В конце февраля 2012 года стало известно, что российским ученым удалось вырастить растение из биологического материала возрастом 32 тысячи лет. О том, как был найден этот материал, каких усилий стоило провести это исследование, о его перспективах и о том, почему статья шесть лет лежала "в столе" до публикации в американском журнале, "Ленте.Ру" рассказал ведущий научный сотрудник Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН и соавтор статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences Станислав Губин.
"Лента.ру": Не могли бы вы рассказать об истории проекта? Когда он появился?
Станислав Губин: Мы работаем с мерзлыми толщами в Арктике, где мощность слоя вечной мерзлоты достигает 600 метров, уже более 35 лет. Экспедиции организуем практически каждый год. Нашу лабораторию интересуют вопросы современного почвообразования на этих территориях, проблемы, связанные с условиями формирования толщ мерзлых осадков (они накапливались под тундро-степями Древней Берингии десятки тысяч лет назад), реакция мерзлоты на изменение климата Арктики, а также, конечно, сохраняющиеся в этих толщах жизнеспособные микроорганизмы, простейшие. Я, например, занимаюсь современными и ископаемыми почвами Арктики, изучаю условия формирования древних мерзлых толщ на территории приморских низменностей севера Якутии.
В 1991 году, как раз во время путча (у меня были наушники с приемником, я лазил по обрывам и слушал о больших событиях на материке), мы обнаружили серию ископаемых нор, принадлежавших сусликам-евражкам - милым и добродушным зверькам, которые сейчас широко распространены в Якутии, на Чукотке, Аляске. В составе нор хорошо выделяется камера - шаровидное сооружение, размером с небольшой арбуз, с довольно сложным внутренним строением. Внешний слой камеры состоит из растительных остатков - травы, веточек, листиков. За ним идет слой из подпушка крупных животных того времени (бизоны, овцебыки, мамонты). Внутри камеры находятся обычно богатые скопления семян, плодов - запасы суслика. В их массе еще присутствует помет зверьков, остатки насекомых, перья птиц, их скорлупа, в общем все, что эти зверьки могли затащить в свои норы. Иногда там можно найти части или целые трупики замерзших гостей. Как правило они принадлежали мышкам или леммингам.
Сохранность материалов в этих камерах превосходная, и вот почему. Евражки устраивали камеры с запасами в почвенной толще непосредственно над мерзлотой, то есть зверьки, можно сказать, создавали первые в мире криобанки существовавших растений и семян. Вслед за накоплением поступавшего на поверхность осадка одновременно поднималась граница самой мерзлоты, и норы быстро переходили в погребенное состояние, то есть материал оказывался запечатанным в вечной мерзлоте. Было это, как показали данные радиоуглеродного анализа, 30 - 40 тысяч лет назад, когда по тогдашним тундро-степям бродили стада мамонтов, лошадей, бизонов, овцебыков, оленей, носорогов и прочей живности, на которую охотились волки, пантеры, лисы.
Так вот, теперь эти норы мы находим в мерзлых стенках речных, озерных, морских обрывов на глубине 20-40 метров в толщах, имеющих температуру 7-12 градусов ниже нуля - по сути, в нашем распоряжении оказался природный криобанк. Кстати, сейчас человечество создает в режиме приблизительно таких же температур аварийные хранилища семян разных сельскохозяйственных культур - не ровен час, появятся болезни растений и сведут на нет на планете пшеницу или рис. Имеются еще криобанки исчезающих или редких видов растений. Сюда же можно отнести и "усыпальницы" для тех, кто потерял надежду на современный уровень медицины и надежду на избавление от неизлечимых пока заболеваний, но верит в прогресс науки и пока покоится в жидком азоте. В этом смысле то, что мои коллеги получили жизнеспособные клетки в возрасте десятков тысяч лет, указывает, что и криобанки семян - мероприятие правильное и перспективное на многие годы, и ждущие "воскрешения" в жидком азоте, наверное, тоже на правильном пути.
Так вот, в 91-м году мы нашли норы на большой глубине, но они были в плохой сохранности. Буквально через год, в 1992 году, в районе поселка Черский, в низовье Колымы, в овраге, тоже на больших глубинах, в мерзлых толщах было найдено еще 7-8 нор. Когда мы вырубили норы из мерзлоты и, после оттаивания, извлекли из них семена, то оказалось, что их там в каждой - по 600-800 тысяч, огромные запасы, да еще разных видов! Семена эти, конечно, очень мелкие, с маковое зернышко, но очень важны для палеогеографических реконструкций. Мы по плоду или семени можем определить, что это за вид растения, а вид растения - это прямой выход на условия его произрастания, климат. Благодаря этим семенам, например, мы можем довольно точно представить себе, какие десятки тысяч лет назад на территории Древней Берингии, простиравшейся от Аляски и почти до Лены, были летние температура и влажность. Сейчас эта территория низменностей приледоморья сложена мерзлыми породами с мощными 6-8-метровыми жилами льда, пронзающих толщи на всю их мощность - до 50-60 метров - и при таянии береговых обрывов часто образующих неприступные вертикальные ледяные стены.
Извлеченный из нор материал был доставлен в Научный центр в городе Пущино в Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения, где и начались его исследования. Мерзлые образцы семян были переданы нашим коллегам в Институт биофизики клетки, в лабораторию криоконсервации генетических ресурсов. Здесь ведутся работы по сохранению семян исчезающих видов в мерзлом состоянии. С середины 90-х годов началось наше научное сотрудничество с группой, которую возглавляла старший научный сотрудник Института биофизики клетки Светлана Георгиевна Яшина. Она, собственно говоря, и является "небиологической матерью" выращенного растения .
С первых шагов начались трудности. По-видимому, мы переоценили сохранность семян, нужно было найти подходы к объектам, научиться защищать их от содержащейся на поверхности семян жизнеспособной микрофлоры, которая с громадным аппетитом, накопившимся за многие тысячи лет, набрасывалась на появляющиеся хилые проростки .
В конце 1990-х годов были обнаружены норы с семенами лучшей сохранности. К этому времени у наших коллег из Института биофизики клетки уже появился опыт, но наклевывающиеся проростки осок, смолевки гибли, а многие другие виды вообще не подавали признаков жизни. Работы продолжались. Надо понять, что это было не высевание семян на фильтровальную бумагу или питательные среды, наподобие наших весенних хлопот с семенами огурцов или помидоров, а прежде всего поиск жизнеспособных клеток в материале семян, заключающих их плодиков. Ведь у нас, собственно говоря, растение получено не из проросшего семечка, а из группы растительных клеток малюсенькой ножки, которой семя крепится к плодику.
Да, про это писали. Только не говорилось конкретно, что за клетки.
Попробую пояснить. Горох помните, как выглядит? А раскрытый стручок гороха? Вот там горошинки на таких маленьких ножечках прикрепляются к стручку. Весь стручок - это плод. А горошинка - это семя. Да и смолевку вы, вероятно, знаете. Такое небольшое растение, часто растет на опушках. Например, в Центральной России распространена смолевка розовая, с липкими стебельками. У смолевки узколистной, которая у нас проросла, маленькие цветочки в виде беленьких звездочек. Ну а когда растение вызревает, то появляются плодики в виде кувшинчиков.
Нет, я таких не видел.
Неважно, это довольно-таки широко распространенное растение, есть много разных видов. Так вот, в ископаемых норах оказалась масса плодиков смолевки в виде маленьких кувшинчиков, прекрасно сохраняющих свою светложелтую окраску. Размер их около трех миллиметров, а внутри - темные блестящие семена, которые крепятся маленькими ножечками к плодику. И в этих ножечках, в недозрелых семенах, оказались жизнеспособные клетки, которые дальше стали выделять и растить наши коллеги. Это пришлось как раз на период страшного развала институтов Академии Наук, отсутствия финансирования научных работ и невыплаты зарплат. Научные сотрудники или уезжали за границу, или выживали - придя вечером с работы решали, хватит ли денег на хлеб к завтраку. Не было ни условий, ни реактивов, ни термокамер, где проращивались клетки. А появившиеся в колбах и разрастающиеся клетки, а потом и маленькие растения растущие на питательных средах, требовали внимания, затрат.
То есть я правильно понимаю, что первые успехи в этом направлении были достигнуты еще в 1990-х годах?
Да, у нас об этом есть публикация в Докладах Академии наук в 2002 году. Затем, когда смолевка выросла, была пересажена в грунт, зацвела, отцвела и благополучно дала семена, мы поняли, что выполнена серьезная научная работа и ее результаты необходимо довести до мировой научной общественности. Подготовили статью и направили ее в журнал Science, но нам отказали, причем, судя по ответу, после весьма поверхностного ознакомления с работой. Посылали еще в один авторитетный американский журнал, так там потребовали сильно сократить объем статьи, что нам показалось неприемлемым и необоснованным.
Это, конечно, все сложно. В статье не было ни одного иностранного соавтора. С самого начала работ, еще во время экспедиции на Колыме, когда только что извлеченные из нор семена увидели японские исследователи, последовало предложение передать им материалы для исследований или вести эти работы совместно, в Японии. Были подобные предложения и от немецких ученых. Мое глубокое убеждение было, что российские исследователи с этой задачей могут с успехом справиться самостоятельно, ну а дальше мы готовы к научному сотрудничеству. Таким образом, готовая в 2005 году статья легла в стол, хотя по ее материалам было подготовлено и сделано несколько докладов на международных симпозиумах. В 2010 году про нашу уже цветущую смолевку вышел сюжет в передаче цикла "Черные дыры. Белые пятна" телеканала "Культура". Но в нашей стране, в том числе и в научном сообществе, стала складываться порочная система - пока там, на Западе ваши работы не заметят, в России к ним вряд ли проявят интерес.
Я правильно понимаю, что это был полностью отечественный проект?
Да, это был только наш проект: мы обнаружили в достаточном количестве в мерзлоте ископаемые норы, у нас появилась мысль получить из них жизнеспособные клетки высших растений, и мы завершили эту работу - получили плодоносящие растения и уже не одно поколение. Да и работа велась не на чистом месте. Лабораторией криологии почв в течение более двух десятков лет ведутся работы по изучению жизнеспособных микроорганизмов, десятки и сотни тысяч лет находившихся в мерзлом состоянии. Работы эти возглавлял Давид Гиличинский. Буквально недавно, 18 февраля, он ушел из жизни, большой был ученый, организатор науки и просто удивительный человек. Он был соавтором нашей работы, и именно благодаря его авторитету статья увидела свет (в день его смерти) на страницах журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
И только после того, как статья вышла…
Как только название статьи вывесили на сайте журнала, ночью, в те минуты, когда пришло сообщение, что Давид умер в Москве в больнице, начался такой трезвон из телекомпаний, такой хлынул поток запросов по электронной почте, что стало страшно: ребята, это уже давно и прекрасно осветила программа Культура, где вы были? Я рассматриваю это как позор отечественных средств информации, отслеживающих развитие российской науки.
Я правильно понимаю, что то, что опубликовано сейчас, не сильно отличается от работы шестилетней давности?
Она могла быть опубликована шесть лет назад. Давид взял, как говорится, камень и огранил его. Он более двух лет плотно работал с редакцией журнала, были очень интересные и авторитетные рецензенты, которые задали очень много правильных вопросов и в значительной степени расширили наши взгляды на тему. В общем, продолжалась интересная и трудная работа. О начальных этапах попытки публикации материалов сложилось такое впечатление, что шесть лет назад к нам там просто отнеслись спустя рукава.
Вернемся, стало быть, к методологии.
Да. На тот момент у нас уже были клетки, полученные методом каллусной ткани. Это, кстати, довольно популярный метод. Вот как сейчас получают, например, сорта картофеля, которые ничем не болеют? Берутся чистые, отдельные клетки, и в пробирке на питательных средах наращивается масса этих клеток. Потом добавляются определенные вещества, и в результате из клеток начинают расти побеги стеблей и корни. Вот это называется метод искусственной ткани, выращенной в сосуде. А потом, когда уже в пробирке получаются росточки растений, их высаживают в грунт.
Так вот, у наших коллег-биофизиков под руководством Светланы Яшиной в колбочках сформировались крупные ростки, но когда их начали высаживать в грунт, возникли проблемы - не растут или просто гибнут. Приглашают нас биофизики и говорят: "Ребята, помогайте, надо что-то делать". Начинаем разбираться с температурой, увлажнением. Во времена, когда жила древняя смолевка, были очень холодные зимы и короткие, но теплые летние периоды. Раньше ведь это была единая суша - Берингия, был между Америкой и Евразией Берингийский мост, а граница Северного Ледовитого океана проходила на 300 километров севернее современной его береговой линии. Взяли за основу основные показатели климата тех районов Арктики, где были обнаружены ископаемые норы, внесли поправку на более высокую его континентальность, которая существовала в плейстоцене. Стало получаться.
Высаженные в грунт ростки требовали довольно большого перепада температур между днем и вечером, хотя сейчас там, за Полярном кругом, подобного нет. Поэтому, когда биологи стали выносить растения на ночь из термокамеры, где 18-20 градусов тепла, в другую термокамеру, с температурой плюс три градуса, дела с ростом улучшились. Подобрали биофизики и режимы освещения, увлажнения.
Стало понятно, что нужны и почвенные условия, близкие к родным, плейстоценовым. Пришлось забраться в хранилище и достать материал отложений с Колымы, из тех толщ, в которых были обнаружены норы. В них оказалось очень много легко усвояемых растениями форм фосфора, калия, азота. Вот после этого у сотрудниц Института биофизики клетки дела пошли вперед - ростки стали укореняться, расти, цвести и плодоносить.
Да, я понял. А это единственное растение, которое пока удалось вырастить?
Да, это пока единственный вид. Но для нас важен сам процесс, поскольку теперь мы знаем, что делать, что искать. Например, 99,999 процента семян - пустышки, их внутренние ткани еще в норах прикончили бактерии, микроскопические грибы. Но мы знаем, в каких условиях можно найти норы, в которых сохранность семян будет гораздо лучше и есть смысл именно на них продолжать работы по проращиванию.
Да и с видами аналогичная вещь. Важно правильно поставить задачу, отработать методику. Цель одна - начнем с жизнеспособных клеток высших растений, а далее попытаемся подойти к клеткам животных. Венец мечты мирового сообщества в этом направлении, конечно, - оживить мамонта. А науке хорошо бы и маленькую мышку. Я уже говорил, что, между прочим, в норах сусликов-евражек часто "гости" обнаруживаются - мышки замерзшие. Забежали туда и замерзли, мы таких несколько раз уже находили. Конечно, находка хорошо сохранившегося мамонта - это сенсация, а древняя мышка… Но уж так издревле повелось в биологической науке, что за многие открытия здесь пришлось отдуваться мышкам.
То есть, теоретически, можно такую мышку клонировать?
Теоретически, конечно, можно из этого холодильника достать и животных. Раньше мы знали, что сотни тысяч лет могут сохраняться микроорганизмы, например, жгутиковые. Это результаты из Антарктиды, где тоже работают наши сотрудники. Наш результат, конечно, это значительный шаг вперед - теперь мы знаем, что и клетки высших растений сохраняются в мерзлоте многие тысячи лет. Мы думали и про мышек, я говорил с коллегами в Пущинском научном центре о таком проекте, но когда мышки попадались, не было у нас в России ни денег, ни оборудования, а отдавать родную мышку на сторону я не хотел. Даже как-то пытался сюда (в Пущино - прим. "Ленты.ру") такую мышь привезти. Но пришлось везти, а в дороге при пересадках хранить в обычном холодильнике. Да погода еще была несколько дней не летная. Холодильник отключился, мышка и оттаяла...
Кстати, с микроорганизмами, простейшими в мерзлых толщах может случиться вот какое серьезное дело. Здесь появляется большое "Стоп!": ребята, а ведь, как говорится, зараза, возбудители всяких заболеваний, которые эти микробы передают, тоже здесь могут храниться десятки и сотни тысяч лет. И то, что мы сейчас хороним людей на севере в мерзлоту, я не исключаю, что таким образом создаем криобанк современных болезней. А в этих маленьких северных поселках не всегда хорошо диагностируют, отчего человек умер. Конечно, известно, что большинство возбудителей болезней гибнут в режиме отрицательных температур или способны существовать только в человеческом теле, но есть ли в этом полная уверенность ?
А кто еще работает в направлении "воскрешения" организмов?
С микроорганизмами из вечномерзлых толщ работает сейчас очень много лабораторий в мире - в Америке, в Германии и, конечно, в России. С семенами из мерзлых толщ работали канадцы. Израильские ученые проращивали семена финика.
У них получилось?
С финиками у израильтян получилось. Возраст семян 2-3 тысячи лет. Канадцы еще в 60-х годах получили растение люпина арктического из извлеченных из мерзлоты семян, но у них отсутствовали данные о радиоуглеродном их возрасте. Вначале полученный на базе геологических методов возраст оказался слишком завышенным. Скорее всего, эти семена датируются голоценом, то есть, как и в случае с финиками, несколько тысяч лет. Мы же точно знаем, что наша смолевка имеет возраст 32 тысячи лет. Продатированы не только семена из целой серии ископаемых нор , но и находившейся там другой растительный материал - стебли трав, отдельные веточки. Даты совпадают.
Когда иностранные издания писали про эту статью, они вспоминают некую японскую команду, которая якобы пытается оживить мамонта…
Там все сложно, я каждый год туда летаю. Регулярно на Колыме появляется группа японских ученых - группа, ищущая хорошо сохранившегося половозрелого мамонта с семенной жидкостью.
То есть они хотят найти семя мамонта?
Они хотят найти замерзшего мамонта, в расцвете лет, и еще когда он желал самку. Я только могу им пожелать творческих успехов!
Они, в принципе занимаются чем-то совершенно другим?
Да, они занимаются другим, но если какие-либо японские специалисты, работающие в Арктике, вдруг находят хотя бы маленькие останки этого животного, то они отодвигают все свои работы и занимаются только мамонтом. Хорошо известна история одного крупного японского криолитолога, работающего на островах Ледовитого океана. Когда наши исследователи показали ему вытаявшую шкуру мамонта, найденную на побережье, он поступил примерно так же. Прямо в экспедиции сделали фильм о находке, получили разрешение, увезли эту шкуру к себе, с успехом несколько раз прокрутили фильм по телевидению, организовали фонд, собрали деньги и стали ездить в наши края. Вообще у японцев какое-то особенно трепетное отношение к мамонтам.
Идея найти семя мамонта выглядит как глупость?
Если есть деньги, а почему бы не поискать? Я говорю, что лучше найти мышку, мы ее скорей найдем.
Как сейчас ситуация с исследованиями? С финансированием?
Именно эти работы никто не финансирует. Когда-то мои коллеги из Института биофизики клетки получили небольшой грант Российского фонда фундаментальных исследований. Нужны деньги на оборудование лабораторий, регулярную покупку реактивов, приобретение термокамер и многого другого. Часто в лаборатории приходится работать на реактивах подаренных или одолженных соседями. В течение многих лет в этом отношении положение практически не меняется.
Я же работы по этому направлению веду на деньги с грантов по другим тематикам, благо что район выполнения работ совпадает - Нижняя Колыма. Стоит все это, конечно, значительных средств. Билет до Черского - тысячи полторы долларов, если с небольшим багажом летишь. А еще научное оборудование везти надо, лодки арендовать, бензин покупать, прожить надо. У нас командировочные - 100 рублей в сутки, а буханка хлеба на Севере стоит около 40 рублей, лук за сотню, а огурцы летом 280 руб. Всяких полевых довольствий ни мы, научные сотрудники, ни наши студенты там никогда не получали. Часто еще и от семейного бюджета вложишь, чтобы выжить или вернуться домой...
У нас в этих районах много друзей, с которыми много лет сохраняются добрые северные отношения. Есть Северо-Восточная научная станция, где мы базируемся. Там работает маленький коллектив, с которыми мы вместе уже 30 лет. Считай, живем одной семьей. Это очень теплые отношения, благодаря им для нас многое удается сделать. Помогают с транспортом - корабли, лодки, горючее, поддерживают связь, бывает, что вытаскивают из беды, вместе работаем в маршрутах. Работы ведутся почти в безлюдном районе, куда по суше не добраться. Много нам помогают местные - охотники, рыбаки, тоже почти 30 лет вместе. Это как братья - они тебя, если надо, за сотни верст отвезут, вместе с тобой отработают маршрут, обеспечат рыбой, мясом и попробуй заикнись о деньгах. А нередко приезжают с докладом: "Нашел слой, где, кажется, твои норы вытаивают". Спрашиваешь, где, а они отвечают: "Недалеко, километров сто. Приезжай зимой, поедем на "Буране", водой не подойдем, пешком не дойдем". А вертолет сейчас такие деньги стоит...
Поэтому поддержка ученых Северо-Восточной научной станции и местного населения нам очень помогает. Я не могу назвать этих людей просто местным населением, потому, что это друзья, семья. Правда, многих в последние годы не стало, но все равно, это люди, без которых мы мало бы чего сделали в экспедиции, и в наших результатах есть немалая их заслуга.