Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана

@importknig

Перевод этой книги подготовлен сообществом "Книжный импорт".

Каждые несколько дней в нём выходят любительские переводы новых зарубежных книг в жанре non-fiction, которые скорее всего никогда не будут официально изданы в России.

Все переводы распространяются бесплатно и в ознакомительных целях среди подписчиков сообщества.

Подпишитесь на нас в Telegram: https://t.me/importknig

Дж. Крейг Вентер & Дэвид Юинг Дункан «Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана»

Оглавление

Предисловие

Примечание автора

Пролог. Думать по-крупному о малом

Часть 1. В поисках микробов

Глава 1. Сюрприз Саргассова моря

Глава 2. Планета Микроб

Глава 3. Геном океана становится мета-геномом

Часть 2. Путешествия

Глава 4. От Галифакса до Галапагосских островов

Глава 5. Французская Полинезия – Форт-Лодердейл

Глава 6. Поиски в далеких морях (дальнейшие исследования)

Часть 3. Итоги

Глава 7. Взгляд в бесконечность

Глава 8. Микробов больше, чем звезд

Глава 9. Микробная «неудобная правда»

Эпилог. Думать о малом по-крупному

Предисловие

В 1990-Х ГОДАХ Я ВПЕРВЫЕ ПОЗНАКОМИЛСЯ С КРЕЙГОМ ВЕНТЕРОМ. Немногие люди оказали такое влияние на ход моей жизни. Будучи профессором вирусологии в Каролинском институте, а затем секретарем-перманентом Шведской королевской академии наук, я представлял Крейга на многих лекциях в Стокгольме. В каждом из его выступлений были представлены впечатляющие новые достижения, включая самое первое секвенирование полного генома в 1995 году бактерии Haemophilus influenzae, затем архей (одна из трех клеточных форм жизни, остальные - бактерии и эукариоты), после чего, конечно же, последовал геном человека с его примерно тремя миллиардами нуклеотидов.

Научное сообщество скептически (и с завистью) смотрело на новаторские усилия этого новатора геномики, включая внедрение техники "дробовика" для секвенирования ДНК. Но Крейг с квалифицированной командой компьютерщиков и математиков-инноваторов продолжал расширять границы исследований. Он бросил вызов хорошо финансируемому международному консорциуму ученых, участвующих в секвенировании генома человека. Кто финишировал первым и кто выдал результаты с максимальной честностью - спорные вопросы. Но, что важно, без квалифицированных и агрессивных инициатив Крейга не было бы гонки за расшифровкой генома человека, которая почти наверняка была бы завершена на годы быстрее благодаря его усилиям. Опыт, полученный Крейгом и его близкими соратниками в конце 1990-х - начале 2000-х годов, изменил ландшафт геномного секвенирования и сделал возможным бурное развитие секвенирования в дальнейшем, включая сбор и секвенирование десятков миллионов ранее неизвестных генов, описанных в этой книге.

Но Крейг всегда стремился достичь большего, чем просто собрать нуклеотиды. Он хотел понять, как устроена жизнь и как все взаимосвязано. В 2009 году я плавал с ним на каяке, исследуя несколько небольших скалистых островов вдоль восточного побережья Швеции. Во время этой прогулки Крейг сказал: "Эр-линг, я нашел суть жизни!". На что я, конечно же, ответил: "Разве это не замечательно, расскажите мне, что это такое". И ответ был таким: "Суть жизни - это обнаженная кожа на гладком камне". Чтобы оценить это проницательное высказывание, нужно знать, что именно лед, покрывавший Скандинавию около десяти тысяч лет назад, отполировал многие гранитные скалы архипелага до гладкости, как шелк. Крейг объединил эти знания в почти дзенское осознание красоты жизни и взаимодействия человека и природы. Именно с таким осознанием взаимосвязанности мира Крейг отправился исследовать микробиом океанов.

Я с гордостью принял небольшое участие в этом начинании, когда Крейг спросил, не хочу ли я поплавать на Sorcerer II во время его кругосветного путешествия в 2004-2005 годах. Я сразу же согласился. Как он знал, я был очарован океаном и с детства любил ходить под парусом, так что это было воплощением мечты. Мне посчастливилось быть членом экипажа Sorcerer II в пяти случаях: в Тихом океане - от островов Фиджи до Ван-Уату; в Южной Атлантике - от Кейптауна в Южной Африке до острова Вознесения через остров Святой Елены; в Кортезском море - между Баха-Калифорнией и Мексикой; в Северной Атлантике - от Бермудских островов до Азорских; и в трехдневном путешествии по самым дальним скалистым островам Стокгольмского архипелага с заходом в летний дом моей семьи на острове Блидё. Рассказы о некоторых из этих путешествий вошли в эту книгу.

Я никогда не забуду, каково это - находиться на борту судна размером с Sorcerer II: как лодка ловит сильный ветер, а полные паруса придают ей скорость в десять узлов и более. Как в открытом море между членами экипажа складывается определенная схема взаимодействия, камерная игра, структурированная непрерывным, циклическим прохождением дней и ночей без какого-либо контакта с сушей. И как в абсолютной ночной темноте разбивающиеся волны становятся биением сердца, а россыпь звезд на синем небе - безмолвным путеводителем.

Но помимо захватывающего рассказа о плавании через моря, здесь разворачивается богатая история, которая касается всех нас как отдельных людей, так и всего мирового сообщества. Находки, сделанные экспедицией "Колдун II", помогли раскрыть огромную сложность природы, особенно на уровне микробов. Теперь нам - мировому сообществу - предстоит использовать эти знания, чтобы сохранить океаны и планету здоровыми. И мы должны собирать больше образцов. Ведь даже при том потрясающем объеме информации, который уже собран, первоначальное кругосветное плавание лодки - это всего лишь царапина на поверхности океана.

Мы должны стать настоящими хранителями Земли ради нашего собственного будущего, а также ради всех жителей, которые называют нашу планету домом. Нам еще предстоит многому научиться.

Эрлинг Норрби, доктор медицины, доктор философии, август 2021 г.

Примечание автора

Эта книга - совместная работа ученого и писателя. В первую очередь это история ученого Дж. Крейга Вентера и его исследований микробиома океанов Земли с 2003 по 2018 год. Повествование содержит множество мыслей и идей Крейга и его коллег за последние два десятилетия работы над этим проектом. Кроме того, в ней использованы результаты его работы за два десятилетия до этого - прежде всего, его знаменитый проект конца 1990-х и начала 2000-х годов, который выиграл гонку за последовательность генома человека. В книге также использованы идеи и стиль написания научного писателя Дэвида Юинга Дункана - это одна из причин того, что книга написана от третьего лица. Другая причина заключается в том, что история включает в себя замечательную команду и персонажей, с которыми ученый сотрудничал, чтобы сделать исследования и открытия проекта возможными. Это сотрудничество охватывает весь мир и включает в себя сотни исследователей, спонсоров, помощников и других людей из стран, институтов и университетов десятков стран.

В процессе написания книги возникла сложность в том, чтобы включить характерный голос Крейга от первого лица в повествование от третьего лица. Решение было следующим: включить его голос в цитаты, его собственные слова, используя местоимения от первого лица. Это позволило создать рассказ о нем как о главном объекте книги и отчасти о нем как о соавторе. Мы используем наши имена - Крейг и Дэвид - когда появляемся в повествовании, в то время как фамилии используются для обращения ко всем.

Пролог. Думать по-крупному о малом

Эта история начинается с большого, а потом становится маленькой. Очень маленькой. Большая часть начинается так. Мужчина с всклокоченной седой бородой, глубоким загаром и льдисто-голубыми глазами стоит один за штурвалом Sorcerer II, стофутового судна из стекловолокна и кевлара.

Вокруг него в этот пасмурный летний день 2018 года океан вздымается ровными метровыми гребнями при умеренном бризе. Над носом корабля вздымаются два огромных козырька парусов, которые ветер треплет. Затишья, чередующиеся с затяжками, заставляют огромный грот высотой с семиэтажный дом рябить, то наполняться, то снова провисать, снова и снова, в волнистых узорах, которые делают его почти живым.

Для крупных представителей наземной макрожизни, таких как человек, управляющий этим огромным судном, море кажется пустым. Жидкая пустыня

с дюнами из H2 O, огромной панорамой, не имеющей ни начала, ни конца. Изредка из моря выглядывают другие макрожизни, органы, которые мы можем увидеть без помощи микроскопа. В нескольких метрах по правому борту - стая дельфинов, гребни и дуги которых похожи на угольно-серые радуги. Они поднимаются в воздух и, кажется, парят в небе невероятно долго, зависая на вершинах пенных дуг, когда их тела поднимаются из моря и грациозно опускаются обратно в воду.

Само море в этот солнечный безоблачный день у побережья южного штата Мэн тоже кажется живым. В то время как корабль поднимается и опускается в устойчивом ритме, океан наклоняется и вздымается, а иногда резко успокаивается, чтобы снова подняться в большую волну, которая говорит о приближении шторма, но еще далеко.

Трудно сказать, о чем думает бородатый мужчина. Оглядывая море с видом напряженной концентрации, он сосредоточен на деталях ветра, воды и паруса, вероятно, исключая все остальное, даже науку, которой он знаменит. В 1995 году он первым составил последовательность полного генома живого организма - бактерии Haemophilus influenzae. В 2000 году он выиграл гонку по составлению карты генома человека, завершив секвенирование в рекордно короткие сроки, используя технологии и методы, которые в основном придумал он сам и возглавил команды по их разработке. В 2010 году он синтезировал новый организм, создав в своей лаборатории полный геном крошечной бактерии, состоящей из ДНК AGCT, взятой не из природы, а из бутылки. Когда он и его команда запустили этот искусственный геном в клетку, она ожила.

Крейг Вентер, человек, стоящий во главе Sorcerer II, совершал эти подвиги не тихо и не скромно. Крейг известен не только своими научными достижениями, но и дерзким характером и неортодоксальными идеями, которые иногда вызывают недоумение у более традиционных ученых. Будучи непревзойденным любителем риска, Крейг отвечает своим многочисленным критикам тем, что в основном добивается успеха в лабораторных исследованиях, так же как он рискует и часто побеждает в гонках на парусниках, автомобилях и мотоциклах. Иногда он совмещает свои увлечения - в данном случае парусный спорт и биологические исследования, - и в результате получаются гибридные приключения, подобные этому.

"Я немного адреналиновый наркоман?" - говорит Крейг. "Да."

Это последнее предприятие начинается с очевидного факта: океан - это не пустая пустыня, пульсирующая водяными дюнами. Опуститесь под поверхность, отделяющую наш воздушный мир от жидкого мира внизу, и вы погрузитесь в изобилие макрожизни, населяющей эти воды. В разное время года здесь обитают несколько видов китов, в том числе горбатые и финвалы. Многочисленные виды рыб - от больших белых акул до атлантической шэд. Есть и ракообразные, например знаменитые мэнские омары, и эхинококки, такие как оранжевые морские огурцы и кровавые звезды. Морские водоросли в изобилии представлены ламинарией, морским салатом, каменной капустой, водорослями-пузырями и многим другим. Несмотря на то, что чрезмерный вылов рыбы и загрязнение окружающей среды нанесли серьезный урон побережью, и в большинстве океанов Земли подводная макрожизнь по-прежнему широко представлена.

Однако в этот пасмурный день речь идет не о большом. Это часть постоянной миссии открытий, которая, подобно эпическому

Научные исследования прошлых веков охватывают многие годы. Крейг запустил его в 2003 году, когда начал обследовать Землю - ее сушу, небо и океаны, покрывающие 70 % планеты, - в поисках жизни, настолько маленькой, что мы не можем увидеть ее невооруженным глазом.

Прошло всего три с половиной века с тех пор, как голландский линзовик и ученый Антони ван Левенгук взял микроскоп, тогда еще недавнее изобретение, и создал высококачественные линзы, позволившие ему в 1676 году первым в истории увидеть бактерии и другие организмы и частицы, живущие в капле воды. Почти 350 лет спустя, имея в своем распоряжении гораздо более мощные инструменты, чем простой микроскоп, основная миссия по-прежнему заключается в изучении микровселенной организмов размером менее пятидесяти микрон. В этой поездке объектом исследования станет пространство под поверхностью моря в заливе Мэн.

По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), в морях Земли содержится более 321 миллиона кубических миль воды. Этот объем, пересчитанный на литровые упаковки молока, заполнил бы более 1,3 секстиллиона контейнеров - секстиллион - это единица, за которой следует двадцать один нуль. Но ни одна из этих коробок с молоком не будет содержать только морскую воду. В них также будет обитать в среднем один миллиард бактерий (включая бактериоподобные организмы, известные как археи) и десять миллиардов вирусов.

Каждый литр воды в океане, от поверхности до дна, даже если морское дно находится на глубине многих миль, кишит подобной жизнью - микроорганизмами, которые являются настоящими хозяевами нашей планеты.

По оценкам ученых, биомасса бак-терий составляет около семидесяти гигатонн. Сравните это с двумя гигатоннами всех животных вместе взятых, включая человека. The estimated number of all bacteria on Earth is five million trillion trillion—that’s 5,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 (thirty zeros). By comparison, there are eight billion (8,000,000,000) of us, with a mere nine zeros.

Когда в начале 2000-х годов Крейг начал свою кругосветную экспедицию по исследованию океана, получившую официальное название Global Ocean Sampling (GOS), микробиологи и другие ученые сочли его проект по исследованию больших участков Мирового океана на наличие микробов бессмысленным. Они были уверены, что в море существует лишь ограниченное количество микроорганизмов. Они также называли его авантюрно-путешественническим отдыхом, выдаваемым за науку человеком, который любит плавать. По их словам, это не была тщательная, сдержанная, спокойная работа, которая обычно является нормой в науке. Скорее это была жажда странствий, которая двигала учеными-исследователями XIX века, когда молодой Чарльз Дарвин плавал на корабле HMS Beagle в поисках новой (макро-) жизни. Для большинства современных исследователей такой стиль открытий кажется случайным и неконтролируемым, но не для таких рисковых людей, как человек с голубыми как лед глазами.

Сегодня в определенный момент экипаж этого роскошного судна, превратившегося в исследовательскую яхту, спустит паруса, остановится и возьмет на борт двести литров морской воды. Они установят приборы для измерения температуры воды, ее солености, уровня растворенного кислорода и т. д. Для сбора образцов морская вода всасывается с помощью насоса, который опускается в океан и тащится рядом с лодкой с помощью длинного шеста. Как только образцы окажутся на борту, ученые пропустят воду через ряд микропористых фильтров, помещенных в круглые держатели из нержавеющей стали, установленные на стойке в кормовой части кокпита лодки.

Фильтры будут отлавливать микроорганизмы разных размеров, и только самые маленькие из них попадут на последний фильтр. Микроб, собранный на фильтрах, будет заморожен и отправлен в Институт Дж. Там исследователи будут работать над идентификацией микробов, используя передовые технологии секвенирования, математику и программы искусственного интеллекта, которые Крейг и его команда помогали изобретать и совершенствовать на протяжении многих лет.

Большинство этих крошечных организмов представляют собой маленькие круглые клетки, которые при рассмотрении в микроскоп не имеют четких отличительных признаков. Другие имеют форму звезд, овалов, стержней и спиралей. У одних есть волосовидные выступы, называемые пили, у других - оболочки, похожие на раковины, шипы или хлыстообразные хвосты, называемые жгутиками.

До того как ученые, подобные Левенгуку, начали заглядывать в свои микроскопы, никто и представить себе не мог, что такой мир существует. И хотя со времен Левенгука микробиология стала одной из основных научных дисциплин, многое в этом мире еще не изучено. Его организмы остаются скрытыми, тайными и игнорируемыми, несмотря на то что населяют практически каждый уголок нашей планеты. Сейчас, когда вы читаете эти строки, в вашем теле обитает около тридцати восьми триллионов бактерий.8 Они повсюду - от кончиков ваших резцов до тонкого кишечника и альвеол, поглощающих кислород в легких. И хотя большинство людей до сих пор считают бактерии одиозными вредителями, которых лучше всего уничтожать с помощью антибиотиков. На самом деле, без них вы бы умерли раньше, чем без теории микробов, которая в XIX веке произвела революцию в выявлении и лечении бактериальных инфекционных заболеваний.

Большинство бактерий, живущих внутри вас и по всей нашей планете, полезны, а некоторые даже жизненно необходимы. Для человека бактерии помогают переваривать пищу и регулировать иммунную систему. Оказывается, бактерии связывают все живые виды, соединяя нас с почвой, водными путями и атмосферой нашей планеты в огромную сеть, которая живет и дышит почти как колоссальный организм - пять миллионов триллионов триллионов отдельных клеток, которые поддерживают макрофлору и фауну, составляющие видимый нами мир, от дубов и колибри до божьих коровок, лабрадоров, игривых дельфинов и вас.

Микробы, в первую очередь бактерии, выделяют жизненно важные химические вещества и, в некоторых случаях, выполняют такие задачи, как преобразование солнечного света в энергию и кислород. Они являются агентами гниения и разложения, поскольку пожирают и расщепляют все, что умирает, а также агентами возрождения, поскольку перерабатывают сырье для жизни, получаемое из трупов мух, одуванчиков, амёб и людей. "Микробы перерабатывают все", - говорит Джек Гилберт, профессор и микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Океанографического института Скриппса. Без них мы бы стояли по колено в собственных избыточных выделениях, по уши в апельсиновых корках и сосновой коре". Все, что является отходами или умерло, должно быть переработано в основные химические вещества жизни - углерод, азот и так далее, и микробы выполняют большую часть этой переработки".

По мере того как ученые узнают все больше об этих клеточных фабриках и их генах, они также находят новые потенциальные источники биоэнергетики, фармацевтики, а также более чистых и безопасных промышленных химикатов. Бактерии, как естественные, так и биоинженерные, играют ключевую роль в производстве таких продуктов, как антибиотики, витамины, ферменты, растворители, напитки, продукты питания и многое другое. Ученые также используют природные и биоманипулированные версии бактерий для создания альтернативных источников энергии, таких как водородное топливо и эт-анол из целлюлозы. Фотосинтезирующие бактерии в океане играют ключевую роль в борьбе с изменением климата, поскольку, подобно деревьям, они поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород.

Малоизвестный поворот к "неудобной правде" бывшего вице-президента США Эла Гора о том, что деятельность человека привела к увеличению накопления углерода в атмосфере. Поток углерода и других загрязняющих веществ в окружающую среду также изменяет баланс микроорганизмов на планете Земля. Избыток углерода грозит нарушить океаническую систему, поддерживающую фитопланктон, который поглощает углекислый газ и производит до 80 процентов кислорода на Земле. Увеличение количества углерода также означает рост числа микробов, живущих в так называемых мертвых зонах: участках воды с пониженным содержанием кислорода, часто залитых азотом, калием и фосфором из удобрений, которые смываются с сельскохозяйственных культур и газонов. Например, в Мексиканском заливе мертвая зона простирается на шесть тысяч квадратных миль к югу от устья реки Миссисипи. Другая, в Оманском заливе у входа в Персидский залив, в десять раз больше - 63 700 квадратных миль. В худшем случае мертвые зоны вообще не поддерживают рыбу и другие макроорганизмы, дышащие кислородом; в худшем - вызывают аномалии, такие как замедление или прекращение роста креветок. Таким образом, деятельность человека подрывает работу тех пяти миллионов триллионов триллионов одноклеточных, которые помогают поддерживать здоровье глобальной экосистемы, поддерживающей жизнь, какой мы ее знаем.

Микробы приспособятся и выживут, как они делали это на протяжении трех с половиной миллиардов лет существования Земли, включая ранние годы, когда атмосфера содержала гораздо больше углерода, чем сегодня. Но маловероятно, что люди смогут так быстро адаптироваться.

Когда в 2003 году началось научное путешествие "Колдуна II", микробиологи культивировали менее двух процентов бактерий, которые, как считалось в то время, существуют в природе, включая те, что обитают в океанах и водных путях Земли. До того как секвенирование дробовика позволило ученым идентифицировать бактерии по их ДНК, микробиологи использовали культивирование, чтобы выкормить и вырастить бактерию в чашке Петри, чтобы получить достаточное количество реплицированных клеток для ее идентификации.

Понять и обнаружить больше из тех 98 с лишним процентов бактерий, которые никогда не культивировались, было целью ученых, находившихся на борту Sorcerer II во время его различных путешествий с 2003 по 2018 год. Эта цель стала возможной благодаря заморской идее Крейга использовать генетическое секвенирование в глобальном масштабе, чтобы выйти на большой уровень в исследовании мира очень маленьких. По пути они собирали микробы в таких отдаленных местах, как Галапагосские острова, Панамский канал, Тасмания, Национальный парк Глейшер-Бей, Балтийское море и море Кортеса, а также за пределами корабля - в заболоченных прудах, Антарктиде, глубоких шахтах, Амазонке, вулканических жерлах и атмосфере над Нью-Йорком.

Экспедиции продолжались до 2018 года, и общий улов обнаруженных генов превысил сто миллионов. (Сравните с человеком, у которого около двадцати тысяч генов). Крейг и его коллеги собрали миллиарды пар оснований - пар аденина (А) с тимином (Т) и цитозина (С) с гуанином (G), которые скреплены между собой, как перекладины на лестнице, из которых состоят нити двойной спирали ДНК, в публичных базах данных, таких как GenBank, поддерживаемый Национальным центром биотехнологической информации, и CAMERA, финансируемая Фондом Гордона Мура.

Однако просто собрать х количество образцов, микробов, генов и пар оснований не было целью. Глобальные эксперименты по сбору образцов были частью путешествия, которое Крейг начал в 1995 году, когда секвенировал первый клеточный геном Haemophilus influ-enzae. Именно тогда он начал использовать бактерии в качестве экспериментального организма для совершенствования секвенирования с помощью дробовика и других технологий и процессов, а также значительно ускорил прогресс в определении и понимании структуры и функций геномов и отдельных генов у разных видов, включая человека. Это, в свою очередь, привело к его основополагающим экспериментам по созданию синтетических организмов в лаборатории в попытке понять функции бактерий и то, что представляет собой жизнь на уровне ДНК.

В этот серый полдень в заливе Мэн в 2018 году пятнадцатилетняя экспедиция Sorcerer II подходит к концу, и Крейг снова смотрит на бескрайнее море, бурлящее и вздымающееся вокруг него. "Мне приходится заставлять себя представлять, что в каждом миллилитре моря есть миллион бактерий и десять миллионов вирусов", - говорит он. "Я все еще вижу его как удивительную, прекрасную вещь, но на самом деле это огромный живой суп, который мы все еще исследуем, пытаясь узнать великие секреты, которые он хранит о жизни на Земле".

Часть 1. В поисках микробов

Глава 1. Сюрприз Саргассова моря

Внезапный, дерзкий и неожиданный вопрос не раз заставал человека врасплох и выводил его на чистую воду.

-Фрэнсис Бэкон

13 мая 2003 года судно Sorcerer II элегантно скользило по сине-серым водам Саргассова моря в двадцати шести милях к юго-востоку от Бермудских островов. Небо было ясным, а море спокойным в тот день, который все на борту помнят как жаркий и душный. В задней части судна сидел двадцатидевятилетний Джефф Хоффман - высокий, широкоплечий микробиолог с выбеленными солнцем волосами и чемпион по плаванию из Луизианы готовился взять первые в истории пробы океанских микробов с кормы "Колдуна II". Вместе с небольшой командой ученых он устанавливал насос и приборы, которые должны были быть опущены в море в точке с координатами 32°10¢N 64°30¢W или очень близко к ней. Это было место расположения гидростанции "S", глубоководного причала, где ученые регулярно брали океанографические пробы с 1954 года. Каждые две недели с исследовательских судов спускались комплекты погружных бутылок для забора воды на разных уровнях под поверхностью. Приборы также собирали данные о температуре, солености и уровне растворенного кислорода.

Гидростанция "S" расположена у западного края огромного моря, которое простирается от Бермудских островов на западе до побережья Африки и занимает примерно половину Атлантического океана. Омываемое сильными и устойчивыми течениями, которые окружают его со всех сторон, словно жидкие стены водной крепости - Гольфстрим на западе, Северо-Атлантическое течение на севере, Канарское течение на востоке и Северное экваториальное течение на юге, - Саргассово море иногда называют "океанской пустыней", поскольку эти течения блокируют поступление питательных веществ, которые поддерживают скудную макрожизнь в других частях Атлантики. Саргассово море также примечательно и получило свое название из-за обилия морских водорослей рода Sargassum, плавающих на его поверхности. Это кажущийся бесконечным, насыщенный, пестрый мат, похожий на кучи темной зелено-коричневой кашицы.

В 2003 году, когда "Колдун II" отправился в тот жаркий летний день, большинство ученых все еще полагали, что низкая концентрация питательных веществ в Саргассовом море означает, что микробов тоже будет мало. До этой экспедиции океанские микробиологи идентифицировали лишь немногие из обитающих там крошечных организмов. Но действительно ли Саргассо является зоной жизни для столь малого количества микробов, или ученые упустили некоторые или большинство обитающих там видов?

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые с борта Sorcerer II отправят беспрецедентное количество микробов в лабораторию в Мэриленде для генетического секвенирования с помощью дробового геномного секвенирования - относительно нового процесса, который Крейг впервые использовал в 1990-х годах, в том числе в Celera, компании, которую он стал одним из основателей в 1998 году. При секвенировании методом "дробовика" ДНК извлекается из организма (или из десятка, сотни или тысячи организмов) и буквально распадается на короткие случайные фрагменты. Затем машины для секвенирования ДНК захватывают каждый фрагмент длиной около пятисот пар оснований и записывают его генетический код в виде оснований A, G, C и T, которые являются четырьмя составными частями ДНК. Наконец, компьютеры находят совпадения в этих фрагментах - участки ДНК, которые совпадают не менее чем на шестнадцать пар оснований, - и собирают их в цифровом виде в гены и геномы, которые затем сравниваются с известными последовательностями ДНК.

До этого генетики использовали более трудоемкий и дорогостоящий процесс кропотливой нарезки длинных участков ДНК на более короткие для последовательного анализа. В 1990-х годах Крейг впервые применил секвенирование методом "дробовика" для расшифровки бактериальных геномов, начиная с Haemophilus influenzae, и с тех пор этот процесс анализа случайных фрагментов стал повсеместно применяться для секвенирования одновидовых организмов, от бактерий до людей, мышей, обезьян и других. Однако никто еще не пробовал использовать этот метод на образцах, содержащих множество различных видов микроорганизмов, возможно, тысячи и более. Идея заключалась в том, что в течение следующих пятнадцати лет экспедиции Sorcerer II, используя секвенирование дробовика, обнаружат миллионы новых генов, во много раз больше, чем двадцать тысяч или около того в среднем человеческом геноме.

Окинув быстрым взглядом ровное синее море, простиравшееся во все стороны в тот жаркий полдень на Сар-гассовом море, Хоффман вытер со лба капельки пота и снова задумался о том, почему он оказался на палубе "Колдуна II". За несколько месяцев до этого он учился на доктора философии по микробиологии в Государственном университете Луизианы в Батон-Руж, штат Луизиана. Но не по микробиологии моря, а по микробиологии пустыни. "Я привык просеивать песок и почву, а не воду", - вспоминал позже Хоффман. "И все же я брал пробы посреди океана. Волновался ли я, правильно ли я это делаю? Да, черт возьми".

Капитаном стофутовой яхты в тот день был Чарли Говард, суровый красавец, бывший инженер-электрик с непокорными темно-каштановыми волосами. Стоя босиком в мешковатых шортах за штурвалом "Колдуна II", пятидесятичетырехлетний Говард наблюдал за приготовлениями за штурвалом, когда тот начал процесс замедления большого судна. Когда корабль развернулся прямо на легкий ветер, заставивший паруса ослабнуть и захлопать, он щелкнул несколькими переключателями, чтобы активировать гидравлические лебедки. Урча, эти машины медленно наматывали грот в отсек в гике и другие паруса вокруг лееров, поддерживающих мачту в носовой части судна. Затем шкипер включил двигатель Cummins и с помощью носового и кормового подруливающих устройств переместил судно в то место, где ученые хотели собрать образцы.

Говард был капитаном "Колдуна II" с тех пор, как корабль прибыл почти новым из Новой Зеландии в конце 2000 года и оставался шкипером до окончания экспедиций в 2018 году. Родом из Канады, он получил диплом инженера-электрика, но влюбился в парусный спорт. Незадолго до "Колдуна II" он управлял судами в Средиземном море, работая инженером у владельцев яхт, которых он называл "джентльменами-энтузиастами", с преуменьшенным юмором относясь к их скудным парусным способностям.

"Мне написали два друга, рассказав об ученом, у которого был стофутовый парусник и который искал капитана", - вспоминает Говард. "Я позвонил ему из Пальмы-Майорки и хорошо поговорил, а когда через неделю вернулся в Штаты, зашел к нему домой на мысе и встретился с ним и его женой, чтобы обсудить Sorcerer и парусный спорт в целом. Крейг оказался парнем, который очень любит яхтинг и жизнь, а его энтузиазм и страсть к парусному спорту сделали это решение легким".

Говарда взяли на работу как за его умение обращаться с лодками, так и за его инженерную подготовку. Последнее оказалось особенно важным, когда на судне Sorcerer II сломался и ненадолго загорелся двигатель, в результате чего судно оказалось за тысячи миль от суши в южной части Тихого океана, без ветра, с малым количеством топлива и припасами, которых не могло хватить надолго. "Чарли как капитан был еще и научным сотрудником", - вспоминает Карла Хайдельберг, одна из исследователей, работавших и потевших вместе с Хоффманом во время взятия первой пробы в Саргассовом море. "Он помогал нам размещать лодку и следил за тем, чтобы оборудование работало".

Микробиолог и океанограф, получившая степень доктора философии в Университете Мэриленда, Хайдельберг - миниатюрная женщина с волнистыми темными волосами и ровной энергией. В то майское утро она как раз заканчивала работу в качестве научного сотрудника Государственного департамента США. Это был полезный опыт для проекта, в эпоху, когда забор биологических образцов был едва ли не тривиальным делом, ей приходилось входить в территориальные воды многих стран, в том числе и Бермудских островов. Ее знакомство с договорами и сложными протоколами было особенно ценным в отношениях с государствами, которые с опаской, а то и с враждебностью относились к американским ученым, собирающим виды, которые могли бы стать ключом к новым промышленным химикатам, лекарствам или процессам производства и хранения энергии. В договорах говорилось, что страны, особенно развивающиеся, которые в прошлом были свидетелями эксплуатации своих природных ресурсов колонизаторами и другими иностранцами, хотели быть уверены, что получат компенсацию за все ценное, что будет обнаружено на суше или в море в пределах их владений и территориальных вод.

Муж Карлы тоже был в составе экипажа. На борту также находился Тони Кнап, британский океанограф, возглавлявший Бермудский институт наук об океане (БИОС), которому исполнилось сто лет и который первоначально назывался Бермудской биологической исследовательской станцией. За двадцать пять лет работы на посту директора Кнап превратил БИОС из небольшой изолированной биологической станции в крупный центр океанографических исследований, привлекавший ведущих ученых и создавший тысячи рецензируемых журнальных статей.

Кнап был одним из спонсоров экспедиции Sorcerer II Sargasso Sea, а Кнап - ключевым сотрудником в поисках океанических микробов.

Еще одним ключевым персонажем путешествия по Саргассову морю стал сам Sorcerer II. Всего за день до первого отбора проб в Саргассовом море судно прибыло с карибского острова Сент-Бартс, проплыв тысячу миль до гавани Сент-Джордж за два с половиной дня. По словам Хоффмана, который уже находился на Бермудах, Sorcerer II прибыл туда поздним вечером 12 мая 2003 года. "Мы сразу же отправились в бар", - сказал Хоффман. Кажется, он назывался "Хог Пенни". Мы веселились допоздна, что часто случалось, когда мы заходили в порт. Честно говоря, в тот первый день я, наверное, немного похмелился".

Яхта Sorcerer II была спроектирована известным аргентинским яхтсменом Германом Фрерсом и построена в Новой Зеландии компанией Cookson Boats. Команда инженеров Фрерса на протяжении десятилетий создавала быстрые и изящные яхты, в том числе победителей многих крупных гонок по всему миру. В 1997 году Фрерс спроектировал самый большой шлюп в мире, 156-футовый Hyperion, для технического магната и основателя Netscape Джима Кларка. Используя проект Фрерса, Куксон построил Sorcerer II в 1998 году, сделав его не только красивым, но и прочным. Изготовленная из стекловолокна, кевлара, легких, но прочных основных материалов и покрытая передовыми химическими ламинатами, Sorcerer II была спроектирована так, чтобы выдерживать погодные перепады широт - от экваториальной жары и влажности до прохладных вод северных морей - почти все, кроме серьезных льдов Арктики и Антарктики.

На широкой, плавно выпуклой палубе Sorcerer II в носовой части доминирует такелаж из нержавеющей стали, поддерживающий мачту, и надувная лодка Zodiac, которую можно спускать в воду с помощью тросов с верхушки мачты и гидравлической лебедки. За ним находится большой основной кокпит, частично закрытый прочный обвес, способный выдержать непогоду. Это полотнище, поддерживаемое каркасом, расположено в кормовой части судна, и при взгляде издалека выглядит элегантно и художественно смещенным к центру. В кормовой части центрального кокпита с мягкими сиденьями и широким столом из тикового дерева находится штурвал: тумба с большим штурвалом, окруженная множеством переключателей и приборов. В корме находится еще один, более глубокий кокпит. Именно здесь работал Джефф Хоффман, и именно здесь были установлены фильтры, шланги и различные приборы для сбора микробов.

Под палубой находилась красивая и удобная главная каюта с мягкими креслами, длинным столом со скамьями и стульями, прикрученными к полу, на случай неспокойного моря, а также второй штурманский пост с большим монитором, на котором отображались показания гидролокатора и GPS-положение Sorcerer II. (Именно здесь обычно сидел член экипажа или гость, назначенный на четырехчасовую ночную вахту, когда на улице было слишком холодно или ненастно, чтобы следить за штурвалом во внешнем кокпите). В носовой части под палубой находились две каюты экипажа, каждая с двумя койками; в кормовой части кают находился хорошо укомплектованный камбуз с плитой и духовкой, полноразмерным холодильником и морозильником, а также небольшим обеденным столом. Рядом с камбузом находился офис или комната отдыха, где ученые могли работать за компьютерами или пользоваться большим микроскопом, который в течение нескольких лет хранился на борту.

Sorcerer II - не первое судно, которым владел Крейг с тех пор, как научился ходить под парусом в юности. "У меня была целая серия небольших лодок, пока я учился ходить под океанским парусом и учился в колледже", - говорит Крейг. "Мое первое океанское путешествие было на яхте Cape Dory 33, названной Sirius в честь Собачьей звезды, из Аннаполиса на Бермудские острова. Лодка до Sorcerer II также была спроектирована Фрерсом и называлась просто Sorcerer. Она была длиной восемьдесят два фута и была куплена у Гэри Комера, основателя Land's End и бывшего олимпийского моряка".

"Sorcerer не слишком большой и не слишком маленький", - говорит капитан Чарли Ховард, описывая свое судно, как это делают моряки, как будто "она" была человеком и имела мысли и эмоции. "Она умна и хорошо собрана из лучших компонентов, в ней много продуманного и инженерного. У нее длинные ноги, и однажды мы прошли почти шесть тысяч миль на одной заправке от Кейптауна до Антигуа. Она любит много внимания, и когда вы не уделяете ей внимания, она преподносит вам сюрпризы. Она хороший друг в трудную минуту, и она никогда меня не подводила. Когда вы прислушиваетесь к ее скрипам и стонам и заботитесь о ее нуждах и обслуживании, она доставляет вам огромное удовольствие и гордость".

Осталось представить еще одно действующее лицо, которое было на борту в тот день. Это Крейг Вентер, владелец яхты и главная сила, стоявшая за этой экспедицией и последующими пятнадцатью годами сбора образцов микроорганизмов со всего мира. Тогда Крейгу было пятьдесят шесть лет, и он был всемирно известен как ученый, стоящий за первым полностью секвенированным геномом человека. Еще в 1998 году он смело заявил, что его компания будет конкурировать с масштабной правительственной программой, направленной на то же самое, и этот шаг вызвал споры с самого момента запуска Celera. Проект "Геном человека", международный консорциум, финансируемый Министерством энергетики США и Национальным институтом здоровья (NIH), к тому моменту уже восемь лет преследовал эту цель. Соперничество и даже ожесточение, вспыхивавшие между Celera и государственным проектом, порой становились новостью первых полос газет в конце девяностых годов, когда они соревновались в том, кто первым придет к финишу. Официально гонка завершилась в июне 2000 года, когда президент Билл Клинтон на церемонии в Белом доме объявил о ничьей. "На самом деле это была не ничья. Мы выиграли", - настаивал Крейг. "Но мы согласились с объявлением о ничьей, чтобы все были довольны". В том же духе совместного празднования обе команды опубликовали свои версии почти полного генома человека в один и тот же день, 16 февраля 2001 года. Версия Celera с Крейгом в качестве ведущего автора появилась в журнале Science. Международный консорциум по секвенированию генома человека опубликовал свою версию в Nature.

Секвенирование генома человека компанией Celera обошлось примерно в 100 миллионов долларов и заняло всего девять месяцев. Общественные усилия заняли более десяти лет и, благодаря финансированию США и Европы, обошлись почти в 5,5 миллиарда долларов (в долларах 2022 года). В 2004 году, когда у Крейга брали интервью на борту Sorcerer II для специального выпуска Discovery Channel, его спросили о риске, которому он и ученые Celera подверглись в том раннем громком конкурсе. "Если бы наш эксперимент провалился, - сказал Крейг съемочной группе, - это было бы одним из самых впечатляющих сгораний в истории науки. Весь мир следил за всем, что мы тогда делали, и риск провала был огромен. Но, честно говоря, мне это и в голову не приходило - я был просто уверен, что все получится. Только сейчас, оглядываясь назад, я вижу буквально тысячи причин, по которым она должна была и могла провалиться".

"Я думаю, что единственное, что имеет отношение к моей карьере, - это не бояться рисковать", - продолжил Крейг. "Мы все видим это каждый день в людях, которые потратили свою жизнь впустую, потому что хотели пойти по безопасному пути. Знаете, я чувствую ту же потребность в безопасности, что и все, но я заставляю себя преодолевать ее, чтобы выходить на сцену и пытаться делать новые вещи и рисковать".

Отправляясь на яхте, превращенной в исследовательское судно, Крейг делал еще одну огромную ставку и верил, что его высокотехнологичная и рискованная версия науки окупится - на этот раз доказательством, что микробы в океанах гораздо более разнообразны и многочисленны, чем предполагалось ранее. Он также полагал, что, обнаружив и идентифицировав множество новых микробов, это приключение не только изменит человеческие знания об океанах, но и даст новые идеи для промышленности и производства энергии. Это была авантюра, которая, как считали немногие в этой области, приведет к чему-то значительному. В то время, когда микробиологи занимались подобным анализом, они концентрировались лишь на небольших пробах, взятых из эстуария или бухты, или на одном месте на карте, таком как гидростанция "S". Некоторые говорили о более масштабных работах, но до экспедиции "Колдун II" ни у кого не хватало ни смелости, ни ресурсов.

В мае 2003 года Крейг получил и то, и другое. Его средства были частично получены от Celera и более ранней компании, соучредителем которой он был, Human Genome Sciences. Акции и наличные деньги этих двух компаний были переданы Институту геномных исследований (TIGR), его первому институту в Роквилле, который вместе с другими институтами, основанными Крейгом, в конечном итоге был преобразован в Институт Дж. Крейга Вентера (JCVI). Доходы от продажи акций также пошли на оплату Sorcerer II.

Пока Хоффман и остальные были заняты на корме, Крейг стоял рядом с Чарли Говардом на верхней палубе Sorcerer II и наблюдал, как капитан маневрирует большим судном. Позже Говард вспоминал, как они с Крейгом действовали на борту судна: "Я бы описал это так: Крейг был адмиралом, а я - шкипером. У Крейга было широкое видение того, куда он хочет идти и что делать, а я реализовывал его на повседневном уровне, планируя, готовя и выполняя". Он вспоминал, что "мы хорошо ладили, потому что мы наблюдали друг за другом, и мы дополняли друг друга. Крейг любил находиться на яхте и заниматься парусным спортом, но у него были и другие обязанности, которые он должен был выполнять дома, и поэтому ему приходилось приходить и уходить".

Безбородый, подтянутый и загорелый, в свободной рубашке без рукавов, Крейг наблюдал за всеми событиями на своем судне, его льдисто-голубые глаза были такими же пронзительными, как всегда. С Крейгом все было "давай, давай, все время", - говорит Джефф Хоффман, вспоминая начало 2000-х. "Он был очень напряженным, что, конечно, заставляло меня стремиться к отличной работе". Чарли Ховард согласился: "Каким был Крейг тогда? Гораздо менее спокойным, с множеством мячей в воздухе и происходящих событий, которые он любил".

Многие, кто знал Крейга в этот период, также описывают его как непоколебимого, особенно перед лицом критики. Год спустя научный писатель Джеймс Шрив, автор книги "Война геномов", напишет в журнале Wired статью о Крейге, в которой изобразит его одновременно целеустремленным и спокойным. Отправившись в гости к Крейгу и "Колдуну II" в южную часть Тихого океана во время глобального кругосветного путешествия 2004-2006 годов, Шрив описал Крейга как "лысого, бородатого и голого". Борода была в новинку после того, как он украсил обложки Time и BusinessWeek в эпоху Celera. "Так он выглядит моложе и спокойнее - я никогда не видел его напряженным, даже когда гонка за геном стала ужасной и его враги приближались". Хизер Ковальски, которая была публицистом Крейга в Celera, а позже стала его женой, вспоминала об этом иначе. По ее словам, во время работы в Celera Крейг сохранял внешне спокойное поведение, но часто находился в состоянии сильного стресса.

Конечно, к тому времени, когда "Колдун II" забирал свой первый образец в Саргассовом море, Крейг пережил драматический год взлетов и падений. Помимо недавней публикации подробного описания генома человека в журнале Science, он все еще восстанавливался после увольнения советом директоров Celera в начале 2002 года. Крейг не ладил с Тони Уайтом, генеральным директором Applera, материнской компании Celera, потому что Уайт хотел превратить Celera в фармацевтическую компанию, чтобы оправдать высокую оценку ее акций. Крейг же хотел предоставить фармацевтическим и другим компаниям проанализированную и аннотированную геномную информацию, чтобы стать "Bloomberg of biology", как выразился Ковальски. В итоге ни тот, ни другой подход не спасли Celera от биржевого краха 2001 года и осознания генетиками и промышленниками того, что секвенирование генома человека - это лишь первый шаг на длинном пути к разработке и продаже новых терапевтических препаратов. Предстояло еще многое выяснить о том, что делают все эти гены.

С момента основания в 1998 году Celera под руководством Крейга пережила необычайный бум. Благодаря ажиотажу вокруг геномного проекта и перегретым рынкам доткомов конца 1990-х годов компания взлетела до оценки в 24 миллиарда долларов, но к 2002 году, когда Крейг покинул компанию, ее стоимость упала до менее чем миллиарда долларов.

"Увольнение из Celera стало настоящим шоком", - вспоминал Крейг много лет спустя, несмотря на то что он сказал одному из членов совета директоров, что хочет вернуться в свой исследовательский институт. "По уровню интенсивности это, наверное, было равносильно ведению президентской кампании или чему-то подобному. Люди заработали на Celera миллиарды. Но столько же людей потеряли миллиарды. Я был первым биотехнологическим миллиардером на бумаге. И я шутил: "Я заработал миллион долларов тяжелым путем. Я быстро заработал миллиард и так же быстро его потерял".

Однако Крейг признается, что его никогда не интересовала деловая сторона компании. "Я занимался наукой.

Именно поэтому я передал свои акции институту", - сказал он. Принесенные этими акциями 150 миллионов долларов позволили финансировать TIGR, а затем JCVI, и продолжают финансировать институт сегодня.

В каком-то смысле экспедиция по отбору проб у берегов Бермудских островов в мае 2003 года ознаменовала конец периода, начавшегося после ухода Крейга из Celera, когда он оставался практически вне поля зрения общественности, проводя большую часть времени в плавании по Ка-рибскому морю. По его словам, ему нужно было время, чтобы восстановить силы. "Ему нужно было перегруппироваться после Celera", - говорит Хуан Энрикес, инвестор и друг из Бостона, который много раз за эти годы посещал экспедиции Sorcerer II, а позже вместе с Крейгом основал компанию Synthetic Genomics (впоследствии переименованную в Viridos). "Когда у него случаются неудачи, он сосредотачивается на том, что может сделать и с чем может справиться, например, на плавании. Где-то в глубине его головы зародилась идея о поиске микробов в океане".

Решение об отправке "Колдуна II" для сбора образцов в Саргассовом море, а затем и по всему миру, было принято в конце 2002 года в другом баре на Бермудских островах под названием "Белая лошадь". Выбеленное строение в британском колониальном стиле, расположенное вровень с гаванью в Сент-Джордже, "Белая лошадь" - это уютный паб с выступающими балками, большим количеством темного дерева и меню, в котором много морепродуктов, пастушьего пирога и британского эля. Крейг, однако, предпочитал скотч, и в тот день в 2002 году, когда он болтал о микробах и больших идеях с Тони Кнапом, Джеффом Хоффманом и Хайдельбергами, было выпито несколько бутылок.

Однако настоящий толчок к экспедиции в Саргассо и одержимости Крейга микробами был дан несколькими годами ранее.

Вдали от паба "Белая лошадь" на Бермудах - во время войны во Вьетнаме, когда Крейг был санитаром ВМФ, лечащим инфекционные заболевания.

В 1965 году, перед отправкой в Дананг, Крейг служил в инфекционном отделении Военно-морского медицинского центра в Сан-Диего. Именно сюда приезжали солдаты, возвращавшиеся из Вьетнама, чтобы пройти курс лечения от малярии, туберкулеза, холеры, гепатита, менингита и грибковых инфекций. Обучение оказало глубокое влияние на Крейга. Позднее он вспоминал: "Знакомство с этими болезнями повлияло на все этапы моей дальнейшей жизни", и этот опыт "несомненно, не давал мне покоя, когда я думал о проекте Sorcerer". Начиная с середины 1990-х годов, он продолжит работу над последовательностью всех микробов, которые он впервые увидел у этих пациентов.

В их число входила бактерия, вызывающая менингит B, которую он впервые увидел на флоте, а спустя годы секвенировал в сотрудничестве с известным итальянским молекулярным биологом Рино Раппуоли - это позволило создать первую вакцину против менингита B.8 "Сразу стало ясно, что это новый способ создания вакцин, - говорит Раппуоли о своей работе с Крейгом, - который я называю обратной вакцинологией, потому что мы начинаем с генов. Это был первый случай, когда вам не нужен был патоген, и вы могли идти в обратном направлении, отталкиваясь от информации в геноме".

Еще одной важной сквозной линией, приведшей к дискуссии 2002 года в пабе "Белая лошадь", стало неустанное стремление Крейга секвенировать ДНК быстрее и дешевле. Проект "Колдун" с научной точки зрения начался в 95-м году", - сказал Крейг, когда его команда использовала метод "дробовика" на Haemophilus influenzae, первом организме, который когда-либо был полностью секвенирован. "На самом деле мы занимались двумя проектами: Haemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium, которые были описаны более подробно в главе 2. Целью этой ранней работы было сначала доказать, что секвенирование с помощью дробовика работает, а затем посмотреть, что этот метод открывает о внутреннем устройстве этих клеток. "Мы не ставили перед собой задачу секвенировать первый в истории геном", - говорил он позже. "Мы хотели провести эксперимент с использованием полногеномного секвенирования дробовиком, которое, как мы полагали, позволит ускорить полногеномные проекты с десятилетий до менее чем года".

Крейг также хотел заглянуть в мир, который никто никогда не видел - всю ДНК одного организма. "Создав первые два генома бактерий, - говорит он, - мы обнаружили, что, изучая и сравнивая их, они гораздо разнообразнее и сложнее, чем люди думали". По его словам, триумф секвенирования был очень полезным, "но в то же время он стал причиной разочарования, потому что, глядя на первую полную карту всех генов, связанных с этими микробами, я понял, что они пытаются рассказать нам гораздо больше, чем мы можем понять".

Это заставило его задуматься о том, что обнаружат ученые, если им удастся собрать и протестировать с помощью секвенирования дробовика большое количество микробов, обитающих в организме человека, воздухе, почве, озерах, реках и океанах. "Только имея весь генетический код большинства или многих других видов на этой планете, мы сможем по-настоящему понять, как жизнь стала такой, какая она есть сегодня".

В тот же период Крейг читал исследования о микробах в почве, воздухе и океане, которые свидетельствовали о гораздо меньшем разнообразии и сложности, чем, по его мнению, существовало в окружающей среде. Больше всего его раздражали исследования, в которых утверждалось, что микробы в океанах Земли менее многочисленны и разнообразны, чем микробы в почве. "Это просто не соответствовало действительности", - сказал он.

"Например, океанские водоросли производят около 40 процентов кислорода на Земле. А микробы в почве были изучены гораздо лучше".

Скептицизм Крейга также был обусловлен существовавшими в то время методами идентификации бактерий. Самый старый подход, впервые примененный в начале двадцатого века, заключался в том, чтобы взять образец бактерии, попробовать вырастить ее в чашках Петри, накормив ее богатым белком бульоном "среды роста", а затем рассмотреть партию микробов под микроскопом и попытаться их идентифицировать. К сожалению, поскольку около 98 процентов бактерий не растут в среде, очень немногие из них могут быть воспроизведены в количестве, необходимом для их наблюдения и идентификации. Что же касается остальных, то, не имея возможности вырастить их в лаборатории, они как будто не существовали.

В 1970-х годах исследователи начали использовать генетику для идентификации бактерий, что стало настоящим прорывом. Секвенирование оставалось дорогостоящим, а методы - кропотливыми и медленными, но в 1977 году был достигнут прогресс, когда известный микробиолог Карл Вуз из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн обнаружил, как идентифицировать многие виды бактерий путем секвенирования крошечных участков ДНК из гена, называемого 16S рРНК.

Этот ген существует у каждого вида бактерий на Земле и обладает характеристиками, которые в значительной степени сохранились в ходе эволюции - то есть за миллиарды лет он практически не изменился, за исключением мельчайших различий в кодировке, которые варьируются от вида к виду. Действуя как своего рода генетический отпечаток пальца или штрих-код, 16S рРНК может подсказать ученым, относится ли микроб к тому или иному виду, или к ранее не встречавшимся видам, не прибегая к секвенированию остальной части генома организма.

В отличие от старого метода "бульон в чашке", бактерии трудно различить, учитывая, как быстро они мутируют. (Они делятся каждые несколько часов, а значит, могут быстро адаптироваться и мутировать). Кроме того, они иногда заимствуют и обмениваются генами латерально - то есть не в процессе размножения. Из-за такой "скользкости" генов и мутаций у микробов бывает трудно различить виды даже с помощью идентификации по 16S рРНК, о чем мы подробнее поговорим в главе 2.

Однако проблема Крейга с 16S рРНК заключалась не только в скользкости генов. На протяжении многих лет его раздражало то, что 16S рРНК ничего не говорит нам о том, что делают гены бактерии. Это все равно что знать имена, скажем, десяти разных людей, не зная о них ничего другого. "Проблема заключалась в том, что 16S рРНК не учитывала всего, - говорит Крейг, - и ничего не говорила о функции или природе организма. Именно это меня и интересовало".

Именно здесь на помощь пришло секвенирование дробовика - метод, позволяющий секвенировать весь геном организма, а не только штрих-код ДНК. Метод "дробовика", разработанный Крейгом в 1990-х годах и использовавшийся в проекте Sorcerer II, также использует сложные компьютерные алгоритмы для сборки и анализа геномов, предлагая полную генетическую информацию, а не только отдельные гены.

После того как в 2002 году он покинул Celera и взял перерыв, чтобы собраться с мыслями, Крейг вернулся из плавания по Карибскому морю готовым вернуться к микробам. Собрав большое количество микробов для секвенирования и изучения, он был уверен, что сможет доказать, что микробные формы жизни гораздо многочисленнее и разнообразнее, чем считало научное сообщество. Он также хотел окончательно продемонстрировать, что секвенирование дробовика - мощный метод, который можно использовать не только для отдельных организмов, но и для смесей организмов - даже тысяч миллионов организмов в, скажем, двух гигантах литров саргассовой морской воды, собранной, скажем, со стофутовой яхты.

"Когда до нас дошли слухи о том, что предлагал Крейг, - говорит Энди Аллен, микробиолог и океанограф, который сейчас работает в Океанографическом институте Скриппса и JCVI, - люди в океанографическом сообществе пришли в ужас. Они подумали: вот богатый и знаменитый парень, который хочет провести время на своей парусной лодке и собрать несколько образцов микробов. Кто он такой, чтобы указывать ученым, которые годами и десятилетиями работали с океаническими микробами, что им делать?"

"Были люди, которые посвятили всю свою карьеру тому, чтобы найти несколько бактерий и попытаться понять их", - говорит Крейг о недоброжелателях. "Они считали меня сумасшедшим, думая, что мы должны взять как можно больше образцов, не имея ни малейшего представления о том, что там находится, а затем с помощью секвенирования дробовика выяснить, что мы получили".

У Крейга были свои первые сторонники. Среди них был известный гарвардский биолог и автор бестселлеров Э. О. Уилсон, который входил в состав научно-консультативного совета экспедиции Sorcerer II. "Мы говорим о неизвестном мире огромной важности, - сказал Уилсон журналисту Wired Джеймсу Шриву. "Вентер - один из первых, кто всерьез взялся за изучение этого мира во всей его полноте. Это парень, который мыслит масштабно и действует соответственно".

Другим давним сторонником был Ари Патринос, бывший директор департамента биологических и экологических исследований Министерства энергетики США.

Программа ментальных исследований, один из основных спонсоров проектов Крейга на протяжении многих лет. "Крейг - очень меркантильный и очень жесткий человек, - говорит Патринос, - что, как мне кажется, не является отрицательной чертой. Я думаю, что он всегда отличался огромной силой личности и приверженностью идеям, которые у него были. Я, честно говоря, не думаю, что он был бы и вполовину так успешен, если бы попытался примириться с людьми. Ему бы постоянно мешали".

Все это привело к тому, что днем мы собрались в пабе "Белая лошадь". Потягивая виски и эль, группа обсуждала то, что Тони Кнап назвал "большой идеей Крейга", и то, как воплотить ее в жизнь.

Кнап, уважаемый ученый в микробиологическом сообществе, сам вызвал несколько приподнятых бровей, когда скептически настроенные приверженцы традиций на Бермудах и в других местах отреагировали на его поддержку "большой идеи" Крейга. Однако Кнап был убежден, что проект Sorcerer II станет победой для его программы. "Я был директором биологической станции, поэтому мне хотелось сделать как можно больше научных исследований. У BIOS были исследователи, получившие гранты на сбор и изучение микробов с гидростанции "S" и на проведение микробиологических временных рядов, но в те дни они использовали более архаичные технологии, чем те, которыми располагал Крейг. Так что сотрудничество не представлялось невозможным".

Крейг и Кнап решили начать сотрудничество с того, что в начале 2003 года Крейг направил на Бермудские острова ученого из JCVI для работы с BIOS и сбора океанических проб на гидростанции "S" в качестве прелюдии к прибытию Sorcerer II.

Крейг отправил Джеффа Хоффмана, который только что прибыл из Луи-Сианы, чтобы присоединиться к команде JCVI, собирать образцы на борту судна BIOS под названием Weatherbird II. Это 115-футовое 194-тонное дизельное судно не имело не только парусов, но и каких-либо претензий на роскошь. Но он был оснащен передовыми лабораториями, приборами, стеклянным оборудованием, датчиками, насосами, фильтрами и компьютерами - всем, что необходимо океанологам для изучения организмов и самого моря. Но он был оснащен передовыми лабораториями, приборами, микроскопами, стеклянным оборудованием, датчиками, насосами, фильтрами и компьютерами - всем, что нужно океанографам для изучения морских организмов и самого моря.

"Мы собрали два образца на Weatherbird, - вспоминал Хоффман, - в двух разных поездках. Позже они будут добавлены к первому образцу, взятому "Колдуном II", который будет проанализирован и проквантован в JCVI и включен в основную статью, опубликованную о находках в Саргассо весной 2004 года

В тот погожий день в мае 2003 года Джефф Хоффман и команда закрепили насос на глубине около десяти футов в Саргассовом море и включили его. Медленно морская вода по пластиковой трубке поднималась вверх и поступала в пятидесятилитровые пластиковые контейнеры, установленные на корме. "В ту первую поездку наше оборудование было не самым лучшим", - вспоминал Хоффман. "Оно работало, но это было мучительно". По мере заполнения контейнеров команда начала пропускать воду через фильтры тонкой очистки нескольких размеров, предварительно отсеяв все, что было больше двадцати микрон в диаметре. (Человек может видеть объекты размером до двадцати пяти - пятидесяти микрон, а ширина человеческого волоса составляет около семидесяти - восьмидесяти микрон). Затем образцы были пропущены через три фильтра. Первый, самый большой, отбирал все, что было больше трех микрон в поперечнике. Второй улавливал микробы и другие материалы размером более 0,8 микрона. Третий фильтр улавливал мелкие бактерии и вирусы - все, что больше 0,1 микрона. Ученые также установили манометры и датчики для измерения температуры, pH, солености, насыщенности кислородом и других характеристик этого крошечного участка моря.

Хоффман, будучи парнем из пустыни, которого направили работать на море, позже вспоминал, что был одновременно взволнован и встревожен. "Мы делали что-то, на что мало что было похоже, - сказал он, - всасывали кучу морской воды. В смысле, какая разница? Вот только мы не просто зачерпывали океанскую воду. Мы проверяли идею о том, что, возможно, в океане гораздо больше жизни, чем люди думают".

Карла Хайдельберг вспоминает, что еще до того, как она и Хоффман закончили сбор образцов, Крейг и Тони Кнап отправились в главную каюту Sorcerer II, чтобы начать праздновать взятие пробы № 1. "Это была абсолютно командная работа, - говорит она, - но мне до сих пор смешно, когда мы в задней части лодки пытались достать образцы - было жарко, и мы пытаясь сделать все как надо, перебросить вещи через борт и поднять воду, мы услышали снизу большой тост с вином. Они говорили: "За науку! Наука - это здорово, и наука - это трудно!"". Она рассмеялась. "Они отлично проводили время. Но и мы тоже".

После обеда команда закончила прокачивать морскую воду через фильтры и втянула трубки. Это был сигнал, необходимый Чарли Ховарду, чтобы начать процесс поднятия парусов и разворота Sorcerer II в сторону гавани Святого Георгия. Этой ночью Хоффман упаковал фильтры с микробами и заморозил их в холодильнике "Колдуна" при температуре минус.

В морозильной камере по Цельсию их можно было доставить в JCVI в Роквилле для следующего этапа работы - секвенирования, идентификации и ана-лиза всего, что было выловлено из Саргассова моря.

Вспоминая все это много лет спустя, Джефф Хоффман улыбается. "Когда мы вышли из порта и вернулись в бар, мы понятия не имели, сколько там было микробов, что они собой представляли и что делали".

Но им предстояло это узнать.

Глава 2. Планета Микроб

Частица Бога.

-Леон М. Ледерман

КАК КРЕЙГ И ЕГО КОМАНДА ГОТОВИЛИСЬ доставить замороженные, очищенные от микробов фильтры с Бермудских островов обратно в JCVI в Мэриленде, они думали, что же это за организмы, которые они так скрупулезно собирали и анализировали? И насколько они важны для жизни на Земле, включая жизнь человека? В основном это были бактерии, хотя команда собирала и другие микроорганизмы: вирусы, археи, грибы, водоросли и простейшие (микроскопические животные). Но основное внимание было уделено бактериям - этим скрытым, но жизненно важным организмам, которые связывают и поддерживают все живое на нашей планете. Вместе эти крошечные формы жизни представляют собой последний и окончательный персонаж этой книги, действуя вместе как своего рода планетарный суперорганизм, даже если они живут своими миллионами триллионов триллионов отдельных жизней как очень разнообразные, индивидуальные клетки.

Бактерии и другие невидимые для нас микробы существуют на нашей маленькой планете в количестве, превышающем все звезды во Вселенной. Ученые обнаружили их повсюду: в вулканических жерлах, выживших при температурах, которые могут приближаться к 200 градусам по Фаренгейту, в шахтах и пещерах, проникающих на многие километры вглубь Земли. Они пронизывают почву и все водоемы, от дождевых луж до океанов, покрывающих 70 процентов поверхности Земли. Они живут в каждом человеке, хомячке, червяке и мухе, а также в каждом растении на Земле.

Некоторые бактерии живут в настолько негостеприимной - по крайней мере, для нас - среде, что ученые называют их "экстремофилами". К ним относятся Pyrococcus furiosus, процветающий в гидротермальных источниках в глубинах океана; некоторые виды Synechococcus lividus, обитающие во льду при температуре минус 25 градусов Цельсия; и причудливо выносливый Deinococcus radiodurans, который может выживать в столь суровых условиях, что его называют полиэкстремофилом1. В 2020 году японские ученые сообщили, что D. radiodurans, прикрепленный к внешнему корпусу Международной космической станции, в течение трех лет выживал в вакууме космоса и под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца. Книга рекордов Гиннесса называет его "самым радиационно-устойчивым микробом в мире".

Бактерии, называемые эндоспорами, которые состоят только из простого генома, небольшого количества цитоплазмы и толстой стенки, устойчивой к нагреванию, радиации и другим экстремальным условиям, могут лежать без движения тысячелетиями и при этом возрождаться. В 1995 году журнал Science сообщил о возрождении бактериальных спор, встроенных в насекомых, сохранившихся в янтаре более двадцати пяти миллионов лет.

Бактерии и другие микробы живут и в атмосфере Земли, где обитает около 1022 микробных клеток.6 По словам химика-атмосферолога Кимберли Пратер, они попадают в воздух, "будучи принесенными с земли и с моря ветром". Большая часть работы Пратер в Океанографическом институте Скриппса и Калифорнийском университете в Сан-Диего посвящена тому, как микробы способствуют образованию ледяных кристаллов в верхних слоях атмосферы, которые вызывают дождь. Солнечным днем в своем кабинете с видом на океан в Ла-Джолле она объяснила, что "в центре каждого кристалла льда находится частица - аэрозольная частица". Это очень важно понимать, потому что "если у вас нет этих частиц для водяного пара в верхних слоях атмосферы, на которых образуется лед, вода остается паром, и у вас нет дождя". Но эти частицы "могут быть пылью и другими материалами, а могут быть ми-кробами". Иными словами, в дождливые дни некоторые капли, попадающие на лица, зонтики, цветы и окна, содержат микробы. По мнению Пратера, "микробы интересны тем, что они, похоже, являются лучшими частицами, которые можно использовать для засева облаков, чтобы вызвать дождь". Подтекст очевиден для таких специалистов по засеиванию облаков, как она, которые пытаются понять, как сделать так, чтобы в местах, страдающих от засухи, выпадало больше осадков. Одно из решений, по ее словам, заключается в том, чтобы наполнить атмосферу бактериями.

Большинство микробов практически не покидают микрониши, которую они называют своим домом. Микробы распространяются ветрами, водными путями и животными на земле, в воздухе, в реках и океанах. Нередко микробы, зародившиеся, скажем, в пустыне Сахара, подхватываются пассатами и уносятся на запад, чтобы поселиться на Карибах, юго-востоке США и даже на севере штата Мэн.8 Этим дальним перемещениям способствуют люди - например, когда корабли переносят балластные воды, возможно, принимая их у берегов Вьетнама, а затем сбрасывая в гавань Сан-Диего. Другие микобактерии зарождаются в одном организме и переходят в другой, как это, вероятно, произошло в 2019 году, когда мутировавший коронавирус, зародившийся у летучих мышей в лесах южного Китая, заразил человека, а затем стал распространяться от человека к человеку, как лесной пожар.

Как уже упоминалось выше, бактерии были обнаружены даже в космосе. Люди принесли их на Международную космическую станцию (МКС) на своих телах, на оборудовании и одежде, в воде и пище, а также на мышах и других животных и растениях, доставленных на орбиту для экспериментов. Бывший сотрудник JCVI по микробиологии Обри О'Рурк недавно изучил образцы бактерий с космической станции, чтобы оценить, как на них повлияло солнечное и космическое излучение в космосе. "Эти крупные частицы радиации просто бомбардируют ДНК, - говорит О'Рурк, - и это происходит как с астронавтами, так и с бактериями на станции. Поэтому мы ставим на космической станции эксперименты, в которых мы можем контролировать радиацию и ее влияние". Его команда также изучает влияние микрогравитации и изменения в видах бактерий, обнаруженных у астронавтов после пребывания на космической станции.

Крейг добавляет, что бактерии, вероятно, существуют и за пределами Земли - на Марсе и, возможно, на других планетах, хотя мы пока не нашли этому подтверждения. "Бактерии настолько древние и эффективные", сказал он, "что вполне вероятно, что они существуют, если те же самые основные ингредиенты жизни существуют на других планетах".

БАКТЕРИИ бывают самых разных размеров, форм и цветов и, как правило, являются одноклеточными организмами, а не состоят, как мы, из ста триллионов клеток, работающих вместе. Тем не менее, в различных уголках природы, где бактерии иногда группируются парами или образуют вытянутые цепочки или маты клеток, называемые биопленками, можно встретить практически все. Их диаметр варьируется от одного до двух микрон, а длина - от пяти до десяти микрон, плюс-минус. (Клетки человека варьируются от этого размера до 150 микрон.) Хотя большинство бактерий имеют сферическую или палочковидную форму, некоторые из них похожи на запятые, спирали, изогнутые стержни и звезды.

Отдельные клетки, содержащие ДНК, которая не находится в протективном ядре, называются прокариотами. Клетки с ядром, как у всех млекопитающих, называются эукариотами. В любом случае бактериальная ДНК обычно располагается в хромосомах линейной или круглой формы, которые плавают в цитоплазме организма внутри клеточной стенки или мембраны.

Различные виды бактерий получают энергию из разных источников. Например, фотосинтезирующие бактерии используют энергию солнца в сочетании с углекислым газом и водой для производства глюкозы и кислорода. Другие бактерии питаются отходами и мертвыми организмами или получают энергию, расщепляя химические соединения в окружающей среде или от организмов, таких как растения или люди, на которых они живут или внутри которых они обитают. Некоторые из них живут во взаимовыгодных отношениях со своими хозяевами, другие являются патогенными и вредят своим хозяевам.

Бактерии впервые появились на Земле миллиарды лет назад. Ученые обнаружили окаменелости этих крошечных организмов в австралийских породах Apex Chert, датируемых 3,5 миллиардами лет, и есть доказательства того, что бактерии могли существовать даже 4,41 миллиарда лет назад, вскоре после появления океанов. Никто не знает, как они появились, хотя мы знаем, что когда все началось, Земля сильно отличалась от того мира, который мы знаем сегодня.

Посетители из другого мира, прибывшие три миллиарда лет назад, обнаружили бы планету, лишенную макрожизни - ни рыб, ни рептилий, ни млекопитающих, ни птиц, ни растений. Они обнаружили бы более тонкую атмосферу, состоящую в основном из углерода и азота, и увидели бы континенты и океаны, которые показались бы им пустыми. Но если бы у них было зрение или приборы для обнаружения микробов, они бы нашли мир, кишащий жизнью.

Если перенестись примерно на миллиард лет назад, гость попал бы в мир, все еще кишащий бактериями и лишенный большинства других форм жизни. Вирусы, вероятно, уже существовали, хотя когда они впервые появились, неизвестно. Согласно одной из теорий, они развились, когда Земля была молодой, от общего предшественника, который также привел к появлению бактерий. Но вместо того чтобы усложниться, протовирусы сбросили гены и упростились, превратившись в настоящие вирусы около 1,5 миллиарда лет назад. Это утверждение находит определенную поддержку в ископаемых. Теория также была проверена с помощью сложного алгоритма, построенного на основе данных об известной эволюции современных белков, критически важных для функционирования вирусов.

Этот второй инопланетный гость также обнаружил бы сильно изменившуюся атмосферу, в основном благодаря бесчисленным фотосинтезирующим бактериям, которые уже более миллиарда лет выделяли кислород в качестве побочного продукта своего метаболизма.

Переход от атмосферы, состоящей в основном из углерода и азота, к насыщенному кислородом воздуху постепенно превратил Землю в планету, на которой могли бы существовать многоклеточные организмы, знакомые нам сейчас. Они начали появляться около шестисот миллионов лет назад и в конце концов включили в себя нас.

"В глубокие геологические времена микробы отвечали за геоинженерию нашей планеты, чтобы в конечном итоге она стала пригодной для жизни, и они продолжают это делать", - говорит Крис Дюпон, занимающийся исследованиями в области микробной и экологической геномики в JCVI. Сегодня бактерии и другие микроорганизмы в океанах производят не менее половины кислорода на Земле, а возможно, и до 80 процентов. Только одно фотосинтезирующее семейство бактерий, Prochlorococcus, производит до 20 процентов всего кислорода в биосфере нашей планеты. Это больше, чем все тропические леса вместе взятые - растения являются другим основным источником кислорода в нашей атмосфере. Этот процесс является частью тщательного баланса, который человеческая деятельность начинает изменять не в лучшую сторону для поддерживающей нас экосистемы - к этой теме мы еще вернемся на следующих страницах.

Бактерии размножаются в основном путем бинарного деления: они делятся на две "дочерние" клетки, которые идентичны родительской клетке. Однако иногда в процессе дупликации происходят ошибки. Большинство этих ошибок нейтральны, но некоторые подрывают выживание конкретной бактерии, приводя к ее гибели или, если вредная мутация достаточно широко распространена в каком-либо виде бактерий, к их вымиранию. Другие мутации выгодны, и организмы живут, чтобы передать их своему потомству. Некоторые бактерии передают гены не путем бинарного слияния, а при тесном контакте с другими бактериями. Хищная бактерия может даже, питаясь другой бактерией, получить часть ДНК ее жертвы.

Бактерии размножаются в совершенно ином временном масштабе, чем макроорганизмы вроде человека. "Большинство бактерий делятся несколько раз в день", - говорит Крис Дюпон. "За человеческую жизнь они проходят десятки тысяч жизней. То, что мы считаем коротким сроком, для них, вероятно, две сотни поколений. Поэтому, когда вы говорите, что они быстро мутируют, это отчасти объясняется нашей антропоморфной точкой зрения на то, как мы определяем время".

Помимо бактерий, как уже отмечалось ранее, на Земле известны еще два типа клеток: археи и эукариоты. Археи были открыты в 1970-х годах микробиологом Карлом Уозом с помощью системы меток генов 16S рРНК для идентификации различных видов микроорганизмов. Археи похожи на бактерии, но у них другая история эволюции, и они производят энергию и выполняют другие функции, более похожие на эукариоты.

Мы, люди, состоим из третьего основного типа клеток - эукариотических, которые содержат ядро и органеллы и окружены плазматической мембраной. Среди других организмов, состоящих из эукариотических клеток, - все растения, животные, грибы и протисты, а также большинство водорослей. Хотя трудно сказать наверняка, когда эукариоты впервые появились в виде крошечных микроскопических организмов, ученые предполагают, что это произошло около 1,5 миллиарда лет назад.

СЕТЕВОЙ ЭФФЕКТ этой длинной истории эволюции микроорганизмов и миллиардов лет взаимосвязи жизни - то, чего не должно было случиться во Вселенной, где один из основных принципов физики гласит, что системы стремятся к возрастанию энтропии, постепенно (или быстро) приходя в беспорядок.

Вопреки всему, жизнь сумела поддерживать некий сверхпорядок на протяжении миллиардов лет, сохраняя планетарное равновесие, которое не только поддерживало жизнь, но и создавало еще большую сложность, а не меньшую. Одно из самых замечательных свойств жизни - способность создавать порядок: выточить сложное и упорядоченное тело из химического хаоса нашего окружения", - пишет Крейг в книге "Жизнь со скоростью света". На первый взгляд, это "чудо, которое бросает вызов мрачному второму закону термодинамики". Как это равновесие и поддержание порядка работает и каким-то образом сохраняется на протяжении миллиардов лет - один из ключевых вопросов, на который Крейг и его команда надеялись получить ответ с помощью проекта "Саргассово море" и глобального отбора проб. "Я проделал всю эту работу с микробами, чтобы понять, как устроена жизнь, - сказал он, - и разобраться в многочисленных способах, которые природа придумала, чтобы справиться с основными задачами поддержания жизни на протяжении миллиардов лет. Поиск пищи, производство и накопление энергии, эволюция и адаптация к новым нишам - в том, как они это делают, и заключается секрет жизни на Земле и, возможно, за ее пределами". "Основная истина заключается в том, что это всего лишь борьба жизни за самовоспроизведение", - говорит Джек Гилберт. "Так что, если хотите, это и есть эволюция". Гилберт считает, что лучше всего это выразил писатель Майкл Крихтон, автор "Парка Юрского периода", написавший, что "жизнь найдет способ".18 "В этом и заключается смысл равновесия", - говорит Гилберт. "Эти странные маленькие кусочки нуклеиновой кислоты отчаянно хотят выжить, чтобы

могут быть воспроизведены".

Гилберт добавил, что сказанное им было антропомор-фическим описанием этой динамики. "Конечно, за этим процессом не стоит никакой человеческой движущей силы", - сказал он. "Это просто химические вещества, стремящиеся к воспроизведению. И суть этой системы в том, что она либо рушится или сохраняется. А если она сохраняется, то должна постоянно стремиться к равновесию, которое позволяет этой системе сохраняться. В противном случае она разрушается и умирает".

Крейг считает, что одним из ключевых моментов может быть то, что основы были заложены миллиарды лет назад, а все последующие изменения - вся генетика, которую ученые пытаются выяснить с помощью секвенирования дробовика, искусственного интеллекта и, надеюсь, когда-нибудь квантовых вычислений - были незначительными вариациями. "Мы изучили и проанализировали сотни видов, включая геном человека, - говорит Крейг, - и теперь можем начать понимать, какие генетические компоненты, какие незначительные изменения, произошедшие за миллиарды лет, буквально привели к тому, что мы смогли взять это интервью, совершить эту экспедицию, получить все, что связано с человеческой жизнью".

13 мая 2003 года, когда Крейг и его команда готовились покинуть Бермудские острова после взятия первых проб, никто еще не думал об универсальных теориях или грандиозных гипотезах. Никто и не предполагал, что спустя двадцать лет наука микробиология, которая в 2003 году занималась в основном мелкомасштабными экспериментами и имела ограниченное представление о разнообразии микробов в море, будет всерьез размышлять над универсальными теориями и пытаться постичь мир микробов в планетарном масштабе. "Идея ученых мыслить масштабно в области ми-кробиологии во многом началась с Крейга и экспедиции в Саргассово море", - говорит Джек Гилберт. "Его идея выйти на глобальный уровень и привнести технологии, чтобы сделать это возможным, изменила ситуацию".

Но это будет позже. В мае 2003 года Крейг и Джефф Хоффман поставили перед собой задачу доставить замороженные, отфильтрованные микробы с Бермудских островов обратно в Роквилл, штат Мэриленд.

Они прибыли в международный аэропорт Бермудских островов через несколько дней после возвращения "Колдуна II" из Саргассова моря, причем Хоффман нес картонную коробку с изоляционным сердечником, заполненным сухим льдом, и тремя 142-миллиметровыми фильтрами, сложенными втрое. Хоффман впервые летел на частном самолете, и его посвятили в ритуал для новичков, в результате которого он занял боковое место в самолете у двери, рядом с баром. "Новичок должен был работать барменом, - сказал он.

Он помнил, что там был Крейг и еще несколько человек, которые пили пиво, когда самолет подрулил и они взлетели, везя с собой сокровища из Саргассова моря. Они направлялись в Мэриленд, где эти миллиарды микробов будут подвергнуты секвенированию и анализу, чтобы заставить их выдать некоторые секреты, скрытые в их ДНК.

Глава 3. Геном океана становится мета-геномом

Данные о последовательности ДНК можно интерпретировать чрезмерно, но если быть осторожным, то их можно использовать как подсказку.

-Крейг Вентер

В пасмурный майский полдень 2003 года, когда грозила гроза, частный самолет, перевозивший Крейга Вентера и Джеффа Хоффмана из Бер-муда, приземлился на аэродроме округа Монтгомери в Гейтерс-бурге, штат Массачусетс. Оттуда Хоффман доставил замороженные фильтры в неприметное лабораторное здание в соседнем Роквилле - временное помещение.

Здесь ученые начнут готовить ДНК микробов Саргассова моря к секвенированию и идентификации. В то время различные институты Крейга располагались в разных местах, но в Роквилле завершалось строительство нового кампуса, который должен был объединить все их работы под одной крышей. Институт геоатомных исследований (TIGR), его флагманская исследовательская организация, пока арендовал эту лабораторию в качестве временного помещения.

Основу деятельности Крейга в Роквилле составляли секвенаторы нового поколения. В основном это были ДНК-анализаторы ABI 3730xl от Applied Biosystems, каждая машина размером с мини-холодильник и стоимостью около 300 000 долларов. Десятки таких приборов были выстроены в ряд на столах в нескольких больших комнатах в Роквилле. "Они могли одновременно обрабатывать девяносто шесть последовательностей вместо одной, - говорит Хоффман, - что по тем временам было очень быстро". Секвенаторы работали, помечая каждую генетическую букву - все A, G, C и T - особым флуоресцентным красителем, который считывался лазером и записывался компьютером в виде кода.

Вся эта масса секвенирования была крайне важна для того, что Крейг собирался сделать с микробами Саргассова моря - то, что еще никогда не пытались сделать в таком масштабе. Речь шла о том, чтобы с помощью дробного секвенирования выйти за рамки секвенирования ДНК одного вида или организма, что было нормой, в том числе для проекта "Геном человека".

Вместо этого Крейг предлагал установить последовательность и собрать воедино тысячи отдельных организмов и видов, содержащихся в разнородных образцах из Саргассова моря, - идея, которую многие ученые считали провальной. Это означало, что нужно было заново изобрести и пересмотреть каждый этап процесса секвенирования, начиная с того, как лаборанты вскрывали и выделяли ДНК из множества образцов отдельных организмов одновременно. Проблема заключалась в том, как создать библиотеки секвенирования, в которые можно было бы одновременно поместить большое количество различных микробов, сохранив при этом случайность последовательностей. "В то время, - говорит Крейг, преуменьшая, - это была нелегкая задача".

Чтобы подготовить необработанные образцы к секвенированию, Хоффман обратился к Синди Пфаннкоч, лаборантке из JCVI, которая ранее работала над подготовкой ДНК к секвенированию в рамках проекта "Геном человека", а теперь была направлена во временную лабораторию в Роквилле. "Именно там мы начали работать над Саргассовым морем, - вспоминал Пфаннкоч, - и там мы разработали, как будем фильтровать. У нас было две или три лаборатории, я думаю, они напоминали NIH в пятидесятые годы. Такой декор. Черные скамейки из формики, мрачные зеленые стены, сбоку пара маленьких скамеечек, похожих на столы".

Получив образование почвенного микробиолога, Хоффман адаптировал методы выделения ДНК, которые он освоил в пустынях Аризоны во время защиты докторской диссертации. "Это были довольно стандартные методы, - говорит он, - хотя я никогда не использовал их для микробов из океана". Хоффман, Пфаннкох и небольшая команда из института начали с того, что взяли замороженные фильтры, содержащие микробы, привезенные с Бермудских островов, и разрезали их на крошечные кусочки. Затем они использовали специальные ферменты, предназначенные для вскрытия клеток и извлечения ДНК. "Оказалось, что океанские микробы вскрываются довольно легко, - говорит Джефф, - по сравнению с микробами пустынной почвы, у которых более толстые мембраны". Полный процесс извлечения занял около трех дней.

"Отчасти мы полагались на опыт Джеффа", - вспоминает Крейг. "Нужно было уметь вскрыть все клетки. Поэтому они попробовали несколько различных экспериментальных протоколов, чтобы извлечь всю ДНК.

У микробиологов команды был опыт вскрытия клеток, а у Джеффа - опыт работы с микробами пустынной почвы. Некоторые клетки из почвы очень трудно вскрыть, потому что они образуют маленькие микрокапсулы. Каждый член команды предлагал различные протоколы, которые позволяли вскрыть все клетки и получить наибольшее количество ДНК".

Следующие шаги заключались в создании нескольких копий ДНК в образцах, а затем в буквальном смысле разбиении ДНК на фрагменты размером от пятисот до двух тысяч пар оснований с помощью аппарата, называемого распылителем. Затем фрагменты пропускались через один из секвенаторов Applied Biosystems, который отмечал и идентифицировал каждую генетическую букву.

После завершения секвенирования и компьютерной обработки файлов команда вычислительных биологов из института взяла цифровые последовательности и принялась за работу, пытаясь собрать эти фрагменты кода в естественные хромосомы организма. Для этого команда искала совпадения в коде разных фрагментов. Подробное описание того, как это делается, представлено Национальным центром биотехнологической информации в его справочнике NCBI.1 Но для простоты предположим, что после того, как распылитель произвел взрыв, в оставленных им фрагментах были следующие три:

Фрагмент 1: -----TCATGCTTGAC-----TACAGC

Фрагмент 2: TGCATCATGC-----GCTATACAGC

Фрагмент 3: -----TTGACGCGGCTATAC---.

Компьютер быстро определяет перекрывающиеся части этих фрагментов и способен собрать всю последовательность, которую они покрывают:

TGCATCATGCTTGACGCGGCTATACAGC

Этот процесс может работать, когда несколько копий генома данного организма собраны и раздроблены, чтобы получить различные фрагменты. Чем больше копий, тем больше шансов, что будут найдены участки с идентичными последовательностями ДНК и что случайные фрагменты могут быть скомпилированы компьютерами в контиги.

Еще проще представить себе, что кто-то распечатал несколько копий, скажем, статьи из New York Times и нарезал их по-разному, получив множество изо-лированных строк символов. Эти фрагменты не имеют смысла, пока вы не начнете находить в разных вырезках последовательности, которые точно совпадают. Возьмем, к примеру, первое предложение статьи о проекте "Геном человека", написанной в 2001 году Николасом Уэйдом.2 Вот несколько возможных фрагментов из нее:

/ е давно устоявшиеся представления о биологии человека. / Публикация первой интерпретации

/ На этой неделе было вынесено решение, опровергающее некоторые давние убеждения относительно интерпретации последовательности генома человека.

И вот эти фрагменты сшиты вместе, чтобы показать исходное предложение:

Опубликованная на этой неделе первая интерпретация последовательности генома человека переворачивает некоторые давно устоявшиеся представления о биологии человека.

Дробное секвенирование ЦЕЛОГО ГЕНОМА было впервые разработано в середине 1990-х годов, когда Крейг и Гамильтон "Хэм" Смит - нобелевский лауреат, близкий друг Крейга и его соратник по TIGR, Celera и JCVI - изобрели процесс секвенирования Haemophilus influenzae.

Другие использовали термин "дробовое секвенирование" для описания того, что они делали, что сбивает с толку", - говорит Крейг. "Например, Фред Сэнгер в 1977 году использовал этот термин для обозначения методов, с помощью которых он впервые секвенировал вирус Phi-X174".3 Так же поступила группа ученых из Калифорнийского университета в Дэвисе в 1981 году, которые использовали тот же подход, что и Сэнгер, когда секвенировали вирус цветной капусты Mo-saic. Но оба вируса были подготовлены к секвенированию не с помощью распылителей, разбивающих ДНК на маленькие случайные фрагменты, а с помощью более традиционного метода, использующего ферменты рестрикции. Они работают как химические ножницы, разрезая ДНК на части в точных местах генетической последовательности. Затем эти фрагменты секвенируются по одному и вручную соединяются в компьютере. Фактически именно Хэм Смит вместе с двумя другими учеными стал пионером в использовании ферментов рестрикции - это открытие принесло им Нобелевскую премию по медицине 1978 года.

"Вместо ферментов рестрикции, - говорит Крейг, - мы случайным образом разрезали ДНК на мелкие фрагменты - двадцать пять тысяч фрагментов в одной пробирке для первого генома. Затем все эти фрагменты были секвенированы, и двадцать пять тысяч фрагментов были точно собраны заново". Крейг писал об этом процессе секвенирования Haemophilus в книге "Жизнь со скоростью света": "В результате 1,8 миллиона пар оснований генома [Haemophilus] были воссозданы в компьютере в правильном порядке. Следующим шагом стала интерпретация генома и определение всех входящих в него генов".

В 1995 году команда изложила результаты се-квенирования Haemophilus и их интерпретацию в статье в журнале Science под названием "Полногеномное случайное секвенирование и сборка Haemophilus influenzae Rd": "Тот факт, что мы смогли собрать Haemophilus с помощью алгоритма так быстро и так точно, бросил вызов всем. "Они использовали тот же аргумент, что и при секвенировании генома человека, - что на секвенирование такого количества ДНК старыми методами уйдут десятилетия. Но потом мы добились успеха с Haemoph-ilus, доказав, что математически это можно сделать гораздо быстрее. Это также доказало, что с помощью этого метода можно секвенировать геном человека. Это было бы невозможно, если бы мы не сделали сначала Haemophilus".

Когда геном Haemophilus был опубликован, он добавил: "Фред Сэнгер даже прислал мне милую записку от руки... в которой сказал, что всегда верил, что мой подход сработает, но у него не было возможности проверить его, потому что его коллеги хотели получить свой собственный кусок ДНК".

После секвенирования Haemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium Крейг привлек к себе большое внимание в СМИ и научных кругах. Хэма и Крейга пригласили прочитать президентскую лекцию в Американском обществе микробиологии на его ежегодном собрании в Вашингтоне. "Хэм представил меня, и я прочитал лекцию", - рассказывает Крейг. "В конце произошло редкое для науки событие: двадцать тысяч ученых поднялись на ноги и аплодировали нам стоя за секвенирование первого в истории организма".

"Этот успех позволил нам получить крупное финансирование и продолжить эти ранние эксперименты и проверки секвенирования дробовика с использованием бактерий", - говорит он. Одним из главных спонсоров, сторонников и болельщиков почти всех проектов Крейга после Haemophilus был Ари Патринос, который в 1995 году был назначен ответственным за биологические и экологические исследования в Управлении науки Министерства энергетики США (DOE). Позже Патринос вспоминал, как он упустил шанс профинансировать Haemophilus, потому что о том, что рецензенты из министерства энергетики наплевали на предложенный проект. "Я хотел профинансировать секвенирование первого микробного генома, - говорит он, - но все отзывы о проекте были отрицательными. Все эти эксперты считали, что Крейг не справится. В конце концов я отменил их решение, что мне было разрешено, но мне пришлось пройти через всю бумажную волокиту, чтобы добиться отмены решения, а тем временем Крейг раздобыл немного частных денег и смог профинансировать первую работу без DOE, потому что мне потребовалось слишком много времени, чтобы получить разрешение". Однако после этого его бюро "финансировало практически все". "И это была одна из лучших вещей, которые я сделал", - сказал Па-тринос, потому что работа Крейга "была новаторской и очень сильно изменила мировоззрение научного сообщества в этой области".

Крейг вспомнил об одном откровенном открытии, сделанном в первые дни поддержки МЭ. "После Haemophilus и M. genitalium Министерство энергетики выделило нам двадцать или тридцать ге-номов, - говорит Крейг, - и создало консультативный комитет, чтобы помочь нам сделать выбор: Какие наиболее важные виды микроорганизмов на планете мы должны изучить в первую очередь?" В комитет вошли известный микробиолог Рита Колвелл, которая впоследствии стала директором Национального научного фонда, и Карл Виз, микробиолог, разработавший процесс штрихкодирования видов с помощью 16S рРНК и открывший существование типа клеток архея.

Присутствие Колвелл в комитете позволило установить очевидную дату, поскольку "видом, которым она занималась всю жизнь, была холера". Как вспоминает Крейг, "я подумал, что было бы интересно провести последовательность, потому что в холерном сообществе шли большие дебаты о том, есть ли у холеры одна или две хромосомы". Карл Уиз, был уверен, что нет необходимости использовать метод дробовика на холере, поскольку ее код 16S рРНК полностью совпадает с кодом другой бактерии, E. coli, у которой всего одна хромосома. Но "одна из вещей, которая мне больше всего нравится в дробовом секвенировании, - это то, что оно не требует гипотез", - продолжает Крейг. "Неважно, что вы считали раньше - одну хромосому или две хромосомы, или что ген 16S похож на E. coli. Это как машина правды, потому что если в ней есть независимые элементы, она собирает их независимо, как они есть на самом деле, а не как люди думают, что они могут быть".

Конечно, выяснилось, что у холеры две хромосомы.9"В одной из хромосом была метка 16S рРНК, и эта хромосома очень похожа на кишечную палочку", - говорит Крейг, а это значит, что в лучшем случае "Карл Вуз был прав наполовину, потому что вторая хромосома совсем не похожа на кишечную палочку и, скорее всего, произошла от слияния двух бактерий в древние времена". Размышляя о том, какой организм следует изучать следующим, Крейг хотел

чтобы сосредоточиться на одном из видов, существующем в экстремальных условиях, в надежде понять, как ему удается выживать. Позже он писал: "В 1996 году мы намеренно выбрали необычный вид для нашей третьей работы над геномом: Methanococcus jannaschii. Этот одноклеточный организм живет в необычной среде - гидротермальном жерле, где горячая, богатая минералами жидкость вырывается из глубины морского дна. В этих адских условиях клетки выдерживают давление более 245 атмосфер, что эквивалентно давлению 3 700 фунтов на квадратный дюйм, и температуру около 85 градусов по Цельсию (185 градусов по Фаренгейту). Это само по себе замечательно, поскольку большинство белков денатурируют при температуре от пятидесяти до шестидесяти градусов Цельсия, и именно поэтому яичный белок становится непрозрачным при приготовлении пищи".10 Крейг сотрудничал с Карлом Вузом в работе над Methanococcus, первым типом клеток архей, который когда-либо был секвенирован. "Последовательность не разочаровала", - пишет он. Геном метанококка расширил наше представление о биологии и генофонде нашей планеты". Почти 60 процентов генов Methanococcus были новыми для науки и неизвестными; только 44 процента генов были похожи на ранее охарактеризованные. Некоторые гены метанококка, в том числе связанные с основным энергетическим метаболизмом, действительно напоминали гены бактериальной ветви жизни. Однако, в отличие от них, многие гены, в том числе связанные с обработкой информации, а также с репликацией генов и хромосом, имели наилучшие совпадения с генами эукариот, в том числе с генами человека и дрожжей". Исследование генома Methanococcus появилось на первых страницах крупных газет "и вызвало несколько интересных заголовков", - отметил Крейг.

Этот процесс также вдохновил людей представить, как могла зародиться жизнь на ранней, вулканической Земле, и как жизнь могла существовать на других мирах, где температура и наличие едких химических веществ, как казалось ранее, исключали ее существование.

Следующим геном, секвенированным Крейгом и его командой, был другой экстремофил под названием Archaeoglobus, обитающий в нефтяных месторождениях и горячих источниках. "Этот организм использует сульфат в качестве источника энергии, но может питаться практически всем", - пишет Крейг. "Наш первый анализ более чем двух миллионов букв его генома показал, что четверть его генов имеют неизвестную функцию... а еще четверть кодируют новые белки". Раскрывая новые биологические механизмы получения энергии, Archaeoglobus также может предложить альтернативу использованию человеком ископаемого топлива.

Удивительный результат другого эксперимента, проведенного в это время, доказал, что секвенирование дробовика можно использовать для выделения и идентификации нескольких видов бактерий одновременно из одного и того же образца. Это открытие произошло, когда команду Крейга попросили идентифицировать стрептококковую бактерию, которая вызывала тяжелую пневмонию у пациента в Норвегии. Процесс дробного анализа показал, что на самом деле виновником были две разные бактерии. "Вероятно, именно поэтому инфекция была такой тяжелой", - говорит Крейг. Загадка была решена, когда "сборка выдала два независимых, тесно связанных друг с другом генома там, где люди думали, что был один. Именно это убедило меня в том, что геном каждого вида на этой планете имеет уникальное математическое решение". Вместе с этим убеждением пришло и другое. "Это также дало мне уверенность в том, что мы можем секвенировать смешанные популяции бактерий" - даже такие большие, как, скажем, в двухстах литрах морской воды из Саргассова моря.

Это, конечно, было прелюдией к возмутительной идее Крейга в 2003 году использовать секвенирование дробовика для анализа образцов, содержащих множество видов микробов. И как бы революционна ни была эта работа, Крейг и другие ученые еще в конце 1990-х годов поняли, что секвенирование дробовика может также позволить ученым секвенировать в одном образце все бактерии в Саргассовом море - или в глубоком колодце, вулканическом жерле или кишечнике человека.

Идея секвенировать ДНК всех микробов в определенной экосистеме или местности и изучить полученные результаты положила начало новой области под названием метагеномика. Этот термин используется для описания исследований всего - от отдельных участков океана до конечной цели метагеномики - секвенирования всей микробной ДНК на нашей планете, до последнего А, Г, С и Т в каждом микробе. Это позволило бы выявить базовый код огромной сети микробов, которые лежат в основе жизни на Земле. Однажды Крейг сказал репортеру, что хочет составить последовательность всех микробов на Земле. В основном он шутил, но не совсем.

4 марта 2004 года на пресс-конференции в Вашингтоне Крейг объявил о ключевых результатах, представленных в статье "Саргассово море", за месяц до того, как исследование было опубликовано в журнале Science 2 апреля, а ведущим биоинформатиком стала Карин Ремингтон.

К тому времени кругосветная экспедиция Крейга была уже далеко не в пути, и "Колдун II" достиг Галапагосских островов. Крейг, загорелый и подтянутый, вернулся в Вашингтон, чтобы рассказать. Он сообщил толпе репортеров, собравшихся в Национальном пресс-клубе, что его команда обнаружила почти две тысячи различных видов бактерий, в том числе 148 ранее не встречавшихся, и около 1,2 миллиона новых генов. По самым скромным подсчетам, это удвоило количество генов, ранее известных у всех видов, микро- и макроорганизмов, во всем мире.16 Это была ДНК-сборка, показавшая, что микробное разнообразие и огромное количество бактерий в Саргассовом море намного, намного больше, чем кто-либо мог себе представить. "Теперь, с помощью новых инструментов, - объявил он, - мы можем увидеть то, что все до сих пор упускали, а именно подавляющее большинство жизни".

Тони Кнап позже вспоминал о всеобщей реакции на эту новость: "Я бы сказал, что было немного зависти, потому что все хотели быть первыми, кто сделал это, а потом это сделал Крейг. Люди работали над похожими проектами, но никто не публиковал их. А потом эта статья как бы взорвала людей. Появилось множество слухов о том, что в океане не может быть такого разнообразия, что мы, должно быть, брали пробы сточных вод".

"Эта работа оказалась документом о микробиоме океана", - продолжает Кнап. "Сейчас люди признают ее как пионерскую работу в океанографии. Конечно, сегодня вы можете сделать это во много раз больше, используя более современное оборудование. Но тогда это было невероятно и очень дорого. Мы смогли это сделать, потому что у меня был доступ к морским образцам, а у него - к секвенаторам и науке. Когда я говорю с людьми об этой работе, неважно, в какой области океанографии, все знают об этой работе и о том, какое влияние она оказала на эту область".

"Общее количество найденных генов просто поражает воображение", - сказал Пол Фальковски, океанограф из Университета Ратгерса в Нью-Брансвике, штат Нью-Джерси, корреспонденту Genome News Network. Когда Эндрю Поллак из New York Times сообщил об этом исследовании, он связался со Стивеном Джованнони, профессором Ор-эгонского государственного университета, который изучал микробы в Саргассовом море. Джованнони сказал: "Он впервые позволил нам увидеть это разнообразие". В той же статье цитируется Дэвид М. Карл, профессор океанографии из Гавайского университета: "Это почти гипербола. Как можно представить, что в одном образце есть миллион новых генов и белков, о которых мы ничего не знаем?" Поллак побеседовал с несколькими океанографами, которые сказали, что не узнали ничего нового, хотя результаты исследования "подтвердили разнообразие океанической жизни и предоставили гигантский список деталей, которые будут изучаться еще долгие годы". Другие жаловались, что Крейг не собрал достаточно вспомогательных данных, таких как температура и соленость воды.

Бактерии, которые он обнаружил, могли появиться в результате загрязнения образца, хотя в статье в Science говорится, что исследователи предохранялись от загрязнения".

"Мы демонстрируем, - говорится в заключении исследования, написанного в обычном осторожном, сдержанном стиле научной журнальной статьи, - что секвенирование дробовика дает богатый набор филогенетических [эволюционно-родственных] маркеров, которые могут быть использованы для оценки филогенетического разнообразия образца с большей мощностью, чем позволяют обычные исследования рРНК на основе ПЦР. Мы обнаружили, что, хотя качественная картина, которая возникает, похожа на ту, что основана на анализе только генов рРНК, количественная картина значительно отличается для определенных таксономических групп. Кроме того, так же как дробовое се-квенирование обеспечивает относительно объективный способ изучения видового разнообразия, оно также может позволить относительно объективно определить разнообразие генов в определенных семействах генов".

В исследовании описывается обнаружение большого количества основных видов бактерий, в том числе Burkholderia и Shewanella oneidensis, которые обычно встречаются на суше или в водоемах, богатых питательными веществами. Также были обнаружены бактерии, известные как распространенные в океане, в том числе Prochlorococcus и SAR86. "Команда обнаружила почти 800 новых генов для белков, чувствительных к свету, что говорит о том, что больше бактерий, чем считалось ранее, могут преобразовывать свет в энергию для других видов энергии", - пишет Поллак. "Это в сотни раз больше, чем было найдено ранее, и исследователи IBEA хотят изучить эти гены дальше, чтобы исследовать возможность производства водорода в качестве источника топлива.

Проект "Саргассо" стал одним из ключевых факторов развития современной метагеномики", - сказал Крис Дюпон, выступая в своем офисе в JCVI в 2019 году. "Новые таксономические линии, о существовании которых мы просто не знали. В некоторых случаях это связано с тем, что универсальный маркер 16S рРНК не учитывает различия в некоторых из этих линий, потому что вы получаете виды с одним и тем же маркером 16S рРНК, которые ведут себя принципиально по-разному. С помощью дробового секвенирования вы получаете гораздо более полную картину".

"Крейг был именно тем человеком, который должен был это сделать", - говорит Хуан Энрикес. "Вам нужен ученый, который понимает, что такое выбросы и безмятежность. Все лучшие ученые так и делают. Они могут сказать: "Вот черт, это удивительно. Давайте потянем за это очень сильно". Он никогда не сомневается, когда находит что-то необычное, за что можно потянуть".

ОДНАКО НЕОЖИДАННАЯ РЕАКЦИЯ на проект и газету "Саргассо" исходила от нескольких защитников окружающей среды и активистов, которые заявили, что микробы, собранные на "Колдуне II", были украдены с Бермудских островов. Существуют международные договоры, регулирующие добычу и использование иностранцами ценных природных ресурсов - от драгоценных камней и металлов до ископаемого топлива, растений и животных, а также микробов, - и они заподозрили команду Крейга в их нарушении.

В то время эти договоры были относительно новыми; самый важный из них вступил в силу в конце 1993 года, будучи представленным на Конференции ООН по окружающей среде и развитию 1992 года в Рио-де-Жанейро и согласованным 168 странами. Этот пакт, известный как Конвенция ООН о биологическом разнообразии, стал результатом десятилетий дебатов и переговоров и включал положения, определяющие, кому принадлежат права на "генетические ресурсы" каждой страны - ДНК растений, животных, водорослей, грибов и бактерий, которые в один прекрасный день могут стать объектом изучения, приведет к созданию лекарства-блокбастера или чудесного нового химического вещества или источника энергии.

Отчасти эти договоры стали реакцией на многовековую эксплуатацию европейцами природных ресурсов в своих бывших колониях - добычу природных богатств, которая часто начиналась, когда геологи, ботаники и другие ученые сопровождали или шли по следам исследователей и завоевателей, претендовавших на ту или иную территорию. Это наследие усилило в некоторых странах настороженность по поводу того, что Крейг Вентер - знаменитый белый ученый, недавно возглавивший многомиллиардную компанию по геномике, - действительно делал в таких местах, как Бермудские острова. Действительно ли он искал микробов исключительно для исследований и действительно ли планировал помещать найденные гены в общедоступные базы данных, как он утверждал? Или же он втайне искал организмы для извлечения прибыли?

"Экспедиция Вентера по поиску микробов поднимает серьезные вопросы о суверенитете над генетическими ресурсами и приватизации ресурсов путем патентования", - заявил региональный директор ETC Group, канадской организации экологических активистов, которая летом 2004 года выступила с публичной критикой проекта Sorcerer II. ETC также назвала Крейга "Биопиратом года".25 Если эта награда и давала ему право на какую-то табличку, то, по словам Крейга, он ее так и не получил. "Если бы получил, - говорит он, - она бы висела у меня на стене в офисе".

Более серьезной была статья в журнале Nature под заголовком "Бермудские острова жестко относятся к сбору ресурсов". В ней научный журналист Рекс Далтон сообщал:

Когда в начале прошлого года Крейг Вентер направил судно Sorcerer II в бермудские воды, он искал океанские микробы.

Но его путешествие в Саргассово море привело пионера ге-номики в неизведанные воды. Правила биоразведки в этом небольшом британском протекторате еще только разрабатываются. Опыт экспедиций, подобных экспедиции Вентера, заставил Бермудские острова временно закрыть некоторые исследовательские проекты до тех пор, пока они не укрепят свои правила.

"Мы обнаружили в бермудской воде более миллиона генов, - вспоминал Крейг, - и на Бермудах посчитали, что мы запатентовали миллион генов". Но команда ничего не патентовала. Все стало общественным достоянием".

По словам Тони Кнапа, директора Бермудской био-логической станции исследований, для некоторых недоброжелателей обнародование данных тоже было неприемлемо. "Эти люди говорили, что мы обманули Бермуды, лишив их возможности получать прибыль, хотя, как вы понимаете, если бы мы держали все в тайне, на нас бы тоже обрушились". Кнап, который также столкнулся с критикой за свое сотрудничество с JCVI, ответил на статью Далтона письмом в редакцию Nature:

Бермудские острова приветствуют осторожных изыскателей

Сэр:

Несмотря на утверждение, содержащееся в вашем новостном материале "Бермуды ужесточают меры по сбору ресурсов" (Nature 429, 600; 2004), Министерство охраны окружающей среды Бермудских островов не закрыло ни одного исследовательского проекта, связанного с доступом к биоразнообразию, даже на временной основе. В настоящее время разрабатываются новые законы и правила, призванные расширить биоразведки, а не для того, чтобы предотвратить или воспрепятствовать такой исследовательской деятельности. Вопреки вашему сообщению, Министерство охраны окружающей среды ... . .

высоко оценивает ответственность станции за обеспечение активного и консультативного подхода к вопросам доступа к окружающей среде.

Бермудские неприятности были не последним случаем, когда проект Sorcerer II столкнулся с чувствительностью и проблемами, связанными с биоразнообразием и истинными мотивами Крейга. Во время кругосветного путешествия получение прав на взятие проб в территориальных водах стран, расположенных вдоль маршрута Sorcerer II, стало постоянной работой для небольшой команды JCVI, возглавляемой Робертом Фридманом, доктором философии в области анализа эколого-логических систем и биодипломатом. Обычно все шло гладко, хотя бывали моменты, когда экспедиция сталкивалась с неприятными ситуациями, связанными с нежелающими сотрудничать правительствами и официальными лицами. Несколько раз попытки официальных лиц задержать или отменить разрешение приводили к тому, что на борт высаживалась вооруженная полиция. Судну Sorcerer II было приказано не покидать порт, пока власти разбирались с тем, разрешат ли команде Крейга собрать образцы и отправить их обратно в JCVI в Мэриленде. "Обычно все обходилось благополучно, - говорит Крейг, - но бывали и неприятности".

Крейг завершил пресс-конференцию в Вашингтоне, объявив, что он и его команда уже находятся в глубоком глобальном путешествии, стартовав из Галифакса (Канада) около шести месяцев назад, и в данный момент команда корабля собирает образцы в Тихом океане. Улыбаясь, он рассказал журналистам, что только что прилетел с Галапагосских островов, где команда корабля взяла самые интересные образцы - микробы из мангровых болот, пресноводных прудов, серных жерл и многого другого.