатки, третьи перерабатывают метан. Без этих процессов экосистемы постепенно теряли бы способность к обновлению.
Особую роль играют микроскопические фотосинтезирующие организмы. Цианобактерии когда-то радикально изменили атмосферу Земли, увеличив содержание кислорода. Сегодня микроскопический фитопланктон океана остается одним из крупнейших производителей органического вещества и кислорода на планете. Поэтому невидимая глазу жизнь влияет даже на состав воздуха, которым мы дышим.
Человек тысячелетиями использует микробов, задолго до того как понял, что они существуют. Дрожжи заставляют тесто подниматься и превращают сахар в спирт, молочнокислые бактерии участвуют в производстве йогурта, сыра и квашеных продуктов. Ферментация стала одной из первых биотехнологий человечества, хотя ее настоящих исполнителей люди увидели только после появления микроскопов.
В медицине отношение к микробам долго было почти исключительно враждебным, и для этого были причины: бактерии, грибы, простейшие и вирусы могут вызывать опасные инфекции. Однако современная биология показала более сложную картину. Огромное количество микроорганизмов безвредно или полезно, а многие живут в постоянной связи с организмом хозяина. Микробиом человека — пример того, как микроскопические сообщества становятся частью нормальной физиологии.
Вирусы занимают особое место. Их часто рассматривают вместе с микроорганизмами, но вирусы не являются клетками и не могут самостоятельно размножаться. Для копирования им нужна клетка хозяина, поэтому вопрос о том, считать ли их живыми, во многом зависит от определения жизни. Их влияние при этом огромно: вирусы заражают животных, растения, бактерии и архей, меняя численность популяций и перенося генетический материал.
Некоторые археи и бактерии существуют при высокой температуре, сильной кислотности, огромном давлении или высокой солености. Такие организмы называют экстремофилами. Их ферменты используются в биотехнологиях, а сами они помогают ученым рассуждать о возможных формах жизни на других планетах и спутниках.
Современная микробиология все меньше ограничивается выращиванием культур в чашке Петри. Многие микроорганизмы трудно культивировать стандартными методами, поэтому ученые анализируют ДНК прямо из почвы, воды, кишечника или морских глубин. Метагеномика открыла огромный «темный» мир микробного разнообразия, который раньше практически не попадал в лаборатории.
Микроорганизмы кажутся маленькими только в физическом смысле. По влиянию на планету они сопоставимы с крупнейшими биологическими силами. Они создавали атмосферу, поддерживают круговороты веществ, участвуют в пищевых сетях, формируют здоровье организмов и становятся инструментами промышленности. Чем лучше наука изучает микромир, тем очевиднее парадокс: самые маленькие обитатели Земли во многом определяют работу всей биосферы.
А затем «Добавить на главный экран». 