Evoliucija: kaip grybai padarė mus šiltakraujais

Palieskite kieno nors odą ir pajusite žmogišką šilumą, nesvarbu, kokia aplinkos temperatūra. Šaltas kūnas – sergantis kūnas. Karštas kūnas – sergantis kūnas. Sveikas žmogaus kūnas, kaip pasakų pudingas, turi būti kaip tik tinkamo šiltumo.

Kasdien grybai nužudo milijonus gyvūnų ir augalų. Labai nedaug jų aukų kūno temperatūra aukštesnė, nei 37 °C. Atsitiktinumas? Mes laikome savo kūnų temperatūrą savaime suprantamu dalyku, bet išties mūsiškiai 36,6 °C yra išskirtinai neįprasti. Daugelis rūšių negamina savo šilumos. Driežai yra šaltakraujai, kitaip – ektotermai, taip pat varlės, kaip ir vabzdžiai, augalai, grybai, protistai ir bakterijos. Saulei nusileidus, jų kūnai atvėsta, pakilus – sušyla.

Ektotermija yra „normali“būsena; šiltakraujiškumas, arba kitaip endotermija, būdinga tik žinduoliams ir paukščiams. Žinome, kad ši savybė toms gyvūnų grupėms išsivystė atskirai pačioje jų evoliucijos istorijų pradžioje, bet kodėl, lieka paslaptimi. Seniau teigta, kad sugebėjimas gamintis kūne šilumą leidžia likti aktyviems netgi kai šalta. Bet ar gali šis pranašumas nusverti kaštus?

O kaštai nemenki: pastovios aukštos temperatūros palaikymui reikia daugybės energijos. Tiesą sakant, šiltakraujės rūšys nėra šiltos, jos karštos. Vidutinė paukščių kūno temperatūra yra 40 °C. Žinduolių ji pora laipsnių žemesnė. Būdamas 37 °C, jūsų kūnas šiltesnis, nei vidutinė temperatūra bet kokioje gyvenamoje teritorijoje, pavyzdžiui Sacharos dykumoje ar Amazonės džiunglėse. Šio biocheminio laužo kūrenimui mums reikia valgyti beveik 50 kartų dažniau, nei atitinkamo dydžio boa smaugliui ir suvartoti iki 30 kartų daugiau kalorijų. Kam toks išlaidumas? Būta keletas bandymų atsakyti šį klausimą (New Scientist, 2009 vasario 7, p. 42). Dabar Arturo Casadevall iš Alberto Einšteino medicinos koledžo Niujorke rado naują ir elegantišką paaiškinimą. Jį galima apibrėžti vienu žodžiu: grybai.

Mes negalvojame apie grybus, išskyrus, kai juos valgome ar randame augančius ant dušo užuolaidų ar kojų tarpupirščiuose. Tačiau beveik milijoną metų grybai buvo žemiškos gyvybės centrinė ašis. Jie auga praktiškai visur ir beveik ant visų rūšių gyvų sutvėrimų. Augalams grybai auga ant lapų, ant šaknų ir beveik visur kitur. Amfibijos ir ropliai priglobia tūkstančius patogeniškų grybų rūšių, keletas kurių dabar grasina išnaikinti visą varlių rūšį (New Scientist, 2010 gruodžio 11, p. 14). Vabalai, skruzdėlės ir termitai augina grybus maistui. Tačiau dažniau grybai santykiuose su vabzdžiais juos nugali – kartais labai dramatiškai. Keletas grybų rūšių sugeba užgrobti vabzdžių smegenis ir priverčia juos daryti siaubingus dalykus. Trumpai tariant, grybai yra visur. Na, beveik visur.

Žmonėse jų išskirtinai mažai. Casadevallis praleido pastaruosius tris dešimtmečius tyrinėdamas į žmonių kūnus įsiveržiančius grybus. Jie yra jo savotiškas kasdienis laimikis, tad jis negalėjo nepastebėti, kiek mažai yra jų rūšių. Labiausiai paplitusios kelios Trichophyton rūšys, sukeliančios atleto pėdą ir dedervines, bei Pneumocystis, sukeliančios pneumoniją žmonėms su nusilpusia imunine sistema. Tačiau dažniausiai Pneumocystis gyvena taikiai beveik visų mūsų plaučiuose ir Trichophytons dažniau yra svečiai, nei patogenai. Keletas kitų grybų rūšių, tarp jų Candida, Cryptococcus, Aspergillus ir Histoplasma, gyvuoja tik žmonėse su nusilpusia imunine sistema. Nors šios rūšys ir gali pakenkti, tačiau jos neišsivystė kaip patogenai. Tiesiog, jei suteikiama proga, jos pasiruošusios tuo pasinaudoti.

Regis, grybai nublanksta prieš mūsų gynybą. Kasdien nesuskaičiuojama daugybė sporų nusileidžia ant jūsų odos ir įkvepiama su oru, bet jei esate sveiki, paprastai jos nepadaro jokios žalos. Dažniausiai bakterijos ant jūsų odos ir imuninės sistemos ląstelės nugali įsibrovėlius, atremdamos juos po vieną biocheminiais kirčiais. Tačiau toks nelabai efektyvus mūsų gynybos nuo grybelių būdas sukėlė Casadevalliui įtarimą, kad veikia dar kažkokia kita jėga. Čia mūsų pasakojimas apie grybus susijungia su pasakojimu apie šiltakraujiškumą.

Pasirodo, žmonės nėra vienintelė gyvūnų rūšis beveik netrikdoma grybelių. Tai tinka kalbant apie visus žinduolius ir paukščius. Iš 1,5 milijonų grybų rūšių, mažiau, nei 500 auga ant žinduolių – nežiūrint to, kad pastarųjų yra daugiau, nei 4000 rūšių – ir dauguma jų nesukelia susirgimų. Palyginimui, vien žmogaus bamboje glaudžiasi tūkstančiai bakterijų rūšių. Nuodugnaus grybelių, gyvenančių ant paukščių, sąvado, regis, nėra, o greita „paukščių grybelinių patogenų“ paieška internetiniame citatų sąraše Web of Science davė apskritą nulį. Aišku, pamanė Casadevallis, tai, kad tik žinduoliai ir paukščiai yra šiltakraujai gyvūnai ir santykinai atsparūs grybeliams, nėra atsitiktinumas. Jis įtarė, kad mūsų tropinė kūno temperatūra neleidžia vystytis grybeliams ir būtent dėl to mes išsivystėme tokie šilti.

Jei ši idėja teisinga, galima tikėtis, kad šiltakraujų gyvūnų kūnų temperatūra yra didesnė, nei daugumos grybų toleruojama maksimali temperatūra. Norėdamas tai patikrinti, Casadevallis apjungė pastangas su Vincentu Robertu iš Grybų biologinės įvairovės centro Utrechte, Nyderlanduose. Naudodamiesi centre esančia grybų kolekcija, jie ištyrė 4082 grybų rūšių toleruojamą temperatūrą ir palygino ją su paukščių ir žinduolių kūnų temperatūromis.

Paprastai šioje vietoje beprotiškos teorijos subliūkšta. Tačiau tyrimai rodė būtent Casadevallio hipotezės nuspėtus rezultatus. Daugelis grybų klestėjo temperatūrose tarp -4 °C ir 30 °C. Aukštesnėje temperatūroje pradėjo reikštis perkaitimas, mažiau nei trečdalis rūšių išgyveno aukštesnėje, nei 37 °C ir tik 5 % gebėjo augti virš 41 °C. Kitais žodžiais tariant, dauguma paukščių ir žinduolių palaiko savo kūnų temperatūrą aukščiau – nors tik vos vos – už daugumos grybų toleruojamą maksimumą (Oxfordjournals, vol 200, p 1623).

Kitoje studijoje Casadevallis modeliavo optimalią žinduolių temperatūrą, kaip jų kūno dydžio ir aukštos temperatūros palaikymo kaštų funkciją. Tada sujungė šį pradinį modelį su rodančiu aukštesnės temperatūros teikiamus apsaugos nuo grybelinių patogenų privalumus. Pasirodė, kad geriausias buvimo šiltakraujais ir atsparumo grybeliniams susirgimams balansas pasiekiama, esant 36,7 °C – beveik tiksliai, kokia yra žmonių ir kitų žinduolių kūno temperatūra (American Society for Microbiology , vol 1, p 00212)

Be to, tas kelias žinduolių rūšis, kurių temperatūra žemesnė, nei šis lygis – laikinai ar nuolatos – labiau pažeidžia grybeliniai susirgimai. Tai ypač pasakytina apie ančiasnapius, kurie yra gana vėsūs – 32 °C. Tuo tarpu Šiaurės Amerikoje, žiemos miegu užmigusius šikšnosparnius, kai jų kūnai būna šalti, žudo grybelis, sukeliantis baltos nosies sindromą (New Scientist, 2010 kovo 27, p. 42). Nors triušiai neturi daug grybelinių patogenų, jų sėklidės, kurių temperatūra 35 °C , tai yra 4 – 5 °C žemesnė, nei viso kūno, jiems yra jautresnės. Ar tas pats pasakytina apie kitus žinduolius, kurių kūnai šilti, o kapšeliai vėsūs, kol kas dar nepatikrinta.

Casadevallis nesako, kad jo idėja paneigia šiltakraujiškumo atsiradimo teoriją dėl suteikiamo didesnio aktyvumo. Endotermija, sako jis, tikriausiai suteikdavo paukščiams ir žinduoliams pranašumo šaltomis dienomis, vakarais ir šaltaisiais mėnesiais, kai ektotermams telikdavo pasiduoti ir užmigti. Bet kam reikia būti tokiu karštu nuolatos? Jis mano, kad vos organizmai įgijo sugebėjimą pakelti savo kūnų temperatūrą, grybeliai šį termostatą atsuko labiau, nei būtų galėję būti be grybų – gal netgi iki stuburinių metabolizmo ribos. Temperatūra, kurią laikome normalia, yra pakankamai aukšta, kad užmuštų daugelį grybų, neužmušdama mūsų. Dėl šio balansavimo stiprus karščiavimas – kuris pats galėjo išsivystyti kitų patogenų naikinimui – toks pavojingas. Jie nustūmė mūsų kūnus prie pat galimybių ribos.

Nesvarbu ar grybai lėmė mūsų šiltakraujiškumo išsivystymą, ši idėja traukia tuo, kad pripažįsta, jog kitos rūšys padarė mus tokiais, kokie esame. Mūsų kūnai, su savo temperatūros, chemijos, organų, dydžio ir viso kito ypatybėmis, išsivystė ne tik dėl aplinkos sąlygų, bet ir dėl senovinių rūšių įtakos (žr. „Mus sukūrę žvėrys“).

Istorija gali padėkoti Casadevallio idėjai apie įdomią galimybę, kurią iškėlė protas, šiaip jau skirtas praktiniams atsakymams. Tačiau jei jis teisus, tai gali implikuoti daugiau, nei atrodo iš pirmo žvilgsnio. Iki 2100-ųjų pasaulinis atšilimas gali didelius pasaulio plotus padaryti tokius šiltus, kaip mūsų kūnai. Aplinkai šylant, Casadevallis mano, kad daugiau grybų rūšių prisitaikys prie šiltų sąlygų. Tad, be kitų jo sukeliamų rūpesčių, globalinis atšilimas gali reikšti atsparumo grybeliniams susirgimams mažėjimą.

Pirmieji to ženklai, pasak Casadevallio, gali būti „žinduolių grybelinių susirgimų plitimas, kai kurioms nepatogeniškomis laikomoms grybelių rūšims tampant patogeniškomis“. 

MUS SUKŪRĘ ŽVĖRYS

Jei kada jautėtės taip, lyg niekas jūsų nesupranta, esate teisūs. Didelės žmogaus kūno dalys dar neištyrinėtos. Ką veikia mūsų sinusai? Kodėl greta gyvenančių žmonių populiacijų pėdų arkos skiriasi? Kodėl žmonių širdyse išsivysto aterosklerotinės plokštelės, kas retai nutinka kitiems primatams, netgi jei jie maitinami žmonių maistu? Pradedant kojų pirštų galiukais ir kylant iki pat ausų, galima atrasti nepaaiškintų dalykų. Bet kam, pasiryžusiam šias mįsles įminti, geriausia pradėti nuo praeities. Esame tai, kas buvome. Toliau pateikti pavyzdžiai iliustruoja tai, kad mūsų dabartinė forma buvo stipriai nulemta senovinės sąveikos su kitomis rūšimis.

NUOGA TIESA

Žmonės neturi daug plaukų ant savo kūnų. Bet kokie plaukai tarkim, ant nugaros yra labai minimalūs, palyginus su šimpanzių nugaros augmenija. Vienas paaiškinimas teigia, kad mūsų protėviams atsistojus ant užpakalinių kojų, nebereikėjo saugoti nugaros nuo saulės kailiu, o nuogas kūnas leido prakaituoti ir taip vėsintis. Bet yra ir kita galimybė. Žmonių visuomenei tapus sėslia ir tankia, tai pritraukė naujus nepageidaujamus įnamius. Geriausias būdas atsikratyti šių parazitų – ir jų platinamų ligų – buvo atsikratyti plaukų, prie kurių jie prisikabina. Tad galime kaltinti blusas dėl savo nuogumo (Royal Society Publishing vol 270, p S117).

NAUDINGAS PRIEDAS

Anksčiau laikytas atavizmu, apendiksas (kirmėlinė atauga) yra kupina gyvybės, susidedančios iš milijardų ar netgi trilijonų mikrobų. Billas Parkeris iš Duke Universiteto medicinos centro Durhame, Šiaurės Karolinoje, mano išsiaiškinęs, ką jis daro – ar darė, jei pašalintas. Billas vadina apendiksą sengire, turinčia savyje visas reikalingas naudingų bakterijų rūšis žarnyno užsėjimui iš naujo, jei to prisireiktų (Sciencedirect vol 249, p 826). Tai labai svarbu, kai natūrali žarnyno flora būdavo pašalinama, pavyzdžiui, susirgus cholera, ar šiais laikais, nuo per didelio antibiotikų naudojimo.

LEOPARDAI SMEGENYSE

Mūsų protėviai turėjo labai didelę tikimybę savo gyvenimą baigti tapę leopardų, milžiniškų erelių ar kardadančių tigrų pietumis. Tai suformavo žmonių smegenis, nes išliko tik turėję gerai išvystytus kovos ir bėgimo gebėjimus. Dabar šie gebėjimai pasireiškia stresu ir nerimu. Mes vis dar bėgam nuo leopardų, bet jie niekada nepasirodo, todėl daugeliui prisireikia medikamentų.

KIRMĖLIŠKI SANTYKIAI

Pastaruosius keletą šimtų milijonų metų dauguma stuburinių turėjo kirminų. Žarnos, pilnos plaukagalvių, nematodų, spalinių, kaspinuočių ir daugybės kitokių rūšių kirminų neatrodo labai sveikai, bet tai galėjo turėti savotiškų privalumų. Atrodo, šie kirminai darė įtaką mūsų imuninės sistemos funkcionavimui. Dabar, kai jų pasitaiko rečiau, imuninė sistema kartais tampa pernelyg uoli ir sukelia imuninius sutrikimus, nuo Krono ligos iki išsėtinės sklerozės. (New Scientist, rugpjūčio 6, p. 6).

ŽUVINGAS VIRŠKINIMAS

Iš jūržolių gaminami skanūs suši, bet jos nėra labai gerai virškinamos. Tačiau panašu, kad kai kurie japonai šią problemą apėjo. Jų žarnyno bakterijos turi jūrose randamų bakterijų genų, kurie padeda skaidyti polisacharidą porfiraną, esantį kai kuriose jūržolėse (Nature vol 464, p 908). Atrodo, lyg suši valgytojų kartos (ar veikiau bakterijos jų viduriuose) pasiskolino šiuos genus iš bakterijų, prarytų su jūržolėmis, pridėdamos naują sudėtingumo sluoksnį senam posakiui, kad esame tai, ką valgome.