Что природа когда-либо делала для нас? Как деньги действительно растут на деревьях

Рисуя картину эволюции, прослеживая отношения между различными группами, биологи представляют диаграмму, которая больше похожа на дерево. В его основании, в стволе, находятся основные группы, появившиеся в кембрийский период. Основные ветви разветвляются и подразделяются на толстые ветви, затем на более тонкие и, наконец, на ветви отдельных видов.

Жизнь, видимая на каждой ветви и ветке, зависела от жизненных достижений на более ранних этапах. То, что не работало, исчезло, а те изобретения, которые удовлетворяли потребности в какой-то конкретный момент, были сохранены и основаны на них. Если бы не было земноводных, не было бы и млекопитающих. Современные люди находятся на вершине этой накопившейся сложности. Огромное разнообразие жизни, в которой мы живем сегодня, похоже на огромную библиотеку информации, отношений и систем.

Для нас, людей, это самый большой актив.

Поскольку билетный барьер открывается, и я смотрю хотя бы на один шаг вперед, неизвестно, сколько еще будет сохраняться это невероятное природное разнообразие. Скорость исчезновения видов сейчас примерно в 1000 раз выше, чем до появления первых людей. Благодаря работе эволюционных биологов я могу оглянуться на гипотетический 91 километр и увидеть развитие жизни на Земле. Но даже на 2 сантиметра вперед - это чуть больше века - неясно, куда приведет дальнейшее путешествие.

На этом крошечном расстоянии есть два возможных исхода - и один быстро ведет к шестому массовому вымиранию, возможно, в масштабе, эквивалентном тому, которое сопровождало гибель динозавров.

Но почему мы должны беспокоиться, даже если это путь к шестому вымиранию, который мы идем, преодолевая билетный барьер? Когда я иду от станции и мои большие пальцы рук доставшиеся от приматов точно проходят по сенсорному экрану смартфона, мы, несомненно, достигли места, где процесс естественной истории больше не имеет для нас значения. Разве не наш удивительный интеллект вывел нас из эволюции - за пределы природы?

Ответ на это - нет. Естественное разнообразие животных, растений и других организмов, окружающих нас, позволяет функционировать различным системам, поддерживающим жизнь. Все больше и больше исследований подтверждают, как жизнь поддерживает условия для жизни посредством циклов, которые поддерживают плодородие почвы, климатическую стабильность или, среди прочего, посредством сдержек и противовесов населения. Это интегрированная система, и мы находимся в ней и зависим от нее так же, как птицы и цветы.

Поэтому неудивительно, что природа вдохновляла людей с самых ранних времен, о чем свидетельствуют картины, найденные глубоко внутри пещер, где когда-то люди рисовали при тусклом свете изображения пигментами, сделанными из крови, ягод и почвы изображения животных, о которых они знали, что от них зависят. Мы можем только догадываться о мыслях художников, спускавшихся во мрак, чтобы рисовать, но, похоже, они понимали место людей в природе. Их умы были такими же, как у вас и у меня, но какая разница в перспективе выражается в слабом визуальном эхо заполненных играми равнин!

Однако художественное и духовное вдохновение - лишь один из аспектов того, как природа сформировала наше мировоззрение и благополучие. Ведь мы не только окружены скоплением видов, представленных в привлекательном множестве цветов, форм и комбинаций, но и огромным разнообразием взаимосвязей, которые, в свою очередь, отражаются в структурах, химических веществах и циклах, которые удерживают вместе разные системы.

Эти отношения принимают разные формы - например, отношения между хищником и жертвой, растением и опылителем, деревом и поедателем, травой и травоядным животным, паразитом и хозяином, симбиозом, комменсализмом и другими.

Это естественное разнообразие также является выражением практического решения проблем.

В испытаниях и постоянно меняющихся условиях, навязанных природой, все формы жизни должны постоянно оттачивать свою способность выживать - или вымереть. Подавляющее большинство видов, которые когда-либо существовали, совершенно естественным образом исчезли, чтобы их заменили другие в эволюционном путешествии, которое мы наметили сегодня по отметкам, отпечаткам и останкам, сохранившимся в виде окаменелостей.

Эволюционные процессы, которые позволяют новым организмам развиваться по мере вымирания других, на одном уровне основаны на генах. Это химический код жизни, который определяет животных, растения и другие формы жизни. Код записывается в молекулы ДНК, которые, в свою очередь, содержат комбинацию генов, специфичных для каждой формы жизни, определяющих, как они выглядят, ведут себя и функционируют.

Именно на этом генетическом языке написаны решения проблем выживания. Эти решения отражаются не только в структурах и формах, которые мы видим своими глазами, но и в огромной мастерской молекулярных инструментов и арсенале биохимического оружия, которыми обладают живые существа. Некоторые из них уже используются на службе человечества. Многие, многие другие ждут открытия, в том числе в почве.

Химическая гонка вооружений

Как мы видели ранее, в темном мире под землей обитает огромное и в значительной степени неизведанное разнообразие форм жизни с потенциалом практического применения для решения многих наших современных проблем. Под электронным микроскопом актинобактерии выглядят скорее как грибы с длинными нитями, которые проходят через почву, где они выполняют несколько жизненно важных функций, включая фиксацию азота и разложение.

Чтобы выжить в условиях тестирования, они разработали химические средства защиты, которые стали основой большинства современных антибиотиков. Одна группа, Streptomyces, производит более двух третей клинически полезных антибиотиков природного происхождения, включая эритромицин, неомицин, тетрациклин и цефокситин.

Гонка вооружений, которая длилась сотни миллионов лет в почве, теперь повторяется в больничных палатах и на фермах. Мы сопротивляемся нападению микробов с помощью антибиотиков, изобретенных в борьбе между организмами, которых мы даже не видим. И борьба с бактериальной инфекцией никогда не закончится, как и потенциальная способность микробов преодолевать нашу защиту. Мы можем и должны использовать антибиотики более осторожно, особенно на фермах, где их чрезмерное использование для предотвращения инфекции (а не для ее лечения) ускорило появление устойчивых бактерий.

Затем они проникают в больницы, где некоторые антибиотики против них бесполезны. И мы также должны признать жизненно важное значение других антибиотиков, которые уже изобретены природой и которые мы еще не нашли.

В почвах обитают другие организмы, которые могут помочь в будущих открытиях в медицине.

Например, естественные токсины, вырабатываемые некоторыми другими почвенными бактериями, являются одними из наиболее эффективных известных противораковых агентов. Огромное неизученное разнообразие жизни в почвах также имеет потенциал для коммерческого использования в других областях, помимо медицины, в том числе при разработке новых промышленных процессов, сельском хозяйстве и очистке от загрязнений.

Нашему здоровью и благополучию способствуют не только микроорганизмы. Крабы-подковы произошли из далекого эволюционного прошлого. Похоже на трилобитов, появившихся во время кембрийского взрыва, предки этих животных насчитывают около 350 миллионов лет. На самом деле это не крабы в обычном смысле этого слова, а скорее пауки и скорпионы.

Среди решений по выживанию, которые эти существа разработали в своем долгом путешествии, есть кровь на основе меди. В своем морском мире крабы живут в супе из бактерий, и их кровь - тщательно отточенный ответ на вездесущую угрозу заражения.

У этих животных есть необычно большие клетки крови, которые вырабатывают свертывающий агент, который, как было обнаружено, обладает довольно полезными свойствами. При контакте с бактериальными токсинами возникает реакция свертывания. Это свойство было использовано для проверки стерильности лекарств, вакцин и других медицинских приложений. Крабов вылавливают в море и перевозят в лаборатории, где берут часть их крови. Удаляют до 30 процентов, а затем выпускают крабов.

Кровь этих примитивных существ спасла множество человеческих жизней (а также жизни многих кроликов, которые ранее использовались для проверки стерильности партий лекарств). На сегодняшний день не изобретено никакого синтетического теста, который бы превзошел надежность теста, полученного на основе крови подковообразного краба.

Если вам когда-нибудь делали укол, то это очень хорошо, что эти животные все еще здесь. Тот факт, что они выжили в течение стольких миллионов лет, пережили великие события, в результате которых погибло так много других, и поделились с нами некоторыми секретами, хранящимися в их замечательной крови, сделал рутинные меры по улучшению жизни намного безопаснее.

Решения для выживания, разработанные группой животных, называемых конусными улитками, однажды также могут значительно улучшить благосостояние человека. Эти существа имеют давнюю родословную, принадлежащую к группе моллюсков, впервые появившихся в кембрийской эре.

Это хищные животные, обитающие в мелководных тропических водах мангровых зарослей и коралловых рифов, где они используют коктейль из токсинов, чтобы парализовать свою добычу. Они используют комбинации различных токсичных белковых молекул, которые доставляются в тело несчастного существа, которое они планируют съесть, через своего рода иглу для подкожных инъекций в их хоботке.

Они постоянно пересматривают смесь токсичных соединений, чтобы не дать животным, на которых они охотятся, выработать сопротивление.

Конусные улитки популярны и собираются из-за чудесных замысловатых узоров на их раковинах, и они были ценным предметом торговли на протяжении сотен лет. Однако именно вещества, которые они развили, чтобы обездвижить свою добычу, могут иметь гораздо большую ценность, чем их парадоксально украшенная броня.

Некоторые из токсинов, используемых шишковидными улитками, исследуются в качестве потенциальных новых методов лечения некоторых аспектов хронической нервной боли, которая оказалась устойчивой к большинству известных болеутоляющих средств.

Также исследуется смертельный яд для использования в кардиохирургии. Яд среднеамериканского скорпиона из коры изучается на предмет того, какую роль он может сыграть в повышении эффективности операций по шунтированию сердца. Также недавно были проведены испытания по лечению типа рака, называемого глиомой головного мозга высокой степени, с использованием яда желтого израильского скорпиона. Исследователи обнаружили, что яд, используемый этими животными для парализации своей добычи, содержит молекулу, которая прикрепляется к опухолевым клеткам.

При лечении рака также могут помочь химические соединения, содержащиеся в медузах. Недавние исследования показывают, как светящиеся клетки у этих животных могут революционизировать способ диагностики рака. Техника, в которой используются зеленые флуоресцентные белки, производимые медузами, в сочетании со специальной камерой, может быть использована для обнаружения рака на ранней стадии и глубоко внутри тела человека.