Книга слизи. Скользкий след в истории Земли
Слизь — вещь неоднозначная. Слизь — и отвратительна, и восхитительна. Слизь — и транспортное средство для патогенов, и сильнейшее оружие нашей иммунной системы. Слизь — это вещество, с помощью которого движется наш мир. Слизь существует на стыке всего: между различными органами и слоями нашего тела, а также между землей, водой и воздухом в окружающей среде. В мире природы она часто становится решающим аргументом в фатальной схватке между хищником и добычей, а также играет ключевую роль в любопытных практиках спаривания подводных брюхоногих моллюсков. В этой удивляющей книге Сюзанна Ведлих проводит экскурсию по трехмиллиардной истории слизи: от роли, которую она сыграла в эволюции жизни на этой планете, до того, как она могла бы проявиться в постчеловеческой жизни будущего. Ведлих исследует культурное и эмоциональное значение слизи, от ее особой роли в фильмах ужасов до ее тонкого влияния на стиль ар-нуво. Слизь — это то, что объединяет любовь Патриции Хайсмит к улиткам, отвращение Джона Стейнбека к миксинам и страсть императора Хирохито к медузам. В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.
Оглавление
Купить книгу
Приведённый ознакомительный фрагмент книги «Книга слизи. Скользкий след в истории Земли» предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других
II
Физика
Слизь — это биологический материал, который сложно поддается объяснению. С точки зрения физики, вещества такого рода в большинстве своем относятся к водосодержащим гидрогелям, в которых трехмерная молекулярная ячейка удерживает жидкость. Тем не менее не каждая слизь — это гидрогель, и не каждый гидрогель — слизь. Характеристика консистенции слизи соответствует ее особенностям: слизи в основном вязкоупругие, то есть соединяют в себе свойства жидкостей и твердых тел. При этом они гибкие, что позволяет им подстраиваться под конкретные потребности. Следовательно, неудивительно, что они выполняют столько разных функций в природе, в том числе клея и смазки, как у улиток. Слизь также крайне необходима в качестве фильтрующего барьера, который пропускает воздух, питательные вещества и других желанных гостей, а возбудителей заболеваний и вредные вещества при этом останавливает.
Рисунок 8. Многообразие желеобразных существ на примере сцифоидных медуз (1–3,5). Надпись из номенклатуры цветов Вернера (1814), классификации цветов для деятелей искусства и ученых (4). Голова миксины (Eptatretus cirrhatus) с щупальцами и зубами в четыре ряда (6)
Вода в цепях
Когда Г. Ф. Лавкрафт задумывал свой вымышленный приморский город Инсмут, над которым сгущаются мрачные тени и у берега которого стоит грозный дьявольский риф, он взял за основу Ньюберипорт в Массачусетсе. Это один из многих прибрежных городов Америки, чьи славные дни, связанные с рыболовством, давно прошли. Конечно, рыбный промысел все еще существует, однако туризм намного прибыльнее. К тому же тем, кто ищет здесь устрашающие предзнаменования, придется довольствоваться лишь Морро — крупной скалой типа «вулканический купол», образованной из застывшей лавы и находящейся внутри давно утихшего вулкана. Она возвышается, словно пломба в давно гнилом зубе, и отбрасывает скромную тень, что, к разочарованию Лавкрафта, не вызывает особого ужаса.
Для этого в Морро-Бэй уж слишком солнечная погода и красочная береговая линия, а флора и фауна и вовсе как будто вышли из фильмов студии «Дисней». Морские выдры играют в воде со своим потомством, цапли гуляют по пляжу, а тюлени греют свои гладкие животики на солнце. Однако и в спокойном Морро-Бэй обитает слизистый монстр, соответствующий описаниям в книгах Лавкрафта и Сартра. Представьте себе существо, имеющее четыре сердца, щупальцы на голове, четыре ряда острых зубов, перевернутую вертикально улыбку (если это вообще улыбка) и не имеющее глаз. Примерно так выглядит миксина.
Это существо явно не всем по нраву. Писатель и лауреат Нобелевской премии Джон Стейнбек, к примеру, не переносил вид миксин, однако отмечал, что его друг, морской биолог Эд Рикеттс, восхищался определенными способностями этих созданий. Остается лишь догадываться, что именно имелось в виду. У миксины действительно есть некоторые особенности, и начинаются они с ее названия. Название вводит в заблуждение, так как, несмотря на корень aal в немецком названии миксин (Schleimaal), это длинное существо не относится ни к угрям, ни к настоящим рыбам[3].
Вместо этого миксины с паразитирующими и столь же очаровательными миногами являются последними существующими представителями первобытных круглоротых. Это имя лучше подходит миногам, поскольку те своим дискообразным ртом с несметным количеством зубов присасываются к рыбам и выдирают мясо с их боков. Не так давно одно сенсационное открытие подтвердило уникальную эволюцию круглоротых. Когда впервые были обнаружены отлично сохранившиеся останки миксины со следами слизи, которым было уже сто миллионов лет, это подчеркнуло родство миксин с миногами. Это открытие также доказало, что круглоротые начали развиваться примерно пятьсот миллионов лет назад, и только после того, как откололись от эволюционной ветви позвоночных. Ранее многие ученые ошибочно полагали, что круглоротые были примитивными предками позвоночных.
В отличие от миног, миксины кажутся почти безвредными, так как они прячутся в глубинах океана и питаются в основном трупами. На земле их может увидеть только тот, кто, как я, слоняется по улицам Морро-Бэй в поисках крупных торговцев рыбой. Один из таких — Сэнди Уинстон. Он сжалился надо мной и пригласил в это пасмурное декабрьское утро, почти перед Рождеством, к себе во двор. Там сотни миксин извивались в двух больших металлических контейнерах, в которые без остановки через толстые шланги текла свежая вода, которую животные быстро превращали в вязкое желе. Я это не только вижу, но и чувствую наощупь, потому что запускаю обе руки в эту прозрачную слизь и пытаюсь ухватить одну из миксин.
Их сложнее поймать, чем я думала, потому что они все время двигаются и выскальзывают из рук. Вдобавок там еще и слизь, такая плотная, что я могу ее поднять вверх, как ткань. Она такая вязкая, что оставляет паутину на моих пальцах, и такая липкая, что я не могу ее смыть, могу только оттереть старой жесткой тряпкой, ставшей твердой от слизи, которую мне молча протягивает коллега Сэнди — Бекки. Улыбчивая светловолосая американка стоит рядом со мной у контейнера и точно так же роется в слизи. Она несет ответственность за животных и сейчас ищет мертвую миксину.
— Я чувствую ее запах, — говорит она.
— Зачем изолировать мертвую миксину от остальных?
— Они друг друга не едят, — отвечает Бекки и добавляет: — Никто не ест миксин. Только корейцы.
Действительно, их подопечные готовятся попасть на азиатский рынок, где с них снимают кожу и зачастую начинают еще заживо жарить на гриле. В корейских водоемах они уже давно не водятся и поступают на рынок из-за границы, в том числе из Калифорнии, где почти никто не претендует на такой товар. Сэнди для себя оставляет миксин-альбиносов, которые тоже время от времени попадают в сеть, однако делает это не из соображений милосердия и любви к своим питомцам.
Причина в отвратительном вкусе. Сэнди однажды попробовал их под руководством своего корейского закупщика и пришел к выводу, что «такое проглотить трудно даже с большим количеством соуса». На морском дне неприятный вкус не играет никакой роли, потому что хищным рыбам не удается даже сделать первый укус. За мешковатую кожу миксин сложно уцепиться, и в целом они дают решительный отпор. Это, вероятно, и впечатлило Эда Рикеттса: при появлении угрозы миксины выпускают из своей кожи несколько литров вязкого вещества, состоящего из десятков тысяч крошечных протеиновых нитей высокой прочности. Выделяемое вещество превращает воду вокруг миксины в плотную гелеобразную слизь, в которой может задохнуться даже акула. Уникальные волокна миксин похожи на прочный шелк. Возможно, они проложат дорогу современному прочному эко-текстилю?
Давайте рассуждать дальше. Почему бы не использовать этот материал для гидрокостюмов, чтобы водолазы могли, подобно миксинам, не давать акулам приближаться? Проблема состоит в том, как потом избавиться от этой гелеобразной слизи. Способ, которым пользуются миксины, сложно применить нам. Они завязывают узел в своем теле и затем вытягивают его от хвоста до головы, снимая слизь через голову, как толстовку. Военно-морские силы США даже тестируют способы ареста кораблей с помощью слизи миксин. Сейчас ВМС США для принудительной остановки корабля катапультируют пластиковые тросы на приводы гребных винтов кораблей, где те должны зацепиться и замедлить ход судна. Впрочем, такой метод является неэффективным и опасным занятием по многим причинам. В связи с этим, военные лаборатории США надеятся использовать волокна миксины для разработки процесса выборочного затвердевания морской воды. Это было бы современное воплощение Morimarusa, мистического мертвого моря, которое упоминалось еще во времена античности. «Вот уже две тысячи лет в географических описаниях есть упоминание некоего “застывшего моря”, которое либо не дает сдвинуться, либо затрудняет ход тем кораблям, что туда попадают, — пишет историк Рихард Хенниг в 1926 году. — Уже в Средние века появлялись рассказы об этом “мертвом море”, или, как его также называли, “клейком море”, или по-латински Morimarusa».
Миксина, может, и королева слизи, но далеко не единственный профессиональный ее производитель. Более того, слизь действительно может дать ответы на многие эволюционные вопросы, ведь она крайне распространена в природе. Если и существует живое существо, полностью лишенное слизи, мне оно в ходе исследования ни разу не встречалось.
Большинство видов представляются мне очень многосторонними и креативными. Как писал Марк Денни, биомеханик из Стэнфордского университета, в своей прогрессивной публикации 1989 года: «Беспозвоночные используют слизь при передвижении, общении, продолжении рода, самозащите и даже питании, тогда как медузы, в том числе гребенчатые медузы (гребневики) и другие морские виды полностью состоят из желеобразной мезоглеи и подобных веществ».
Беспозвоночные, по сути бескостные, — это вовсе не тупик эволюции, а категория, к которой можно отнести до девяносто семи процентов видов. Наличие у них слизи, следовательно, не исключение, а необходимость, так как этот материал нужен для выживания. Во время тяжелой болезни Элизабет Това Бэйли держала у себя садовую улитку и наблюдала за ее поведением. «Слизь — это вязкая основа существа улитки, признак жизни брюхоногих моллюсков: с ней связано движение, защита, лечение, совокупление и защита яиц», — пишет журналистка. При этом и растения, и люди, будучи позвоночными, им в этом не уступают, так как тоже многофункционально используют слизь. Отличие в том, что мы это делаем более скромно. Задача по рациональному использованию слизи прежде всего стоит перед обитающими на земле животными, поскольку слизь, как водосодержащий материал, очень быстро высыхает. Тот, кто использует слизь в больших количествах, предпочитает хранить ее внутри тела, где расход воды легче контролировать. Но что именно представляет из себя слизь?
Данный вопрос является центральным для этой книги, однако на него, к моему удивлению, очень сложно найти ответ. Лишь отдельным вариациям слизи дано однозначное определение, а более широкого толкования этот крайне многогранный материал все время избегает. У слизи нет четкого прототипа, она, в зависимости от происхождения и функции, прячется за рядом псевдонимов, таких как гель, биопленка, растительный клей, гликокаликс, а также, в зависимости от среды обитания, называется биологической почвенной коркой или морским снегом. Легко ли здесь разобрать сходства и отличия? Даже в научных публикациях слизистые вещества огульно называются слизью без учета их внутреннего молекулярного строения.
Рисунок 9. Брюхоногие моллюски иглянки (Hexaplex trunculus) производят пурпурный краситель (1). Схема молекулы муцина в соединении с молекулой сахара. Изображение сильно увеличено (2). Самец миноги вида Geotria australis с увеличенным горловым мешком во время брачного сезона (3)
Какое же из определений должно лечь в основу этой книги? Этот вопрос долго занимал меня. В конце концов я решилась на обширное определение. Для конкретных гипотез и суждений некоторые биологические слизи слишком мало изучены. Однако в этой книге речь должна идти не столько о физических особенностях слизи, сколько о ее многогранности, ее разных функциях и ее колоссальном значении. Если коротко, то все, что выглядит как слизь, ведет себя как слизь и с точки зрения науки считается слизью, уместно упомянуть в этой книге. В ходе исследования, правда, проблема отсутствия единого определения слизи была вытеснена другой, не менее мучительной проблемой: как из огромного множества восхитительных слизей выбрать лишь несколько примеров для подробного рассмотрения?
В годы исследования мне казалось, что я попала в мир, придуманный Дж. К. Роулинг, не только для Гарри Поттера, но и для таких волшебников, как Ньют Саламандер, считающих, что существуют только ограниченные люди, но не странные существа. А если вы хотите познакомиться с кем-нибудь из милых зверушек поближе, то вы должны знать, где искать, и, например, заглянуть в потертый кожаный чемодан Саламандера. Чемодан оказывается порталом в другой мир. В его глубинах открываются разные среды обитания, от степи до пустыни. Эти места населены удивительными животными, такими как графорн — саблезубый тигр со слизистыми щупальцами, птица-фвупер розового цвета или большеглазый лунный теленок. Для меня проводником к моей собственной terra incognita был не старый чемодан, а слизь.
Определение слизи такое же непонятное, как и само вещество, однако название указывает на важные отличительные признаки. Слизь как вещество чаще всего встречается на пограничных пересекающихся поверхностях организма.
Слизь можно найти внутри нашего организма и организмов других живых существ, а также на контактных поверхностях организма с внешним миром. В окружающей среде она находится на пересечении таких сред обитания, как воздух, земля и вода. В этом случае слизь контролирует их взаимодействие и при этом выполняет три важнейшие функции. В качестве смазки она способствует наиболее легкому и беспрепятственному контакту. При этом в качестве склеивающего материала она этот контакт стабилизирует. Улитки, например, задействуют обе функции: они могут ползти вверх по стене, крепко к ней примыкая. Слизь также незаменима в качестве фильтрующего барьера на таких пограничных поверхностях, как, к примеру, стенка кишечника. Там слизь контролирует обмен между тканями и внешним миром. Как ей это удается?
«Слизь — это скорее свойство вещества, чем само вещество», — говорит микробиолог Ганс-Курт Флемминг. Слизи как свойству присуща вязкость, текучесть и клейкость. Такая характеристика основана на внутренней структуре слизи как гидрогеля. Само название дает подсказку: содержание воды в гидрогеле очень высокое и может достигать девяноста девяти процентов массы геля. «Таким образом, слизь — это просто твердая вода», — говорит Флемминг. Общее правило гласит: вне зависимости от (особенностей) консистенции, абсолютное большинство слизей являются гидрогелями. Мезоглея в теле медузы, например, превращается в некое желе за счет переплетающихся эластичных волокон. В данной книге слова «слизь» и «гидрогель» в основном синонимичны.
То, как проявляет себя отдельный вид слизи, зависит от строения и точного состава, особенно в двух основных компонентах: воды и трехмерной ячейки, которая эту воду укладывает в молекулярные цепочки. Цепочки состоят из полимеров — длинноцепочечных молекул, переплетающихся между собой. Особенной является их способность удерживать чрезвычайно много воды, образуя таким способом гидрогель. Если слизистый слой неполноценен, то здоровый организм может обеспечить пополнение, которое беспрепятственно присоединяется к уже имеющемуся гелю и тем самым заполняет дыру в барьере. Часто происходит так, что и без того многогранная слизь меняется в зависимости от потребности. В таком случае для лучшей защиты в ход пускаются антимикробные активные компоненты и иммунные клетки. Улитки, в свою очередь, оставляют в своем слизистом следе привлекательные компоненты для потенциальных партнеров для спаривания. Впрочем, сам материал тоже может быть изменчивым. К примеру, слизистые барьеры в женских половых путях в ходе менструального цикла становятся то тоньше, то толще, поэтому сперматозоидам нужно выбрать правильное время, чтобы проникнуть внутрь.
В природе слизь, несмотря на свое якобы хлипкое строение, может быть крайне стабильной. Следы отдельных видов улиток в зоне приливов можно обнаружить даже несколько недель спустя. Такая стабильность позволяет биологическим слизям создавать полноценные жизненные пространства на земле и в воде. Аналогично и для организма: особенность гидрогелей состоит в том, что они из-за высокого содержания воды и трехмерной клетки соединяют в себе свойства жидкостей и эластичных твердых материалов, которые, подобно резине, сразу после деформации принимают свой былой облик.
Эта так называемая вязкоупругость входит в характеристику слизистости, при которой вода течет, но сдерживается эластичными нитями в рамках молекулярной цепочки. Сам организм может регулировать такое поведение, делая гель более или менее вязким, то есть меняя толщину барьера. Подобная изменчивость, безусловно, вводит многих ученых в заблуждение, а способность слизи непредсказуемо реагировать под влиянием биологических стрессовых факторов и вовсе служит источником постоянной головной боли для специалистов.
28 августа, 38° 25´ с. ш…
Поймал на крючок катрана. Его глаз — самое красивое, что я когда-либо видел. Бледные серо-зеленые зрачки, сияющие, однако, как драгоценный камень, сапфир или берилл. А край радужной оболочки — темный.
Рисунок 10. Португальская галера, очень ядовитая медуза вида Physalia physalis (1). Классификация цветов Вернера для художников и ученых 1814 года (2). Моллюски обыкновенные камнеточцы (Pholas dactylus) прячутся в скалах (3)
Сравните: вода в своем поведении очень стабильна. Она не становится более плотной или жидкой от одного касания. Поведение гидрогелей, наоборот, зависит от того, как долго и интенсивно на них воздействуют определенные силы. Именно это делает их в качестве смазки, клея или барьера такими многогранными, хотя технически они в основном состоят из воды. Материаловеды были бы рады подробнее исследовать гидрогели и на их примере изобретать новые технологии, однако поведение вязких слизей зачастую оказывается слишком сложным. Почему бы нам в таком случае не рискнуть и не попробовать описать то, что едва ли поддается пониманию?
В октябре 1836 года Чарльз Дарвин вернулся из своего кругосветного путешествия обратно в Англию. Некоторые сокровища в его чемодане, например, препарированные рыбы и птичьи шкурки уже потеряли одно важное достоинство — свой цвет. На теле каракатицы можно увидеть радужные переливы, однако после смерти и консервации от нее остается лишь бледное желе с мутными глазами. Ученые-натуралисты сталкивались с проблемой того, что великолепие натурального окраса определенных существ нельзя было ни проанализировать, ни показать публике у себя на родине.
В связи с этим в начале XIX века немецкий геолог Абрахам Готтлоб Вернер впервые создал единую классификацию цветов, впоследствии дополненную шотландским художником Патриком Саймом. Для более точного сравнения цветá распределены по палитрам и тонам, а также дополнены примерами из мира природы. У Чарльза Дарвина также была эта книга, и он использовал ее, чтобы описать глаз мертвой акулы. Дарвин остановился на цвете verdegris — сине-зеленый цвет волнующегося моря, — что для науки не такое уж точное описание. Таким образом, лучше ориентироваться на классификацию Вернера, который описывал его как изумрудно-зеленый с большим содержанием берлинской лазури и легким касанием белого. Такой окрас характерен для длиннохвостых попугаев. И все же Дарвин по ошибке написал verdegris, или, возможно, просто не стал пользоваться номенклатурой цветов из книги?
Аналогичной классификации для слизи не существует. Даже если бы она и существовала, то представляла бы собой пятьдесят оттенков прозрачности, от молочно-белого до зеленовато-белого, если следовать Вернеру. Разумеется, существует ряд известных исключений. К примеру, желтая слизь пурпурных улиток становится при ярком солнечном свете темно-фиолетовой. Тысячи моллюсков были убиты в Древнем Риме, а затем и при европейских королевских дворах ради имперских пурпурных мантий (№ 40 у Вернера). Такая же участь постигла моллюсков вида обыкновенный камнеточец Pholas dactylus. Эти существа с помощью своей удлиненной ракушки проделывают дыры в камнях, чтобы скрываться в них на протяжении всей жизни. Тем не менее римляне нашли их и устроили пир, описанный Плинием. Рты, руки и одеяния гостей светились в темноте, потому что были испачканы биолюминесцентной слизью. Какое веселье!
Другие виды вырабатывают слизь, которая светится синим или зеленым цветом. Впрочем, хищная морская улитка Navanax inermis, тело которой украшено мерцающими полосами и точками, оставляет след из желтой слизи. Непонятным образом он отпугивает преследователей. В любом случае классификация Вернера в контексте слизи может помочь мало. Несмотря на то что с физической стороны биологические гидрогели непроницаемы, нам могла бы помочь классификация вязких липких веществ. Подобно Дарвину, использовавшему книгу Вернера, современные ученые должны опираться на стандартные гидрогели. В таком случае впервые обнаруженное вещество можно будет описать как комбинацию «слизи наземных стебельчатоглазых легочных улиток и катара (воспаление слизистой) с щепоткой Pholas», вместо того чтобы обходиться общим термином «слизь».
Рисунок 11. Хищная улитка Navanax inermis ползет по следу из слизи (1). Разрез кишечной ворсинки с производящими слизь бокаловидными клетками (е) (2). Обыкновенная пателла (Patella vulgata) с защитными углублениями в камне (Home Scars) (3). Виноградная улитка (Cornu aspersum) (4)
Гель и стресс
Указательным пальцем я провел по улитке и попробовал немного слизи на вкус. Успех был колоссальным: сначала я начал жестикулировать, как страус, затем залпом выпил стакан коньяка. Когда и это не помогло, выпил стакан пива, а за ним еще один. Впоследствии я на три дня потерял аппетит, а также расположение одной милой девушки, которой я по неосторожности рассказал о своем эксперименте…
Свадьба состоялась 20 сентября 1881 года. Виктория Баденская, немецкая принцесса, вышла замуж за кронпринца Швеции и Норвегии Густава V, а спустя годы стала королевой. Тем не менее, несмотря на трех родившихся у пары сыновей, брак существовал лишь на бумаге. Густав был гомосексуалом, а Виктория вплоть до своей смерти была в любовной связи со своим личным врачом, Акселем Мунте. Врач стал всемирно известен после публикации книги «Легенда о Сан-Микеле» — автобиографии, обильно снабженной выдумками. Большая часть книги посвящена постройке его виллы на Капри, белого здания с видом на море, в котором Виктория часто бывала во время их многолетнего романа.
Вероятно, она скучала по этим видам у себя дома в Швеции, поэтому велела построить дворец Соллиден на острове Эланд, напоминавший ей о вилле Мунте. Соллиден стал летней резиденцией королевской семьи. Виктория обращала внимание на каждую деталь как во дворце, так и в парке, в котором она хранила разные диковинки. В качестве украшения для сада Виктория выпустила на газон привезенную из Бадена Arion rufus — крупную красную улитку, — хотя похожий родственный вид тогда уже обитал и в самой Швеции. Речь идет о черном слизне вида Arion ater, который в доиндустриальной Швеции и вплоть до ХХ века использовался в качестве смазки для карет.
Как пишет этнолог Ингвар Сванберг, в то время на дорогах было полно расплющенных лягушек, дождевых червей и прежде всего черных слизней. Дети собирали моллюсков, которых потом в специальных контейнерах держали в каретах. Когда сухое колесо начинало трещать, под него клали улитку, которую карета благополучно перемалывала, продолжая движение. Вероятно, такая практика была широко распространенной, ведь немецкий писатель Герман Лёнс также писал, что перевозчики грузов использовали улиток как смазку для карет. В Англии была традиция, когда дети продавали вдоль железнодорожных путей улиток, которых использовали для смазывания колес поездов.
Однако избыток такой смазки может повлечь последствия. Так летом 2016 года в Германии, на мототрассе на окраине Падерборна, произошел неприятный инцидент. Автомобиль марки Trabant заскользил и перевернулся на широкой полосе слизи, которую оставили улитки в результате своей массовой ночной миграции. Сами же улитки не поскальзываются ни на влажном асфальте, ни на рассыпчатом песке, ни на склизкой грязи, а, напротив, остаются в крепкой связи с поверхностью, по которой ползут. Это позволяет им покорять любые пространства на земле и в воде.
Механизм их движения основан на трении между вязким гидрогелем и поверхностью, по которой они передвигаются. Две параллельные силы с противоположным направлением.
В обычной жизни это явление встречается при заносе автомобиля. Как и при движении улитки, машина стремится вперед, а дорога оттормаживает ее назад. Ценой этого противостояния являются шины, постепенно приходящие в негодность из-за конкурирующих сил.
Тот же принцип, но другой материал: улитки не производят резину, но оставляют после себя след из слизи. Такой вид ползания — это умелое использование вязкоупругости, которое улитки довели до совершенства, потому что разработали собственный вид слизи для покорения разных поверхностей. За счет сокращений под их телами начинают течь волны слизи. Это можно заметить у домашней улитки Элизабет Това Бэйли: «Моя улитка выделяет особый вид слизи — слизь для ползания. Когда она двигается по мху, это выглядит так, как будто она вообще не прилагает усилий. Однако, когда она ползет вверх по стеклу террариума, можно заметить, как небольшие волны слизи текут из-под ее тела». Что при этом происходит? Тело улитки при подъеме по вертикальной поверхности давит на слизь. В том случае, если давление достаточно сильное, молекулярная структура слизи рушится. В результате улитка может скользить по разжиженной слизи. Когда волна слизи проходит, давление ослабевает, и молекулярная структура восстанавливается. Слизь затвердевает, и улитка останавливается до появления следующей волны.
Специальные цепкие слизи помогают животным оставаться на месте при сильном прибое или, например, висеть на ветках вниз головой. Слизень Arion subfuscus, к примеру, так крепко цепляется за землю, что его не может от нее оторвать даже голодная птица. Американские ученые взяли эту цепкую слизь за основу для создания нового, более эффективного клея. Этот материал также функционирует во влажной и мокрой среде. Он мог бы, например, закупорить полость в кровоточащем сердце свиньи. Один из ученых сказал мне в личном разговоре, что одной из целей дальнейших разработок является создание такого клея, который мог бы впоследствии рассасываться в человеческом организме.
У австралийского слизня Triboniophorus graeffei на спине есть красный треугольник, из-за которого мне при первой встрече ошибочно показалось, что какой-то негодяй поцарапал его бритвой. Для таких улиток опаснее всего древесные лягушки, правда, первые знают, как с ними бороться. Вместо того чтобы цепляться самим, слизни предпочитают приклеить противника к поверхности. Ученые пришли к этому выводу, найдя одну несчастную лягушку, которая завязла в клее, пытаясь забраться на ветку дерева вблизи от такой улитки.
Рисунок 12. Улитки оставляют за собой след слизи при движении (1). Улитка двигается (2), а почва под ней за счет трения оказывает сопротивление. Под давлением тела улитки слизь к тому же становится более жидкой и позволяет легче осуществлять движение
На протяжении нескольких дней лягушка находилась в клейкой слизи, словно окаменелая, и ученым лишь силой удалось ее освободить. Без помощи она бы либо совершенно высохла, либо была бы съедена другим животным. Этому агрессивному биологическому клею можно было бы найти новое применение, поскольку он легко восстанавливается за счет контакта с водой. Как функционируют эти липкие материалы? К примеру, клейкая защитная слизь светло-коричневых лесных слизней содержит одиннадцать специальных протеинов (т. е. белков), которые обеспечивают особо крепкую молекулярную структуру геля, имеющего принципиальную важность для силы сцепления. Тем не менее мы лишь в самом начале полноценного исследования этих веществ. Полное понимание наступит тогда, когда они будут лабораторно воспроизведены и использованы человеком в зависимости от целей и потребностей.
«Как животное с одной лишь конечностью может передвигаться по клейкому веществу?» — таким вопросом задавался Марк Дэнни в одной из публикаций. Стоит отметить, что известная по поговоркам и анекдотам медлительность улиток связана как раз со слизью для ползания. Эта слизь обладает такой степенью липкости, что улитка от слизи, а слизь от поверхности едва ли может открепиться. При таком виде передвижения улитка как будто увязает в жевательной резинке, ползти по которой непросто. Из-за этого снижается скорость, тратятся время, сила и энергия, потому что ценный ресурс — слизь — остается позади, на уже пройденной дистанции. На ползание по слизи в целом у улиток уходит треть всей энергии. В сравнении с этим все другие виды передвижения в животном мире — прыжки, бег, плавание и змеиное извивание — совсем не энергозатратны. Даже летать легче.
Улитки стараются экономить энергию, запас которой часто становится жизненно необходимым — так, к примеру, садовые улитки Cornu aspersum при прохождении пористых почв вынуждены производить больше слизи для движения, и, соответственно, тратить на это больше энергии. Определенные приемы позволяют избежать такого расточительства. Улитки поднимают свое тело над землей и толкают себя, как гусеницы. Некоторые ученые называют это прыжками, хотя улитки не двигаются быстрее. Это вопрос не скорости, а равновесия и разумного расходования энергии, поэтому некоторые улитки оставляют точки слизи вместо целого длинного следа. Другие улитки, экономящие энергию, не могут или не хотят заниматься подобной гимнастикой. Вместо этого они следуют по слизистым следам других улиток и генерируют гель для передвижения только при крайней необходимости.
Такая экономия помогает улиткам при определенных обстоятельствах еще и налаживать личную жизнь в пути, если они нападают на интересный след. Мужские особи некоторых видов береговых улиток распознают потенциальных партнерш с помощью следов из слизи, которые содержат все необходимые данные, словно профиль на сайте знакомств. Вид, пол, направление и даже степень привлекательности женских особей можно узнать по слизи. Судя по всему, наибольшей популярностью пользуются хорошо питающиеся улитки, оставляющие за собой широкий след из слизи, не содержащий паразитов. Такое знакомство по слизи помогает улиткам, потому что они редко пересекаются случайно, а о быстрых свиданиях и речи быть не может.
Такой механизм работает, если не применяется обманная слизь. Для вида Littorina saxatilis характерен существенный численный перевес в сторону мужских особей. Таким образом, яйца, отложенные самкой этого вида, могут быть оплодотворены двадцатью самцами. Если заинтересованные самцы чересчур настойчиво преследуют самку, она начинает оставлять гендерно-нейтральный слизистый след. Это подмена с непредсказуемыми последствиями, поскольку самцы идут по совершенно ложному следу. Ни у какого другого вида улиток ученые не замечали попыток совокупления между самцами из-за возникшей путаницы.
Если оставить четырех улиток-партул наедине с розовой улиткой-волком, то через сутки от партул ничего не останется.
Тем не менее дело может доходить и до серьезных конфликтов. Розовая улитка вида Euglandina rosea[4] сжирает других брюхоногих, присутствие которых она чует по слизи. Для этого у нее есть подвижный отросток на губе, соединенный со специальным органом чувств, что представляет в своем роде сканер для слизи. Этот хищный моллюск идет по всем следам и съедает наземных улиток любого вида. Чуть легче приходится особям ее вида, с которыми она спаривается, если только они не запачкались слизью улиток-приманок. Остерегаться неприятного визита нужно и морским моллюскам. Например, некоторые физиды безостановочно производят слизь, которая, подобно тонкой ткани, покрывает их и их панцирь. Слизь помогает им легко погрузиться в осадочные породы, но может также привлечь хищников, к примеру, улитку Navanax inermis. Да, и эта большая улитка с элегантным названием идет по слизистым следам своей добычи, в том числе физидов. Интересно, что хищник в том числе бродит в своей собственной слизи, к которой Navanax, например, в случае опасности примешивает ярко-желтый защитный материал.
Иногда и родственные связи становятся проблемой. Жизнь моллюсков вида Lottia gigantea делится на два этапа: все особи в молодости имеют мужской пол, а затем превращаются в особей женского пола, при этом их поведение меняется соответствующим образом. Таким образом, строптивые юноши могут становиться проблемой, которую впоследствии пожилые дамы решают силой. Они не могут позволить себе ностальгировать по бурной молодости, слишком много стоит на кону. Особи женского пола живут отшельниками и, подобно другим моллюскам — морским блюдечкам (или пателлам), обитающим в приливной зоне, имеют собственный дом, который нужно защищать. Он представляет собой незаметное на первый взгляд углубление в камне, так называемый home scar.
Подобное углубление прекрасно подходит для проживания улитки, которая там защищена от высыхания во время отлива. Для этого ей нужно, правда, сначала найти путь обратно в раковину во время приливов и отливов. Собственный след от слизи при этом выполняет функцию внешней пространственной памяти, ведя улитку сквозь лабиринт зоны прилива, словно нить Ариадны. Калифорнийский ученый Уиллис Г. Хьюватт еще в 1940-е годы исследовал их таинственное поведение. Он изучил маршрут, по которому улитка возвращается домой. Как отмечает Рейчел Карсон в своей замечательной трилогии, посвященной озерам: «…обыкновенная пателла на какое-то время остановилась у края углубления, борясь с дилеммой. Однако при следующем отливе она повернула за угол и вернулась домой».
Для взрослых пателл углубления — больше, чем просто укрытие во время отлива. Вокруг ямки скапливается слой слизи, в которой самки улиток выращивают питательные микроводоросли, возможно даже удобряя их своей слизью. При этом из-за конкуренции сдерживается рост водорослей и они остаются мелкими. У молодых самцов нет никаких амбиций к подобному садоводству, поэтому они предпочитают охотиться на чужих территориях. Правда, если такие охотники встречаются с законными хозяевами, то их поджидает опасность, поскольку последние всеми способами борются с прожорливыми вороватыми соседями. На практике они словно проходятся бульдозером по незваным гостям и при необходимости нападают на их дома. Мой дом — моя крепость.
Таким образом, в качестве смазки и клейкого вещества слизь чрезвычайно многогранна и ценна, однако не менее важна и функция фильтрующего барьера. Всем организмам нужен барьер из слизи, а многоклеточные организмы и вовсе не могли бы развиться без защиты этих высокоспециализированных гидрогелей. Один только человеческий организм оберегают четыре системы гидрогелей. Они контролируют доступ ко всем важным частям тела, начиная от клеточного ядра, тканей, органов и заканчивая пищеварительным трактом. В конце концов, наше здоровье и вся наша жизнь зависят от того, как этот тончайший материал, состоящий в основном из воды, подстроится под каждую отдельно взятую потребность. Питательное или вредное вещество? Опасный патоген или полезный микроб? Сперма, иммунокомпетентная или раковая клетка? Кто имеет право пройти, а кто должен остаться снаружи?
Рисунок 13. Кровеносные сосуды, защищенные гликокаликсом (в разрезе) (1). Принц и кустарник в сцене силуэтного мультфильма Лотте Райнигера «Спящая красавица», 1945 (2). Удлиненные клеточные отростки с гликокаликсом (3)
Изменчивые границы
Во всей окрестной стране шла, однако же, молва о спящей красавице королевне, которую прозвали Шиповничком, а потому время от времени приезжали любопытные королевичи и пытались сквозь ту изгородь проникнуть в замок.
Но это оказывалось невозможным, потому что терновник, переплетаясь, стоял сплошной стеной, и юноши, пытавшиеся сквозь него пробиться, цеплялись за него, не могли уже из него выпутаться и умирали напрасной смертью.
Операция «Оверлорд» началась ранним утром 6 июня 1944 года высадкой союзников в Нормандии, после которой они в ожесточенных боях с немецкими отрядами отвоевывали путь внутрь Франции, где столкнулись с неожиданным противником. «Американцы не ожидали, что заросли бокажа окажутся такими густыми, что среди кустов растут высокие деревья, да еще и высаженные на высоких насыпях вдоль дорог. В ходе подготовки к высадке они привыкли думать, что кустарник в Нормандии будет таким же, как в Южной Англии. Командир 7-го корпуса генерал Коллинз говорил О. Брэдли, что бокаж ничем не уступает джунглям, в которых ему пришлось повоевать на Гуадалканале», — пишет историк Энтони Бивор. Союзникам спешно понадобилась помощь танков М4 «Шерман», оснащенных острыми стальными пластинами, которые за несколько минут могли срезать живые изгороди (бокажи), посаженные столетия назад местными крестьянами.
Неожиданно много усилий для барьера, который создан не из камня и цемента, а переплетен из живых ветвей. «Кустарник — это рубеж, пограничная область, — пишет литературовед Иан Родвелл в своем блоге Liminal Narratives. — Он очерчивает, маркирует и разделяет. Он создает границу между полями, лугами и дорогами». В природе кустарник не создает препятствий для воздуха, воды, птиц и других мелких животных. Одновременно он не пропускает диких животных и домашний скот, а также людей, в том числе и принцев, к Спящей красавице.
По сути, они представляют собой скорее барьер, но не абсолютную границу. Иными словами, некую пороговую зону перехода. В этом состоит их сходство с барьерами из слизи, которые тоже выполняют функцию выборочного фильтра.
Писатель Джон Райт в своей «Истории живых изгородей» предполагает, что подобные кустарники имеют древнюю историю. Вероятно, они использовались еще в раннесредневековой Британии для ограждения пасущегося скота от посаженных зерновых культур, а также для защиты полей от оленей, волков и других диких животных. Если не отходить от темы, то наши собственные ткани — это возделанная земля, которую надо защищать как от внешних возбудителей, так и от живущих внутри микробов. Совсем плотными гидрогели никогда не бывают, потому что они содержат слишком много воды, которая сдерживается лишь за счет трехмерной структуры вещества. Обе составляющие, водная и гелевая, играют важную роль для барьерной функции и процесса фильтрации, который происходит на разных уровнях. Об этом нам известно в основном благодаря работам Катарины Риббек из Массачусетского технологического института (Кембридж, США).
Может ли какая-то частица проникнуть сквозь гидрогель? Это зависит в первую очередь от объема самого геля и размера ячейки слизи. Крошечные частицы растворяются в геле в большинстве случаев так же незаметно, как насекомые пролетают сквозь живую изгородь. Крупные частицы, в свою очередь, застревают вне зависимости от того, имеет ли преграда ботанический характер, как в случае с кустарниками, или молекулярный, если речь идет о гидрогеле. Таким образом, слизь, словно сито, просто, эффективно и чисто механически осуществляет фильтрацию, в результате которой многие крупные вредные вещества и патогены без специального механизма действия остаются снаружи.
Методы отбора, которые использует барьер из гидрогеля, не всегда полезны для нас, так как иногда он не может отличить друга от врага, в связи с чем перехватывает полезные медицинские компоненты. Тем не менее, если при разработке новых лекарств не учитывать наличие барьера, то на достижение медикаментами своей конечной цели в организме будет уходить непозволительно много времени. Это значит, что любое лекарство, которому предстоит встретиться с барьером из слизи, должно, фигурально выражаясь, иметь при себе правильный билет. Грубая сила вроде той, что использовали танки-носороги, принесет в таких обстоятельствах больше ущерба, чем пользы, поскольку прорехи в барьере чреваты тем, что в организм попадут опасные патогены. Следовательно, биомедицина работает над созданием механизмов, функционирующих по принципу «Сезам, откройся!». Такие механизмы позволяют полезным активным компонентам проникнуть через гидрогель, после чего он тут же снова становится непроницаемым.
Тем не менее не всегда решение принимает один лишь гидрогель — у молекулярной структуры тоже есть право голоса. Иногда случается так, что барьер пропускает частицу, но она застревает внутри гидрогеля. Частица, таким образом, оказывается внутри электростатического взаимодействия ее собственной поверхности и слоя геля. Выбраться оттуда так же сложно, как принцам из кустарника, чтобы добраться к Спящей красавице. Однако бывает и обратное: если крупной частице удается пробраться сквозь гель, то ее взаимодействие с ним открывает проход для остальных. Некоторые патогены в ходе своей эволюции к этому приспособились и стали приносить с собой специальные энзимы (ферменты) типа молекулярных ножниц, способные прорезать дыру в геле. Другие действуют элегантнее, копируя код, открывающий проход в некоторые гели. Человеческие сперматозоиды также должны прорвать гелевый слой в шейке матки. В их случае успех операции зависит от консистенции слизи, которая меняется в зависимости от потребности организма. Иными словами, нужно подобрать правильное время!
«Я не хочу наружу, кто знает, что нас там ждет», — говорит Вуди Аллен в роли сперматозоида-очкарика в знаменитой комедии «Все, что вы всегда хотели знать о сексе, но боялись спросить». Он боится не без оснований. Дорога сперматозоидов в сторону яйцеклетки проходит непросто. Они, будучи не очень желанными чужеродными частицами, сначала проходят через чрезвычайно кислую среду влагалища, а затем через слизистую пробку, охраняющую доступ к матке. Этот барьер почти всегда толстый и плотный настолько, что патогены и сперматозоиды не могут пробраться внутрь. Ситуация меняется во время овуляции, когда созревает новая, готовая к оплодотворению яйцеклетка. Решающим фактором является значение водородного показателя (pH), в отношении которого действует следующий принцип: чем кислее среда, тем плотнее гелевая преграда.
При овуляции растет значение pH. Гидрогель в шейке матки размягчается, так как впитывает больше воды, следовательно, начинает легче пропускать входящие частицы. Тогда и только тогда отдельные сперматозоиды получают разрешение войти. Однако не только женское тело способно на подобные манипуляции. Мужская семенная жидкость также способна повышать значение pH во влагалище, тем самым создавая для себя более комфортные условия. В противном случае сперматозоиды долго бы не выдержали в условиях агрессивной кислой вагинальной среды. Нерасторопные и дефектные частицы, подобно микробам, быстро отфильтровываются. В ходе дальнейшего изучения работы Риббек становится очевидно, что значимость барьеров из слизи ощущается больше всего тогда, когда этот защитный механизм перестает работать.
А тем временем минули сто лет, и наступил именно тот день, в который и надлежало Шиповничку очнуться от своего долго сна.
Юный королевич подошел к изгороди и вместо терновника увидел множество больших прекрасных цветов, которые сами собой раздвинулись настолько, что он смог пройти сквозь эту изгородь невредимый, а позади него они опять сомкнулись непроницаемой стеной.
Недоношенность до сих пор является самой частой причиной смерти новорожденных, а также причиной осложнений у выживших младенцев. Известно, что в этом важную роль играют инфекции, живущие в утробе матери. Впрочем, в течение долгого времени было загадкой, как возбудители заболеваний попадают в утробу, если путь в матку защищен пробкой из слизи, которая должна оставаться непроницаемой на протяжении всей беременности. Одно исследование показало, что у многих женщин, склонных к преждевременным родам, слизистый барьер недостаточно плотный, и даже такой же пористый, как в период овуляции. Инфекциям, таким образом, даже не нужно напрягаться, чтобы попасть в организм матери. Средством защиты ребенка в таком случае могла бы быть синтетическая слизь, которая укрепила бы слабый барьер.
Значение pH в желудке, который долгое время считался стерильным органом, так же судьбоносно, как и в половых путях. Какой патоген может поселиться в органе с крайне кислой средой, чьи стенки защищены двойным слоем слизи? Бактерии Helicobacter pylori это удается. Она нейтрализует желудочную кислоту, что делает среду желудка более восприимчивой и гостеприимной. В результате изменения pH бактерия легче проходит через слизистый барьер. Таким способом возбудитель быстро добирается до стенки желудка и поселяется там. Helicobacter pylori
Конец ознакомительного фрагмента.
Оглавление
Купить книгу
Приведённый ознакомительный фрагмент книги «Книга слизи. Скользкий след в истории Земли» предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других
