Белый сыр и зеленая эволюция: как грибок в пещере изменил науку о выживании

Некоторые открытия в науке начинаются не с гипотезы, а с случайности — с забытого образца, неожиданного цвета, странного запаха или просто с того, что кто-то решил не выбросить то, что казалось бесполезным. Именно так произошло одно из интересных наблюдений в современной микробиологии: эволюция грибка на сыре, происходящая прямо на глазах у ученых. Это история о том, как предложение руки и сердца в сырной пещере привело к прорыву в понимании адаптации живых организмов, и как белые пятна на поверхности сыра раскрыли тайны генетической эволюции, имеющие последствия для продовольственной безопасности, медицины и даже кулинарного искусства.

В 2016 году доцент биологии Бенджамин Вулф, известный своей непоколебимой привычкой хранить все, что хоть немного кажется интересным, уговорил своего бывшего научного руководителя отправиться на ферму Джаспер-Хилл в Вермонте — не ради исследований, а ради романтики. Там, в глубинах прохладной, влажной пещеры, где созревает знаменитый сыр «Bayley Hazen Blue», молодой человек сделал предложение своей возлюбленной на месте их первой встречи. Вулф, будучи любителем микробиомов и не могущим упустить возможность получить образец уникального сыра, взял несколько головок с собой. Он не знал, что этот сыр станет мостом между кулинарией и эволюционной биологией. Образцы были помещены в морозильную камеру лаборатории — на всякий случай, как он сам сказал. И именно эта «на всякий случай» сохранность стала ключом к открытию.

Через несколько лет аспирант Николас Лоу, перепроверяя старые запасы, обнаружил нечто поразительное: сыр, который когда-то был покрыт густым зеленым слоем плесени Penicillium solitum, теперь стал белым, как мел. Не просто бледным — полностью лишенным пигмента. Это было не загрязнение, не порча, не изменение условий хранения — это было нечто большее. «Мы подумали, что это может быть примером эволюции, происходящей прямо на наших глазах», — признался Вулф. И они были правы. Грибы, которые обычно развиваются медленно, в невидимом для человека масштабе времени, здесь, в условиях «пещеры», прошли через естественный отбор за считанные годы. Они не просто выжили — они адаптировались, изменились, оптимизировали себя.

Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, показало, что причина изменения цвета кроется в гене alb1, ответственном за синтез меланина — природного пигмента, который у грибов служит броней против ультрафиолетового излучения. В темной, вечной тьме сырной пещеры меланин больше не нужен. Его производство требует энергии — энергии, которую можно направить на рост, размножение, конкуренцию с другими микроорганизмами. И грибы, как умные экономисты, отказались от лишнего. Они стали белыми — не потому что болели, а потому что стали эффективнее.

Но самое удивительное — это не одна мутация, а целая симфония генетических изменений. У одних колоний ген alb1 был отключен точечными мутациями — маленькими ошибками в ДНК, случайно возникшими в разных местах генома. У других — крупными вставками, вызванными мобильными генетическими элементами, или «прыгающими генами». Эти элементы, способные выскакивать из одного участка ДНК и встраиваться в другой, оказались здесь не врагами, а союзниками. Они встроились перед геном alb1 и буквально заблокировали его активность. Для гриба это стало выгодным — как если бы человек внезапно перестал платить за электроэнергию, которая ему больше не нужна. Энергия была освобождена — и потрачена на то, что действительно важно: рост, выживание, распространение.

Это явление, известное как «ослабленный отбор», хорошо знакомо биологам: когда среда становится безопасной, организмы теряют ненужные черты. Пещерные рыбы слепнут, пещерные саламандры теряют пигментацию, насекомые в темноте забывают, как выглядеть яркими. Но никогда прежде не было столь четко зафиксировано, как этот процесс происходит на молекулярном уровне у диких грибов — в естественных условиях, без лабораторных манипуляций, всего за несколько лет. Это не эксперимент. Это реальная жизнь, записанная в ДНК.

Открытие имеет далеко идущие последствия. Примерно 40 процентов мирового урожая теряется из-за грибков — половина до сбора, половина после. Заплесневелый хлеб, гнилые яблоки, испорченные овощи — все это результат того, что грибы слишком хорошо адаптируются. Понимая, как они теряют или приобретают гены в ответ на окружающую среду, ученые могут начать предугадывать их поведение, создавать более устойчивые методы защиты продуктов, даже разрабатывать новые антигрибковые стратегии. А поскольку родственные грибы Aspergillus могут вызывать опасные инфекции легких у людей с ослабленным иммунитетом, понимание механизмов их адаптации может стать ключом к новым методам лечения и профилактики.

Но самое приятное — то, что это открытие не только может спасти урожай и жизни, но и улучшит вкус сыра. В лаборатории уже начали новый эксперимент: свежий сыр был заражен новой белой плесенью, эволюционировавшей в пещере, и выдержан два месяца. Результат? Сыр стал мягче, богаче, с ореховым оттенком и менее резким вкусом.

Бенджамин Вулф говорит: «Наблюдение за тем, как дикие виды плесени развиваются прямо на наших глазах в течение нескольких лет, позволяет нам думать, что мы можем разработать надежный процесс одомашнивания, чтобы создать новое генетическое разнообразие и использовать его для сыроделия». Возможно, будущее пищевой промышленности — не в генетически модифицированных культурах, а в том, чтобы просто позволить природе делать то, что она умеет лучше всего — адаптироваться, меняться, совершенствоваться.