Микрокосм: E. coli и новая наука о жизни

Веронике, нашему живому чуду

Pantheon Books, New York

CARL ZIMMER 

MICROCOSM

E. coli and the New Science ofLife

Москва 
2013

КАРЛ ЦИММЕР 

МИКРОКОСМ

E. coli и новая наука о жизни

УДК 579.6
ББК 28.4
 
Ц61
Переводчик Наталья Лисова

Научный редактор Александр Марков, 
доктор биологических наук

Редактор Мария Несмеянова

Циммер К.
Микрокосм: E. coli и новая наука о жизни / Карл Циммер; Пер. с англ. — 
М.: Альпина нон-фикшн, 2013. — 394 с.

ISBN 978-5-91671-269-8

E. coli, или кишечная палочка, — микроорганизм, с которым мы 
сталкиваемся практически ежедневно, но который при этом является 
одним из важнейших инструментов биологической науки. С ним связаны многие крупнейшие события в истории биологии, от открытия ДНК 
до новейших достижений генной инженерии. E. coli — самое изученное 
живое существо на Земле. 
Интересно, что E. coli — общественный микроб. Автор проводит 
удивительные и тревожные параллели между жизнью E. coli и нашей 
собственной жизнью. Он показывает, как этот микроорганизм меняется 
практически на глазах исследователей, раскрывая перед их изумленным взором миллиарды лет эволюции, закодированные в его геноме.

УДК 579.6
ББК 28.4

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы 
то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет 
и в корпоративных сетях, а также запись в память ЭВМ для частного или публичного использования, без письменного разрешения владельца авторских прав. По вопросу организации 
доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь по адресу lib@alpinabook.ru. 

ISBN 978-5-91671-269-8 (рус.)
ISBN 978-0-307-27686-5 (англ.)

© Carl Zimmer, 2008
© Издание на русском языке, перевод, оформление. 
ООО «Альпина нон-фикшн», 2013

Ц61

Издание подготовлено при поддержке
Фонда Дмитрия Зимина «Династия»

Фонд некоммерческих программ  «Династия» основан в 2001 г. Дмитрием 
Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании «Вымпелком». 
Приоритетные направления деятельности Фонда — поддержка фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение. В рамках программы по популяризации науки Фондом запущено несколько проектов. В их числе — сайт elementy.ru, ставший одним из 
ведущих в русскоязычном Интернете тематических ресурсов, а также проект «Библиотека  «Династии» — издание современных научно-популярных 
книг, тщательно отобранных экспертами-учеными. Книга, которую вы держите в руках, выпущена в рамках этого проекта. Более подробную информацию о Фонде «Династия» вы найдете по адресу www.dynastyfdn.ru.

CОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Росчерк жизни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

Глава 2. E. сoli и слон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Глава 3. Система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

Глава 4. Путеводитель наблюдателя за E. сoli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

Глава  5. Вечный поток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

Глава 6. Смерть и доброта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143

Глава 7. Дарвин в аптеке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173

Глава 8. Открытый код  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202

Глава 9. Палимпсест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223

Глава 10. Играющая природа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .280

Глава 11. N равно единице?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .343

Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .356

Библиография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .358

Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .379

Глава 1

РОСЧЕРК ЖИЗНИ

Я ДЕРЖУ В РУКАХ прозрачную круглую коробочку и смотрю в окно. Всюду жизнь: 
двор зарос овсяницей и клевером, зверобой тянет листочки к солнцу и приманивает цветками жужжащих шмелей. 
Рыжий кот притаился под кустом сирени и, задрав голову, выслеживает зазевавшегося щегла. В небе летают 
снежные цапли и чайки. Нагло выглядывают из травы 
поганки и весёлки. У них есть общая черта, отличающая 
их от валунов и водопадов, катеров и канцелярских кнопок, — они живые.
Нам-то понятно, что эти объекты живые, но совершенно не очевидно, что значит быть живыми для них самих. 
Как все молекулы в теле снежной цапли умудряются 
работать согласованно и поддерживать жизнь птицы? 
Хороший вопрос, особенно с учетом того факта, что ученые на данный момент расшифровали лишь несколько 
коротких участков ДНК снежной цапли. Большинство 
встречающихся на Земле видов живых существ таят такие же загадки. Даже о себе мы знаем не так уж много. 
Да, сегодня мы можем прочесть весь геном человека, все 
3,5 млрд пар нуклеотидов ДНК , с помощью которых записан «рецепт изготовления» Homo sapiens . В этом генетическом фолианте ученым удалось идентифицировать около 
18 000 генов, каждый из которых кодирует один из белков — строительных материалов нашего тела. При этом 
ученые не имеют представления о том, для чего нужна 

МИКРОКОСМ
8

добрая треть упомянутых генов, и слабо понимают назначение большинства остальных. Мало того, наше невежество простирается гораздо дальше этих загадочных 
генов. Ведь гены, кодирующие белки, составляют всего 
лишь около 2% человеческого генома. Остальные девяносто восемь — практически неисследованная территория.
На всей планете есть лишь несколько видов живых 
существ, представляющих собой исключение из этого 
правила. Крупнейшее из исключений живет в круглой 
пластиковой коробочке, которую я держу в руках. Сама 
коробочка — чашка Петри — кажется совершенно безжизненной по сравнению с биологическим буйством 
за окном. На обратной стороне крышки видны несколько капелек воды. На дне чашки находится слой агара — 
плотного серого студня, изготовленного из водорослей  
с добавлением сахара и других веществ. На поверхности 
агара можно разглядеть цепочку бледно-золотистых точек, словно след кисти художника-пуантилиста. В каждой 
из этих точек — миллионы бактерий. Все они принадлежат к виду, который ученые интенсивно изучали в течение столетия и теперь понимают лучше, чем практически 
любой другой вид на Земле. Именно этот вид стал моим 
проводником в жизнь  — экспертом, способным рассказать 
о том, чем живые организмы отличаются от безжизненной материи, о принципах, которым подчиняются все живые существа, будь то бактерия, снежная цапля или любопытный человек. Я переворачиваю коробочку. На дне, 
на кусочке пластыря, надпись: E. coli K-12  (штамм Р1).
Я стал обладателем чашки Петри с кишечной палочкой Escherichia coli  во время посещения Лабораторий 
Осборна  — похожего на крепость здания на территории 
Йельского университета . На четвертом его этаже располагается лаборатория, заставленная инкубаторами с не

Глава 1. Росчерк жизни
9

аппетитным содержимым и бутылями, наполненными 
мутной жидкостью. Аспирантка Надя Моралес надела 
перчатки лилового цвета и поставила на лабораторный стол две чашки Петри — одну стерильную, другую 
с мутной кашицей, кишащей E. coli. Она взяла специальную петлю — изогнутую проволочку на пластмассовой 
ручке — и сунула ее в пламя газовой горелки. Петля засветилась оранжевым. Моралес вынула ее из пламени, 
дала остыть, а затем погрузила в кашицу. Открыв пустую 
чашку, она мазнула капелькой кашицы по стерильному 
агару — будто подпись поставила. После этого девушка 
тщательно закрыла крышку чашки и проклеила стык 
пластырем.
— Вероятно, первые колонии вы увидите завтра, — 
сказала она, подавая мне чашку. — А через несколько 
дней она завоняет.
Казалось, аспирантка дала мне философский камень. 
Очень скоро в безжизненном агаре моей чашки Петри закипели невиданные химические процессы. Старые молекулы распадались на части и соединялись в совершенно 
иных сочетаниях. Из воздуха в чашке исчезали молекулы 
кислорода, вместо них появлялся углекислый газ и капельки воды на крышке. Все пространство чашки было завоевано жизнью. Если бы у меня был микроскоп, я мог бы 
все это время наблюдать, как сотни E. coli, подаренных 
мне Моралес , передвигались по чашке, питались и росли. 
По форме каждая из них напоминает микроскопическую 
подводную лодку, защищенную оболочкой из липидов 
и полисахаридов. За ней тянутся похожие на пропеллеры 
хвостики, вращающиеся с частотой несколько сотен раз 
в секунду. Бактерия построена из десятков миллионов 
молекул, которые, сталкиваясь и взаимодействуя друг 
с другом, обеспечивают ее рост. E. coli, доросшая до до

МИКРОКОСМ
10

статочной длины, делится ровно пополам. Делясь снова 
и снова, она дает начало миниатюрной династии; именно 
эти династии, набрав численность, становятся видимыми 
как золотистые точки. Из этих точек складывается след 
живого росчерка аспирантки Моралес.
Если вам прежде доводилось слышать о кишечной 
палочке E. coli только в новостях, где речь шла о пищевых отравлениях, то выбор именно этого микроорганизма в проводники к тайнам жизни может показаться 
странным. Бесспорно, среди эшерихий есть и смертельно 
опасные штаммы . Но большая их часть совершенно безобидна. Примерно сотня миллиардов E. coli мирно живет 
в моем кишечнике, еще сотня миллиардов — в вашем; они 
во множестве населяют организм практически любого 
теплокровного животного на Земле. Их можно встретить 
в реках и озерах, в лесах и городских дворах. Помимо 
этого E. coli обитает в тысячах лабораторий, где ее разводят в бутылях с пенящимся содержимым и размазывают 
по чашкам Петри .
В начале XX в. ученые, стремясь познать природу 
жизни , начали исследовать безвредные штаммы E. coli. 
И кое-кому из них уже в конце первого десятилетия 
пришлось съездить в Стокгольм за Нобелевскими премиями , присужденными за эти работы. Позже новые 
поколения ученых пытались разобраться в устройстве 
E. coli. Они тщательно изучили бо льшую часть из четырех 
с чем-то тысяч генов этого микроорганизма и открыли 
новые законы жизни.
Именно на примере E. coli мы начинаем понимать, 
как гены согласованно работают, поддерживая жизнь, 
и как жизнь попирает стремление Вселенной  к беспорядку и хаосу. E. coli — одноклеточный микроорганизм 
и как таковой имеет на первый взгляд мало общего