Глава 6 Формообразование микроба чумы как макроэволюционный процесс

Согласно МКНБ, обязательны следующие таксономические категории: вид, род, семейство, порядок, класс. Вид может быть подразделен на подвиды, которые также подпадают под действие правил Кодекса. Для таксонов должны быть обозначены номенклатурные типы, с которыми сравниваются формы, подлежащие классификации. Несмотря на то, что подобные узаконенные классификации в целом успешно используются в различных разделах биологической науки, применение Кодекса к миру бактерий испытывает заметные трудности, выстроить их филогению путем учета числа сходств и отличий пока не удается. Для прокариот проблема вида и его структуры не разработана (Северцов, 1981). Биологическая концепция вида, созданная на основе свойств двуполых форм — способности к скрещиванию — считается неприложимой к прокариотам, а типологическая — пока крайне субъективна. Г.А.Заварзин (1974; 1990) вообще отрицает возможность построения естественной системы прокариот: «Рассматривая фенотипическую систему бактерий, мы убедились, что их филогенетическое дерево представляет собой заблуждение, вызванное попыткой материализовать классификационные ключи... Генетические механизмы бактерий допускают возможность передачи генетической информации не только от предка к потомку, но и обмен этой информацией между ныне существующими прокариотами. Картина таксономических отношений, возникающая при этом, более соответствует распределению генетического материала в замкнутой популяции, чем последовательному возникновению путем отбора и селекции дивергирующих потомков». Недавно А.А.Прозоров (2000) сделал обзор новейших исследований по механизмам переноса генов у бактерий, где подводит некоторые итоги: «Видимо, горизонтальный перенос может приводить к одномоментным качественным изменениям, позволяющим освоить новую среду обитания «одним прыжком»... Точечным мутациям отводится скорее роль «шлифовки», мелкого совершенствования». Имеются и противоположные взгляды, когда в отношении эндосимбионтных и патогенных бактерий признается дарвиновский градуальный принцип эволюции (Arber, 2000; Canback et al., 2004 и др.). Б.Рен (Wren, 2003) «квантовый скачок в мгновение ока (quantum leap in eye blink)» псевдотуберкулезного микроба O:1b в возбудителя чумы рассматривает в геологическом масштабе времени и, в таком случае, не выходит за рамки понятия эволюционного становления вида. Таким образом, в настоящее время ощущается определенное противостояние сторонников концепций «вертикальной» (дарвиновской) и «горизонтальной» (сетчатой, ретикулярной, латеральной) эволюции бактерий или различное толкование этих понятий, а отсюда — трудности в создании естественной классификации. Отражение этих трудностей можно видеть в отсутствии удобной и общепризнанной классификации представителей рода Yersinia(Апарин, Тимофеева, 1980; Апарин, Голубинский, 1989; Сулейменов, 2004; Radnedge et al., 2002; Anisimov et al.,2004).

В современной классификации инфекционных болезней по экологическому (этиологическому) принципу микробов чумы и псевдотуберкулеза относят к различным категориям: микроб чумы — паразит крови, передающийся трансмиссивно; микроб псевдотуберкулеза — гастроинтестинальный паразит, передающийся алиментарным путем (Шувалова, 1995), хотя генетически это близкородственные формы. В классификации по нумерическому принципу этих микробов, как обладающих множеством сходных культуральных, морфологических, биохимических и других признаков, относят к одному роду Yersinia, включенному в семействоEnterobacteriaceae, объединяющее кишечных паразитов. Номенклатурным типом родаYersiniaназван микроб чумыY.pestis (Хоулт и др.,1997), хотя, как известно, он вовсе не является кишечным паразитом.

При рассмотрении внутривидовых форм микроба чумы концепция подвида часто подменяется невалидными понятиями, такими как разновидность, биовариант, раса, штамм, экотип и другими. Не нашел пока общего признания экологический принцип классификации по основному хозяину, предложенный В.М.Туманским (1957) и М.И.Леви (Леви, 1960,1962; Леви и др., 1961). С нашей точки зрения, это единственно правильный принцип филогенетической классификации, но требующий дальнейшей углубленной разработки, в том числе с использованием молекулярно-генетических методов. Он относительно прост и нагляден. Это большое преимущество экологической классификации. Но, к сожалению, проблема гостальности чумного микроба остается не решенной и, как следствие, классификация по признаку гостальности — несовершенной. Имеются предложения внутривидового подразделения возбудителя по географическому принципу (Пейсахис, Степанов, 1975), по связи возбудителя с пандемиями (Devignat, 1951). В этих случаях концепция подвида трактуется в большой мере произвольно.

К недостаткам наиболее распространенной в настоящее время в России внутривидовой системы вида Y.pestis, рекомендованной совещанием специалистов противочумной системы СССР (1985), следует отнести крайнюю асимметричность представленных подвидов. Подвид, называемый «основным», имеет почти всемирное распространение, тогда как другие: кавказский, гиссарский, таласский, алтайский, улэгейский, калифорнийский — встречаются на небольших территориях. С другой стороны, основной подвид нельзя считать гомогенным, две его ярко выраженные формы с устойчивыми признакамиgly⁺илиgly^– географически и гостально разграничены. Эти формы вряд ли следует относить к одному подвиду (Апарин, Голубинский, 1989; Султанов, Козлов, 1995; Сулейменов, 2004). К тому же сейчас уже стала совершенно очевидной высокая гетерогенность возбудителя основного подвида с признакомgly⁺в очагах Азии (Ji Shuli et al., 1984; Anisimov et al., 2004; Pourcel et al., 2004, Zhou et al., 2004c; Tong et al., 2005). Поэтому вряд ли можно согласиться с мнением В.В.Кутырева и О.А.Проценко (1998), что современные данные молекулярной генетики подтверждают правильность принятой в СНГ внутривидовой классификацииY.pestisи целесообразность ее использования. Эта классификация почти не имеет точек соприкосновения с признанной во всем мире концепцией многомерного вида Н.И.Вавилова (1931), нашедшей приложение если не во всех, то в подавляющем большинстве биологических классификаций.

Как было сказано выше, генетическая близость чумного и псевдотуберкулезного микробов подтолкнула некоторых исследователей к активной разработке гипотез «сапрофитической» чумы, поиску чумного микроба в органическом субстрате нор грызунов, старых трупах, остатках грызунов, почвенных амебах, инфузориях, нематодах, даже в растениях. Стали усиленно разрабатываться методы его изоляции из объектов, загрязненных бактериальной микрофлорой — содержимого желудочно-кишечного тракта, экскрементов, почвы и т.п. (Салабуда и др., 1993; Дятлов, 1999). Расширилось изучение особенностей алиментарного заражения диких грызунов путем каннибализма (Величко и др., 1994; Кокушкин и др., 1994). После предложения Х.Берковье (Bercovier et al., 1980) объединить возбудителей чумы и псевдотуберкулеза в один вид в зарубежных работах стало появляться латинское название Yersinia pseudotuberculosis pestis. Позднее Г.П.Апарин и Л.А.Тимофеева (1985) высказали мнение, что в данном случае гомология ДНК не идеальный таксономический тест, и необходим комплексный подход с учетом многих других признаков, не исключая и экологические. Все эти неясности и противоречия оживляли и, время от времени, обостряли незатухавшую полемику по вопросу о происхождении и способе существования возбудителя чумы в природе — энзо- эпизоотическом, сапрофитическом или в виде их различных комбинаций.

Любая высшая категория, как и новый вид и его подвиды, в конечном счете, происходит от локальной популяции или клона какого-то предкового вида (Дубинин, 1966; Майр, 1968). Задача филогенетической систематики, таким образом, сводится к реконструкции последовательных эволюционных событий, вследствие которых такая популяция или клон может дать новый вид или более высокую категорию. Создавая гипотетический сценарий процесса возникновения возбудителя чумы из псевдотуберкулезного микроба микроэволюционным путем, мы наталкиваемся на трудности его интерпретации в терминах современного эволюционного учения: если микроб чумы произошел от микроба псевдотуберкулеза O:1b микроэволюционным путем, то чума, как и псевдотуберкулез, должна быть сапрозоонозом, так как в этом случае близкородственный микроб переходит лишь в ближайшую экологическую нишу. Это — логика и направление исследований «сапрофитистов». Но чумной микроб явно обнаруживает свойства облигатного паразита, свидетельствующие о крупном экологическом преобразовании — переходе в иную среду обитания. Следовательно, эволюция шла не микроэволюционным путем. Тогда каким?

Решение данного вопроса мы видим в обращении к теории макроэволюции, предметом познания которой считают закономерности надвидового формообразования или филогенеза (Раутиан, 1988; Бердников, 1990; Назаров, 1991; Левченко, 1993). Эта теория имеет много своих «тонкостей», рассмотрение которых не составляет нашей задачи. В качестве наиболее общих закономерностей макроэволюционного процесса Н.Н.Иорданский (1994) выделяет следующие:

1. Пульсирующий характер темпов макроэволюции. Формообразование нового крупного таксона происходит постепенно, но в относительно короткие сроки (типогенез по О.Шиндевольфу). Затем в течение значительно более длительного промежутка времени основной план организации сохраняется более-менее постоянным (типостаз).

2. Адаптивная радиация происходит в течение обоих этапов макроэволюции — типогенеза и типостаза. Наиболее широкая адаптивная радиация наблюдается в период типостаза.

3. Определенная направленность макроэволюции. В макрофилогенезе обнаруживаются некоторые устойчивые тенденции эволюционных изменений, которые возникают в процессе адаптивной радиации.

4. Наличие при макроэволюции изоморфизмов (параллелизмов и конвергенций). Для многих родственных филетических линий характерны сходные направления эволюционных преобразований (эволюционный параллелизм), наблюдающиеся как в процессах типогенеза, так и при адаптивной радиации. При этом некоторые из них, например гомоплазии, независимо происходящие в разных филетических линиях, связаны с развитием сходных адаптаций (конвергенция). Однако в других случаях сходные морфофункциональные изменения могут быть использованы в разных адаптациях (параконвергенция).

5. Морфофизиологический прогресс.

6. Мозаичная эволюция. Разные структуры, входящие в один сложный адаптивный комплекс, могут эволюционировать в определенной степени независимо друг от друга.

7. Необратимость макроэволюции.

Относительно быстрое преобразование слабовирулентного и малопатогенного сапронозного кишечного паразита — микроба псевдотуберкулеза в высоковирулентного и особо опасного для человека облигатного кровепаразита — микроба чумы находится в соответствии с концепциями адаптациогенеза и адаптивной зоны, признанными многими эволюционистами одними из основных понятий в теории макроэволюции. В нашем примере подвижный прототрофный микроб псевдотуберкулеза переходит в новую адаптивную зону — от циркуляции в открытой паразитарной системе «грызун — возбудитель — объекты внешней среды (почва, экскременты)» через раны в слизистой ротовой полости монгольского сурка и его гетеротермную кровь — к циркуляции в принципиально иной, закрытой системе «грызун — блоха — возбудитель». При этом резко меняется его жизненная форма и характер метаболизма. В таком случае, по экологическому критерию — переходу в иную экологическую систему, в которой микроб чумы имеет принципиально иные отношения с совершенно иной средой, его возникновение из псевдотуберкулезного следует рассматривать как процесс макроэволюции (родообразования). В то же время по генетическому и микробиологическому критериям это преобразование Л.Н.Классовский и В.С.Петров (1968) и Х.Берковье с соавторами (Bercovier et al.,1980) рассматривают как микроэволюционное — возникновение подвидов, а большинство других исследователей — как видообразование (Zhou et al., 2004c). При этом, ставя под сомнение самостоятельность возбудителя чумы как биологического вида и таксономически сближая его с псевдотуберкулезным, Л.Н.Классовский и В.С.Петров признают кардинальные различия в путях циркуляции этих микробов и не связывают существование микроба чумы, в отличие от псевдотуберкулезного, с почвой, экскрементами или другим органическим субстратом внешней среды, как это делают «сапрофитисты».

По представлениям Э.Майра (1968), высшая категория возникает как новый вид и только случайно становится новым родом. На сотни тысяч и миллионы мелких улучшений, эффективных только для конкретных условий и касающихся каких-либо деталей организации, приходится один случай коренного эволюционного преобразования. В основе таких крупномасштабных событий лежит сочетание нескольких факторов: 1) крупная перестройка генотипа, 2) возникновения ситуации, при которой организм после крупной перестройки может размножаться и 3) наличие в экосистеме благоприятных условий среды, дающих организму с перестроенным геномом селективные преимущества (Завадский, Колчинский, 1977; Старобогатов, Левченко,1993; Расницын, 2004). Можем представить, что именно с таким редчайшим случаем мы имеем дело в нашем примере. Семейство Enterobacteriaceae, к которому отнесен возбудитель чумы, включает 30 родов и более 115 видов и подвидов (Хоулт и др., 1997). Из них многие виды и подвиды способны вызывать бактериемию и сепсис у человека и теплокровных животных. Но ни у одного из многочисленных представителей этого семейства, кроме чумного микроба, такая способность не реализована — ни у одного из них, кроме псевдотуберкулезного микроба, не известны близкородственные формы среди паразитов крови. Интестинальный барьер, защищающий кровь хозяев от эволюционного «вторжения» в нее микробов из пищеварительного тракта, оказался на удивление прочным. Это — свидетельство уникальности способа возникновения возбудителя чумы из псевдотуберкулезного, без длительного эволюционного преодоления интестинального барьера. Его быстрое эволюционное внедрение в кровь хозяина было тактически «гениальным», минуя этот трудно преодолимый барьер, и прошло обходным путем — травматическим. Инами словами, первый шаг в становлении эпизоотической системы микроба чумы был не адаптивным!

Оценка морфофизиологических изменений при переходе к паразитическому образу жизни тесно связана с проблемой прогресса и регресса в эволюции. Прогрессивная специализация затрагивает, как правило, лишь отдельные органы. Такой подход нашел отражение в системе взглядов А.Н.Северцова (1939) на сущность морфологических закономерностей эволюции. А.В.Иванов (1972, 1974) детально разработал вопрос о морфологических изменениях, связанных с паразитическим образом жизни. Он различал первичные признаки, унаследованные от свободно живущего предка, и вторичные, связанные с переходом к паразитическому образу жизни. Первичные признаки позволяют судить о происхождении паразита, а вторичные — о его эволюции как паразита. Чем древнее в филогенетическом плане паразитизм данной формы, тем более проявляются вторичные признаки в сравнении с первичными. В процессе перехода таксона в новую адаптивную зону одна структура или комплекс структур подвергаются особенно сильному давлению отбора. Это приводит к тому, что такая структура развивается очень быстро, а все остальные отстают от нее в своем развитии. В результате происходит не постепенное и гармоничное развитие всех частей «типа», а «мозаичная эволюция» (Beer de, 1954; Тахтаджян, 1966; Тимофеев-Ресовский и др., 1972; Раутиан, 1988). Каждый эволюционирующий тип представляет собой мозаику из примитивных и продвинутых в своем развитии признаков, из специализированных и неспециализированных черт. Неодинаковая скорость эволюции разных признаков у потомков общего предка, которая описывается в терминах мозаичной эволюции, представляет собой, вероятно, наиболее частую причину затруднений при классификации (Майр, 1974, 1981).

В.Хенниг (Hennig, 1950) при характеристике мозаичной эволюции использовал термины плезиоморфныйдля примитивных иапоморфныйдля продвинутых признаков. Э.Майром (1974) предложены иные термины: для первого случая —предковый, анцестральный(ancestral), для второго —производный, продвинутый(derived). Например, утконос по ряду признаков: размножению, связанному с откладкой яиц или строению скелета, относится к примитивным млекопитающим, сближающим его с рептилиями. Однако он имеет высокоспециализированную зубную систему, молочную железу, клюв и различные продвинутые приспособления к водному образу жизни. Подсчитано, что у него имеется 9 четких признаков рептилий и 10 — млекопитающих (Воронцов, 2004). Это явление, которое Н.В.Тимофеев-Ресовский с соавторами (1977) называют «эмпирическим правилом макроэволюции», хорошо прослеживается у возбудителя чумы.

Геносистематики не учитывают таксономический вес признаков. Используемый ими принцип напоминает адансоновский, нумерический, где все признаки имеют равный вес. В то же время эмпирический принцип В.Хеннига гласит: «Таксоны следует определять на основании общих производных [продвинутых] признаков (синапоморфии), а не общих предковых признаков» (Hennig, 1950; Татаринов, 1984). В нашем случае две формы Y.pestisиY.pseudotuberculososимеют 90%-ное сходство геномов по ДНК-ДНК гибридизации. Однако в их классификации по генетическим признакам, согласно В.Хеннигу, следует большее внимание уделить оставшимся 10 % генома (flexible gene pool), кодирующим апоморфные признаки, составляющие ключевые инновации. В сравнении с микробом псевдотуберкулеза 1-го серотипа, у чумного микроба, по самым последним молекулярно-генетическим данным, появилось 32 новых хромосомных гена и две плазмиды, специфичные функции которых хорошо прослежены (Chain et al., 2004). Показано также, что 13 % генов, идентичных с генами псевдотуберкулезного микроба, находятся в ингибированном состоянии, не действуют.

К апоморфному (продвинутому) признаку чумного микроба относится способность к ингибированию фагоцитоза макрофагов в организме хозяина и поддержанию равновесия в системе «паразит — хозяин» (Сулейменов, 2004). Другой хорошо выраженный продвинутый признак — переход к ауксотрофности, то есть оптимизация процессов метаболизма, снижение энергетических затрат на подвижность и обмен, в результате чего факультативный паразит становится облигатным. Эти признаки быстро эволюционировали под влиянием амплификаций, делеций, инактиваций, высвобождения багажа ранее накопленных мутаций и блоковых перегруппировок нуклеотидных последовательностей, которые можно назвать умеренными мутациями, охватившими не более 10 % генома анцестральной формы (Bercovier et al., 1980; Buchriser et al., 1998, 1999; Rutherford, Lindquist, 1998; Achtman et al., 1999,2004; Skurnik et al., 2000). Наличие именно этих признаков позволяет противопоставить микроб чумы группе близкородственных возбудителей кишечных инфекций.

В настоящее время синтетической теорией эволюции допускается быстрое формирование новых адаптаций путем естественного отбора мелких мутаций, вызывающих достаточно крупные эволюционные сдвиги (пунктуализм), хотя и считается мало- или менее вероятным (Алтухов, 1974; Кордюм, 1982; Тахтаджян, 1983; Карпинская, 1987; Назаров, 1991; Старобогатов, Левченко, 1993; Воронцов, 1999; Прозоров, 2000; Корочкин, 2002; Deng et al., 2002). Так, точечная мутация в геноме Y.pseudotuberculosis, выразившаяся во встраивании в хромосомуIS-200мобильных генов и фланкировании ими структурногоinv-гена, привела к крупной, макроэволюционного уровня функциональной перестройке генома, последствием которой стало полное выключение этого гена и утеря дочерним микробом чумы свойства инвазивности (Simonet et al., 1996; Wren, 2003; Zhou et al., 2004c). Процесс относительно быстрого формирования микроба чумы из псевдотуберкулезного в некогерентной среде — стерильной крови спящих сурков — может стать удобной исследовательской моделью: здесь доступен прямой сравнительный анализ фенотипических свойств и генетических структур предковой и дочерней форм, существующих в реальном времени. Такая модель незаменима для разработки принципов филогенетической систематики без палеонтологии.

Плезиоморфные (примитивные) признаки, которые кодируются малоизмененными генетическими структурами (core gene pool), составляющими около 90 % генома анцестральной формы, сближают микроба чумы с псевдотуберкулезным. Эти менее изменившиеся признаки характеризуют общеметаболические процессы. Их изменчивость определяется, в основном, медленным накоплением спонтанных точечных мутаций, частота возникновения которых значительно меньше, чем рекомбинаций (Achtman et al., 1999). Наличие именно этих пока еще сохранившихся признаков (хорошо выраженной симплезиоморфии) подталкивает сторонников «сапрофитической» чумы к поиску в жизненном цикле ее возбудителя сапрофитической фазы. Собственно, в различной оценке соотношения примитивных и продвинутых признаков у молодого микроба чумы и состоит различие взглядов исследователей на способ его существования — энзо- эпизоотический или сапрофитический. Согласно нашей экологической точки зрения, продвинутые признаки, хотя они кодируются лишь 10 % генома, сыграли решающую эволюционную роль, обеспечив макроэволюционный «прорыв» вновь возникшего чумного микроба в новую адаптивную зону — систему «грызун — блоха».

Подвижный прототрофный микроб псевдотуберкулеза переходит в новую адаптивную зону — из пищеварительного тракта через объекты внешней среды (фекальные компоненты зимовочной пробки в норах тарбагана) в кровеносно-лимфатическую систему хозяина, меняя свою жизненную форму и становясь неподвижным ауксотрофом. Надо полагать, что только в процессе относительно длительного в реальном времени постепенного мелко(микро)ступенчатого геномогенеза (но не одноактного одномоментного «горизонтального» переноса якобы готовых экзогенных и, в то же время, специфических генетических структур?) у новообразованного микроба чумы появились многочисленные новые структурные хромосомные образования и новые органеллы — плазмиды. И по значимости кодируемых ими продвинутых признаков, происхождение микроба чумы из псевдотуберкулезного следует рассматривать как процесс макроэволюции. По меньшей мере, теоретических запретов для этого нет.

Эволюция иерсиниозов пока не рассматривалась с позиций теории макроэволюции, хотя в классификации бактерий центральное положение занимает род — продукт макроэволюции. Согласно Р.Стайнеру, именно «род, определенный как комбинация структурных и физиологических свойств, представляется в настоящее время высшей таксономической единицей бактерий, которая может быть определена логически последовательным и полезным способом» (цит. по: Заварзин, 1974). С позиций филогенетического подхода в систематике, новообразованный вид — микроб чумы — по экологическому критерию с большой уверенностью может быть отнесен к самостоятельному молодому роду Yersiniain statu nascendi, прогрессивная черта эволюции которого ярко проявилась в его диверсификации — широком распространении в Евразии и адаптивной радиации с образованием не менее 20–30 специализированных подвидов: сурочьих (тарбагана, серого, красного, гималайского), песчаночьих (монгольской, полуденной, большой, гребенщиковой, краснохвостой, Виноградова, персидской и др.), сусликовых (даурского, длиннохвостого, алашанского, малого, горного), полевочьих (Брандта, темнобрюхой, арчевой, стадной, обыкновенной), монгольской пищухи на Сайлюгеме и в Баян-Улэгейском аймаке Монголии, крысиного (=индийской песчанки) и других, пока предполагаемых, в различных паразитарных системах «грызун (пищуха) — блоха». В одном только Китае выделяют 17 подвидов (ecotypes), свойственных определенным видам и популяциям хозяев (Ji Shuli et al.,1984). Дизъюнкция ареалов подвидов и семисимпатрическое существование некоторых из них, устойчивость их характеристик и хороший микробиологический хиатус при возможной разнообразной изменчивости штаммов настолько прочны, что формально, как полагает А.И.Дятлов (1989), могут удовлетворить уровень видового ранга. Например, в странах Центральной и Южной Африки в одной или близких местностях существуют очаги крысиного и сурочьего подвидов; в Забайкалье и на юго-востоке Хангая в Монголии в совмещенных поселениях сурка-тарбагана и полевки Брандта — сурочьего и полевочьего подвидов; в Баян-Улэгейском аймаке в Монголии вместе встречаются два разных подвида, циркулирующих в популяциях монгольской пищухи —altaicaиulegeica; в Калифорнии на одной территории в популяции калифорнийской полевкиMicrotus californicus встречается подвид с признаками полевочьего, а в популяциях калифорнийского суслика Spermophilus beecheyi— «крысиный» подвид. Имеются зоны интерградации различных подвидов микроба на Кавказе и в Закавказье, в провинции Юннань в южном Китае (Леви и др., 1961; Варшавский и др., 1972; Мартиневский, 1975; Козлов, 1978; Логачев и др., 1978; Тимофеева, Логачев, 1978; Сотникова и др., 1980; Дятлов, 1985, 1989; Апарин и др., 1988; Дятлов и др., 1991; Козлов, Султанов, 1993; Mitchell et al.,1927; Ji Shuli et al., 1983, 1984; Lewis, 1997; Zhou et al., 2004a,b и др.).

И.А.Мартиневский (1969) показал, что, по меньшей мере, полевочий подвид микроба может быть выделен в самостоятельный вид Y.pestoidesс несколькими разновидностями. Отсюда следует признать, что теоретического запрета на предоставление возбудителю чумы отдельного родового статуса нет. Возбудители чумы могут быть отнесены к самостоятельному политипическому роду (или монотипическому роду с единственным политипическим видом), включающему множество форм (подвидов), допускающих их симпатрическое или семисимпатрическое существование. Такого же мнения придерживается Б.М.Сулейменов (2004). На основании сравнения свойств современных представителей родаYersiniaон делает вывод, что «... необходимо исключить из родаYersiniaвозбудителей псевдотуберкулеза, кишечных иерсиниозов и воспаления рта у рыб. РодYersiniaдолжны составлять только различные подвиды чумного микроба, соответствующие основным носителям в существующих очагах чумы».

Результаты многочисленных экспериментов свидетельствуют, что в организме одного животного штаммы разных подвидов cосуществовать не могут — происходит их замещение доминантным, единственным, свойственным для данного вида хозяина (Степанов и др., 1980; Козлов, Султанов, 2000; Сулейменов, 2004 и др.). При заражении неспецифического хозяина микробом определенного подвида последний может проявлять или крайне высокую, или крайне низкую вирулентность. Например, подвид из популяций монгольской пищухи в Горном Алтае и северо-западной Монголии убивает монгольскую песчанку при введении только 5–10 микробных клеток (Клец, 1974), но не поражает сурка и суслика при инокуляции сотен миллионов микробных тел (Бондаренко и др., 1974,1978; Климов и др., 1974). Это свидетельствует о реальности подвидов у микроба чумы, то есть существует его адаптация к конкретному хозяину в конкретном географическом районе (очаге) (Горшков и др., 2000; Козлов, Султанов, 2000; Сулейменов, 2004; Biggins, Kosoy, 2001). Тем не менее, следует признать, что закономерности популяционной изменчивости микроба чумы пока не вполне ясны, что затрудняет его внутривидовую классификацию. Требуется разработка иерархической системы согласованных экологических, морфологических, биохимических, культуральных и молекулярно-генетических дескрипторов. По мнению Б.М.Сулейменова (2004), при классификации чумного микроба следует учитывать следующие положения:

1. Эволюционный критерий основного подвида чумного микроба — сурочий подвид, как основа всех существующих подвидов.

2. Экологический критерий дифференциации подвидов чумного микроба — каждый подвид должен соответствовать виду основного носителя, как экологической доминанте, определяющей комплекс генотипических и фенотипических свойств и признаков всех циркулирующих популяций чумного микроба.

3. Единый методологический подход к определению всех дифференциальных признаков. Условия определения дифференциального признака должны соответствовать температурным условиям теплокровного хозяина — 37^оС.

4. С учетом перспективы изучения свойств и признаков чумного микроба в качестве дифференциальных возможно включение в схему классификации генетических признаков.

Пока ясно одно, что свойства ферментации глицерина и денитрификации высоко стабильны и могут быть надежными маркерами, по меньшей мере, трех филетических внутривидовых ветвей (Devignat, 1951; Туманский, 1957; Апарин, Вершинина, 1984). Дивергенция микробов чумы и псевдотуберкулеза в масштабах геологического времени произошла совсем недавно для того, чтобы у возбудителя чумы сложилась четкая внутривидовая дифференцировка в популяциях различных основных хозяев (Vogel, Claus, 2000; Klevytska et al., 2001). Подвиды, встречающиеся в монгольских очагах, обладают наиболее стабильной структурной организацией генома (Можаров и др., 1997), что согласуется с нашими представлениями об их наибольшем возрасте.

Что касается «крысиного» подвида, циркулирующего в популяциях индийской песчанки на Индостане, то он, как мы рассмотрим ниже, антропогенным путем расширил круг своих хозяев сначала (в древние или средние века?) в Южной Азии и юго-восточном Китае, а затем широко в мире — только во время 3-й пандемии; и новые гостальные формы пока еще не определились в своих новых экологических нишах как моногостальные подвиды, их фенотипические (морфофизиологические, биохимические, культуральные) свойства пока еще не успели стабилизироваться de novo. Но современные методы рибо- и генотипирования уже позволяют выявить некоторые рецентные гостальные устойчивые признаки (Guiyoule, 1994,1997; Klevytska et al., 2001; Motin et al., 2002; Pourcel et al., 2004). Уже есть данные, позволяющие в какой-то мере определить параметры временной стабилизации подвидов. Так, забегая несколько вперед, отметим, что микроб «сурочьего» подвида укрепился в популяциях незимоспящих африканских тропических грызунов не более 650-ти лет назад и до сих пор не изменил своих основных свойств gly⁺nit⁺. Микроб «крысиного» подвида, попав в популяции зимоспящего калифорнийского суслика в начале 3-й пандемии, не изменил основных свойствgly^–nit⁺более, чем за 100 лет. А тот же микроб, перешедший в популяции калифорнийской полевки, семисимпатричные к популяциям калифорнийского суслика, менее чем за 50 лет приобрел свойство быстрой ферментации рамнозы — формальный дескрипторный признак полевочьих и пищуховых подвидов.

Теория макроэволюции разрабатывалась в основном на палеонтологическом материале. В палеонтологии трудно представить одновременное существование предковой и дочерней форм. Пример эволюции чумы показывает, что тезис о невозможности экспериментального исследования макроэволюции относится только к высшим живым организмам. Видо(родо)образование микроба чумы можно представить как процесс макроэволюции, исходная и новообразованная формы которого сосуществуют в настоящее время, и имеется принципиальная возможность его изучения теми же методами, что и микроэволюционные процессы: прямым наблюдением, сравнительным анализом, в эксперименте, моделированием и т.п. Это хорошее свидетельство единства микро- и макроэволюции не только для высших, но и для низших форм живых организмов. В рассмотренной нами модели становления паразитарной системы чумы отличие макро- от микроэволюции состоит в том, что макроэволюция осуществляется при резких возмущениях условий среды обитания, которые нарушают сложившийся экосистемный гомеостаз с устоявшейся структурой экологических ниш и адаптивных зон и создают условия для закрепления относительно крупных мутаций в некогерентной (в нашем случае — стерильной лимфо-кровяной) среде. Судя по нашей модели, проявление макро- или микроэффекта эволюции определяют не особенности спонтанных мутаций, спектр которых, надо полагать, всегда более или менее широк, а особенности среды со свойственной ей плотностью упаковки экологических ниш и адаптивных зон, уровень когерентности (некогерентности) которой позволяет (или не позволяет) закрепляться мутациям большего или меньшего масштаба. Отдельные крупные мутации (а также трансдукции и любое иное «горизонтальное» встраивание крупных генетических структур) вряд ли способны привести к часто постулируемому молекулярными генетиками так называемому «одноактному» радикально сальтационному видо(родо)образованию. Только более или менее длительный много- и мелко- ступенчатый естественный дарвиновский отбор индивидуумов-бактерий в клоне, оказавшемся в так называемой «неадаптивной» нестабильной с ослабленной межвидовой конкуренцией среде приводит к макроэволюционному эффекту. Задача исследователя — найти и описать в качественных и количественных показателях эту «неадаптивную» промежуточную среду.

Межвидовая конкуренция при макроэволюции у чумного микроба проявилась только по отношению к своей предковой форме и выразилась в выработке пестицина — биохимического агента, обеспечившего межвидовой хиатус.

Псевдотуберкулезом болеет очень широкий круг животных. Распространение его возбудителя — Y.pseudotuberculosis, как конвенционного species sensu lato или паратаксона, — считают убиквитарным. Однако только в конкретной паразитарной системе «Marmota sibirica — Oropsylla silantiewi», в определенном географическом месте, в определенное время при редком стечении физико-географических и экологических обстоятельств произошло относительно быстрое в геологическом масштабе времени эволюционное преобразование микроба псевдотуберкулеза 1-го (O:1b) серотипа в микроба чумы. То есть процесс микроэволюции локальной (местной) популяции (клона) микроба псевдотуберкулеза и его крайне узкой специализации к паразитированию в организме активного монгольского сурка через промежуточные состояния торпор–эутермия–торпор завершился макроэволюционным эффектом. Иными словами, в данном случае оказалась реализованной маловероятная комбинация условий, приведшая вид к крупному экологическому и эволюционному сдвигу. Только небольшая отдаленность произошедших эволюционных событий и сохранившиеся до настоящего времени физико-климатические условия или их «следы» в районах формирования чумного микроба и экологические условия, в которых совершались эти события, позволили вскрыть истинный путь происхождения эпизоотической системы чумы. С подобными сложными задачами исследователи сталкиваются при попытках воссоздания путей становления возбудителей многих других более древних инфекций. В то же время, пример эволюции чумы показывает, что принципы филогенетической систематики на основе экологического критерия (жизненной формы), выработанные и проверенные на высших организмах, применимы и к низшим — прокариотам.

Академик Г.А.Заварзин (1974) пишет: «Возможно некоторые микробиологи, привычные к тому, что классификация Линнея служит для всех организмов, будут шокированы идеей ее изменения для бактерий. Однако каждая опубликованная работа, подчиненная правилам этой классификации, должна быть обоснована некоторыми принципами филогении, которые невозможно применить к бактериям. Было бы более правильно ограничиться ее приложением к животным и растениям, где она вполне на своем месте, без попытки углубляться в область более простых форм жизни». Такой же точки зрения на эволюцию прокариот придерживался Ф.Ф.Сопрунов (1987), ее разделяют также многие современные молекулярные генетики.

В свете нашей концепции «позднеплейстоценовой чумы» такие понятия эволюционной теории как элементарная единица эволюционного процесса, популяционная изоляция, борьба за существование, естественный отбор, экологическая ниша, адаптивная зона, эволюционный монофилетизм, микроэволюция, видообразование, макроэволюция, мозаичная эволюция и другие в такой же мере применимы к миру микробов, как и к миру высших живых организмов. Особенность эволюции микроорганизмов, по меньшей мере возникновение патогенных микробов из непатогенных, по всей видимости, состоит не в особых эволюционных принципах, отличных от присущих высшим животным и растениям, как считают Г.А.Заварзин, Ф.Ф.Сопрунов и некоторые другие, а в более широком распространении, чем это сейчас представляется, макроэволюционных эффектов микроэволюционных процессов. Причем по прошествии достаточно долгого времени после завершения родообразования микроорганизмов, то есть после их быстрого перехода в новые адаптивные зоны, в связи с высоким эволюционным потенциалом бактерий, «экологические ключи» эволюции оказываются утерянными, эволюционную промежуточную среду с полной определенностью выявить не удается и, в таком случае, построение филогенетических систем на основе экологических признаков становится крайне затруднительным. В то же время, родословные, созданные с применением только современных молекулярно-генетических методов, не историчны, не позволяют воссоздать экологические сценарии филогенетических процессов, показать эти процессы в реальной обстановке, ярким примером чему служит геносистематика возбудителей иерсиниозов (чума, псевдотуберкулез, кишечный иерсиниоз и др.). И тогда за объяснениями начинают обращаться к концепции горизонтальной (сетчатой) эволюции, которая, якобы, вполне обходится без популяционного мышления и экологической трактовки эволюционных событий — «страус прячет голову в песок».

Надо полагать, в будущем будет показано, что макроэволюционный путь развития в мире патогенных бактерий — широко распространенное явление. Более того, Ф.Ф.Сопрунов (1987) предполагал существование «большого скачка» также при переходе к паразитическому образу жизни и у свободноживущих эукариотных организмов (простейших, гельминтов): «Свободноживущий пропаразит должен пройти такие глубокие и быстрые перестройки внутриклеточных путей обмена, что при медленных темпах молекулярной эволюции трудно представить себе, как этот процесс мог уложиться во временные [короткие] интервалы... Тем более, что путем мелких адаптаций не может возникнуть система закономерных изменений обмена в онтогенезе дигенетического эндопаразитизма».

Есть некоторые свободноживущие простейшие, такие как Acanthamoeba culbertsoni, A.polyphaga, Naegleria fowleri, N.jadini, которые могут проявлять высокую патогенность в отношении человека, вызывают менингиты с летальным исходом (Warhurst, 1985). Ф.Ф.Сопрунов (1987) ставит вопрос, не является ли эта высокая патогенность свободноживущих амеб первым шагом (преадаптационным свойством) на пути к эндопаразитизму? Здесь не исключена некоторая аналогия с макроэволюционным происхождением чумы. Похоже, что переход свободноживущих организмов или факультативных паразитов к облигатно паразитическому образу жизни, то есть переход из одной среды обитания в другую, всегда проходит быстрым макроэволюционным путем (Контримавичус, 1982; Ройтман, 1991; Краснощеков, 1990, 1995). Такую идею еще в первой половине прошлого века высказывал В.А.Догель (1941): «До известной степени аналогичные [свободно живущим животным] процессы у паразитов, состоящие в смене обычной локализации паразита на новую (например, переход от кишечного паразитизма к кровепаразитизму) или в переходе из одного вида хозяина в другой, — могут происходить на самом ограниченном пространстве и в самое короткое время. Благодаря этому процессы изменения у паразитов представляют особенное удобство для изучения и помогают выяснению тех процессов трансформации, которые медленно, но в огромном масштабе проявлялись в эволюции животного мира».

С позиций концепции макроэволюции и экологического подхода к таксономии иерсиний становится более понятным и ощутимым хиатус между чумным и псевдотуберкулезным микробами. В связи с резко выраженными отличиями метаболизма у микроба чумы и других патогенных иерсиний экологический принцип их классификации должен быть среди приоритетных (Домарадский,1998; Сулейменов, 2004). Такой подход был бы полезен для ревизии системы рода Yersinia, включающего в современном объеме 11 видов, представители которых имеют глубоко различные экологические характеристики:Y.ruckeri — возбудитель болезни рыб,Y.pseudotuberculosisиY.enterocolitica— возбудители кишечных инфекций широкого круга животных,Y.pestis— возбудитель чумы грызунов и зайцеобразных. Прочие виды в отдельных случаях могут вызывать оппортунистические инфекции у человека или не патогенны (Хоулт и др., 1997). Справедливость включения их в один род не может считаться бесспорной.

С экологической точки зрения у возбудителей чумы и псевдотуберкулеза мало сходства. В то же время морфологические, биохимические и генетические различия этих микробов, которые некоторыми исследователями воспринимаются малыми и несущественными, также следует понимать как значительные. Так, чумной микроб имеет важные характерные только для него органеллы — плазмиды pFra I и pPst, отсутствующие у псевдотуберкулезного. В отличие от псевдотуберкулезного, чумной микроб не обладает способностью к самостоятельным перемещениям. Эти различия, возникшие и сформировавшиеся в процессе морфогенеза в «холодной» крови спящих сурков, которая представляет собой промежуточную среду между неживой органикой и «горячей» кровью, позволили микробу чумы завоевать совершенно иную, стабильную среду обитания — кровь активных гомойотермных млекопитающих, имеющих постоянную температуру тела около 37^оС, доступную для микроба псевдотуберкулеза лишь при эксклюзивных условиях (иммунная недостаточность хозяев, способствующая возникновению сепсиса; высокая концентрация возбудителя во внешней среде). В данном случае произошло коренное изменение отношения эволюционирующей формы к среде, произошел крупный эволюционный сдвиг.

Несмотря на существование общей предковой формы чумного и псевдотуберкулезного микробов еще в конце плиоцена или в раннем-среднем плейстоцене, ее длительные взаимоотношения с грызунами не приводили к эволюционному формированию паразитарной системы чумы (типостаз). Нужны были особые условия, чтобы кишечному паразиту открылся доступ в систему «грызун — блоха» и совершился его «прорыв» в новую адаптивную зону (типогенез). Это случилось только по прошествии сотен тысяч или, возможно, 1-2 миллионов лет его сосуществования с грызунами благодаря природному катаклизму — позднеплейстоценовому похолоданию. Только в конце позднего плейстоцена началась коэволюция сочленов эпизоотической триады. Таким образом, эволюция возбудителя проходила не путем длительной филогенетической специализации в среде «теплокровный хозяин — блоха» в процессе палеогеново-неогенового становления этой среды, как это представляет классическая теория природной очаговости чумы (Ралль, 1958; Кучерук, 1965), а путем относительно быстрой экологической специализации уже в готовой системе «Marmota sibirica — Oropsylla silantiewi» после открытия в нее «входных ворот».

Одним из затруднений эволюционной теории считают объяснение причин, способствующих переходу вида из одной экологической адаптивной зоны в другую, поскольку при этом вид якобы должен «выйти на некоторое время из-под контроля отбора», или, иными словами, следует признать неадаптивный характер макроэволюции (Wright, 1964; Vrba, 1983; Марков, Неймарк, 1994). Согласно палеонтологической трактовке концепции макроэволюции (квантовой эволюции), переходный период от одного адаптивного равновесия к последующему относительно мал, и для него характерна высокая скорость эволюционных преобразований. В таких условиях накопление где-либо промежуточных форм в количестве, достаточном для обнаружения и описания, становится маловероятным. Неполнота палеонтологической летописи и создает видимость скачкообразного появления новых форм.

Наша экологическая модель происхождения микроба чумы дает возможность наглядно представить абстрактную «инадаптивную промежуточную зону (интервал нестабильности)» — так называемый «узкий коридор» в новую адаптивную зону. Это — составляющие паразитарную систему локальные популяции регулярно просыпающегося зимой сурка-тарбагана и сурочьей блохи. В абстрагированном виде популяция монгольского сурка может рассматриваться как совокупность множества точечных дискретных гетеротермных сред (=особей), температура каждой из которых в течение холодных месяцев года до 15 раз принимает любое заданное значение в диапазоне 5–37^оС, образуя, таким образом, «сцинтиллирующее» гетеротермное и, соответственно, гетероиммунное эволюционное поле. На огромной территории Центральной Азии в обширных плотных поселениях этого колониального грызуна вероятность внутрисемейной трансмиссивной передачи эволюционирующей постпсевдотуберкулезной формы в холодное время и межсемейной передачи — в теплый сезон оказалась достаточной для пассажа через «инадаптивную» зону.

Ключевая адаптация предковой кишечной формы к обитанию в крови активных сурков, сусликов и многочисленных видов гомойотермных животных совершалась в условиях циклического физиологического процесса торпор–эутермия–торпор в локальной популяции монгольского сурка. Принцип преодоления инадаптивной зоны эволюционирующей формой можно представить как мелкоступенчатое продвижение «by stepping stones» или «через болото — по кочкам». Кровь сурка, в зависимости от глубины спячки и, соответственно, температуры тела, имеет широкий спектр иммунной «агрессивности» для микроба. В этой экологически неустойчивой гетеротермной гетероиммунной стерильной промежуточной среде, создавшей условия для быстрой некогерентной эволюции, доминировала движущая форма отбора. Вектор отбора, с одной стороны, был направлен по температурному градиенту — на селекцию клонов, способных поддерживать бактериемию у хозяев по мере повышения температуры их тела, а с другой — на размножение и переживание при низких температурах в блохах в период активности сурков. Основная часть микробной популяции, остававшаяся в крови здоровых хозяев до возникновения явления «незавершенного фагоцитоза», с которого началось формирование самоорганизующейся и саморегулирующейся эпизоотической системы чумы, надо полагать, элиминировалась. Генетические и фенотипические свойства эволюционирующего микроба в такой «сцинтиллирующей» среде не стабилизировались, формирование у чумного микроба нескольких (или многочисленных) температурно-зависимых изоферментных систем, которые позволили бы ему существовать в крови животных в диапазоне температур от 5 до 37^оС, не было поддержано естественным отбором, и чума «спящих сурков» не появилась. Эволюционный стазис наступил только благодаря возникновению принципиально нового явления — «незавершенного фагоцитоза» в среде с устойчивыми параметрами — после появления у формирующегося микроба адаптивных свойств паразита крови монгольских сурков в активном состоянии, имеющих постоянную температуру около 37^оС. Тем самым был открыт простор для дальнейшей адаптивной радиации возбудителя — освоения популяций многочисленных колониальных незимоспящих гомойотермных мелких млекопитающих: песчанок, полевок и пищух.

Итак, популяция монгольского сурка имеет два гомеостазированных физиологических состояния — глубокого торпора с температурой тела сурка +5^оС и полной активности с температурой тела +37^оС. Организм сурка в первом случае является устойчивой средой существования псевдотуберкулезного микроба, во втором — чумного. Между двумя устойчивыми формами микробов (надо полагать — подвидами) —Y.pseudotuberculosisO:1b иY.pestis tarbagani— в условиях меняющейся температуры тела сурка в диапазоне 5–37^оС существовали короткоживущие неустойчивые, не встречающиеся ныне промежуточные клоновые формы. Именно такие «эфемерные» в геологическом масштабе времени промежуточные формы животных Дж. Симпсон называл биологическим аналогом кванта, когда популяционная система неустойчива и не может существовать в таком состоянии длительное время. Или иначе, на образном языке электротехники, в рассматриваемой нами экосистеме между адаптивными зонами возбудителей псевдотуберкулеза и чумы проскочила микробная «искра», возникло «короткое замыкание», причиной которому были механические воздействия. Эти внешние механические воздействия и были тем самым триггером, который запускает макроэволюционные процессы в экосистемах (Жерихин, 2003).