Как некоторые виды моллюсков «приехали» в Евразию

Александр Кондаков: «Хотелось бы изучить адаптивные механизмы человека к условиям окружающей среды». Фотография Наталии Лесковой

– Александр Васильевич, вы кандидат технических наук. Как получилось, что руководите биологами?

– С третьего курса университета я занимался наукой. Наша кафедра на тот момент исследовала возможность применения ферментных препаратов в целлюлозно-бумажном производстве, и мне досталась тематика переработки макулатуры – перспективное направление, которое продолжает активно развиваться во всем мире. Итогом стала моя кандидатская. В ходе этой работы мы получили свидетельство о внедрении новых ПАВов, поверхностно-активных веществ, в процесс роспуска макулатуры.

– Роспуск – это про что?

– На начальном этапе переработки бумаги и картона необходимо провести разволокнение этих материалов в воде. Полученную волокнистую массу очищают, подготавливают и изготавливают из нее новый продукт. Основным смыслом моей работы была оптимизация процессов подготовки макулатуры к переработке с помощью ферментных препаратов, чтобы на выходе получались бумага и картон лучшего качества. Параллельно, будучи в аспирантуре, я начал работать старшим технологом на пивоварне.

– Неожиданно! Вы не шутите?

– Совсем нет. Более того, у продукции пивоварни, на которой мне довелось работать, есть многочисленные выигранные конкурсы. При независимой экспертизе наше светлое пиво победило в самой престижной категории «Классическое пиво». За победу полагалась поездка в Данию на пивоваренный завод Carlsberg.

– Но все-таки – как вы угодили в биологию?

– В 2012 году в моей судьбе появляется Иван Николаевич Болотов, нынешний директор ФИЦ Комплексного изучения Арктики УрО РАН. На тот момент он был главным научным сотрудником Института экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук. Я как раз в это время был на распутье: кандидатская на руках, преподавание отдельных дисциплин на кафедре – и работа на пивоварне. В это же время меня приглашали в Федеральную службу контроля наркотиков, чтобы возглавить лабораторию по анализу наркотических веществ... И вот мы встретились с Иваном Николаевичем, он рассказал, что хочет открыть генетическую лабораторию в Архангельске. С «нуля».

Пиявка Hyperboreomyzon polaris из алтайского озера Джулукуль, 2000 метров над уровнем моря. Фотография Наталии Лесковой

– Я биотехнолог. Методы биотехнологии во многом пересекаются с генетикой, тем более у меня достаточно сильное химическое образование: у нас в ходе обучения было 8–9 дисциплин, связанных с химией. Учился я пять лет – это так называемое классическое советское высшее образование. Иван Николаевич предложил возглавить организацию этой лаборатории на базе Института экологических проблем Севера УрО РАН под руководством сотрудников Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН. После непродолжительных раздумий я согласился заняться организацией этой лаборатории. К концу 2012 года в институт пришло оборудование, мы организовали рабочее пространство и приступили к проведению генетических исследований.

– Какие же там исследования?

– Началось все с моллюсков жемчужниц – это охраняемый вид у нас в России. Потом – униониды, семейство крупных пресноводных двустворчатых моллюсков. Далее пошли прудовики – брюхоногие моллюски. Работая с ними, мы обнаружили трематод, промежуточными хозяевами которых эти моллюски выступают. Трематоды – это класс паразитических плоских червей. Их маленькие личинки – партениты – проникают из воды, и промежуточная стадия жизни проходит в моллюске.

Партениты – это общее название промежуточной стадии, они бывают разные: цекарии, метацекарии и так далее. Иногда случается, что в одном и том же моллюске находятся личинки разных трематод на разных стадиях развития. Жизненный цикл трематод очень сложен и отличается у разных семейств. Чаще всего конечными хозяевами трематод бывают рыбы, птицы и млекопитающие. Нами разработан метод выявления и идентификации трематод в прудовиках, который мы запатентовали.

– И как вы их выявляете?

– Выделяем из тканей ДНК, ставим специфическую реакцию и смотрим наличие дополнительных продуктов полимеразной цепной реакции. Иначе говоря, мы копируем ген прудовика и параллельно выявляем аналогичный синтез подобного участка трематоды. Далее продукт с нуклеотидной последовательностью, которая относится к паразиту, вырезаем, секвенируем и определяем его вид и род.

– Слышала, вы занимаетесь еще и генетикой шмелей…

– У нас есть сильная группа энтомологов, которая действительно занимается шмелями. Раньше они идентифицировали шмелей на основе морфологических признаков, сейчас же им в помощь мы используем генетику. Есть криптические виды, или виды-двойники, которые очень похожи, но, несмотря на это, являются разными.

– Где вы берете людей для такой работы – ведь это особая специфика?

– Для этих целей мы специально подбирали людей. Я сам обучал многих нынешних коллег в лаборатории, смотрел, кто сможет заниматься генетикой. Есть такой термин – рутинные лабораторные процедуры, когда одни и те же процессы повторятся многократно. Не все люди могут выполнять такую работу, начинают совершать ошибки. В ходе обучения и отбора мы сформировали команду генетиков, которая продолжает пополняться.

Моллюски хороши тем, что они фильтруют воду и аккумулируют в себе загрязнения. На фото: Margaritifera margaritifera из реки Малошуйка в Архангельской области. Фотографии Наталии Лесковой

– Тут очень много интересного. Например, раньше считалось, что в Арктике обитает немного видов, а мы выяснили, что на Новой Земле живет шмель, который является отдельным видом: Bombus glacialis (Шмель ледниковый). Коллеги нашли его на острове Врангеля и на Новой Земле. Причем раньше, когда было холоднее, они обитали на материке, а когда началось потепление, они остались жить только на арктических островах.

– Не так давно ваши ученые открыли новые виды пиявок в Арктике. Вы их тоже изучали генетическими методами?

– Конечно. Этими исследованиями занимается моя аспирантка Татьяна Елисеева, которой еще предстоит защищаться. Часть материалов мы собрали сами, и очень много образцов нам передали коллеги, которые отобрали их в ходе экспедиций. Большинство образцов собрано в озерах. В арктических реках из-за низкой температуры очень мало пиявок. В озерах же летом вода прогревается, там есть рыбы и птицы, которыми пиявки питаются.

– А когда холодно, что пиявки делают?

– Зиму они переживают на камнях и водной растительности. Этим летом мы ездили в экспедицию, чтобы показать родство фаун горных и арктических тундр. Посетили озеро Джулукуль в Алтайском государственном природном биосферном заповеднике, которое находится на высоте 2000 метров над уровнем моря. В нем были ранее выполнены сборы пиявок, хранящиеся в коллекции Зоологического института РАН. Нам удалось их не только собрать, но и привезти с собой, живых, в Архангельск. Две вполне здоровые пиявки живут сейчас у нас в лаборатории в аквариуме.

– Какие из организмов, которых вы изучаете, больше всего вас удивили?

– С точки зрения эволюции – это, конечно, двустворчатые моллюски. У нас очень много исследований по тропикам, где, как известно, большое биоразнообразие животных в целом. Оказывается, буквально в соседних реках, которые втекают в основное русло главной реки, могут обитать разные виды. Генетика позволяет «отматывать» эволюцию видов на миллионы лет назад, дает нам возможность отследить, как происходил дрейф материков.

У нашей команды вышла статья по изучению пресноводных двустворчатых моллюсков полуострова Индостан. В этой публикации мы описываем, как на основе молекулярных часов отследили, как отдельные виды моллюсков «приехали» в Евразию. На основе генетических данных отдельных животных мы можем моделировать, как происходило движение тектонических плит.

– Какие еще собираетесь исследовать организмы?

– Начинаем заниматься анфиподами – это маленькие пресноводные ракообразные, которые похожи на креветок. Готовим статью о щитнях – это древние пресноводные ракообразные, которых часто называют «живыми ископаемыми».

Мы обнаружили два вида в Арктике: один был описан, а другой – новый для науки. Этой группой практически никто не занимается. Они буквально всюду, могут встречаться даже в лужах: их цисты (яйца) могут сохраняться десятилетиями, а с приходом воды запускать свой жизненный цикл заново.

– То есть порой мы ходим по лужам и не знаем, что там целый мир?

– Да, можно сказать и так. У нас нет специалистов по ракообразным. Если есть возможность, мы обращаемся за помощью к коллегам в другие научные организации. Например, в ходе изучения трематод мы обращались к специалисту из Карельского научного центра РАН. Обсуждаем возможности обучения, стажировки аспирантов. Многих аспирантов обучаем сами. Вместе ставим задачи исследования и курируем все этапы работы: подготовку образцов, молекулярно-генетические процедуры, обучаем выполнению филогенетических и филогеографических расчетов.

– Все это имеет только фундаментальное значение или удается выйти на что-то прикладное? С пивом-то, наверное, проще было в этом смысле…

– И здесь есть прикладное. С трематодами это важно с точки зрения вспышек трематодозов, опасных для людей и животных. Практика показывает, что южные паразиты раньше прилетали на птицах, но не могли завершить свой жизненный цикл в северных широтах – температура не позволяла им этого сделать. А сейчас становится теплее, и они все ближе к завершению своего жизненного цикла. Мы находим в своих водоемах паразитов, которые идентичны тем, что находят в Южной Африке. Этим хороши международные базы данных: ученые в Африке обнаружили и идентифицировали паразита на основе молекулярных методов, а мы точно такого же нашли на Камчатке.

Вообще генетические исследования мы используем не только для идентификации видов. Очень часто мы берем на анализ грунт, воду и ракушки моллюсков и анализируем, как условия окружающей среды влияли на сам организм. Моллюски хороши тем, что они фильтруют воду и аккумулируют в себе загрязнения – они выступают в качестве биоиндикаторов. Мы можем определить, было ли загрязнение, каким оно было и когда.

В России есть специально разработанные установки, в которых вода на водоканале проходит через резервуар с моллюсками. К ним подключены датчики: если что-то не так, моллюски это чувствуют и захлопываются.

– С одной стороны, жалко моллюсков, все-таки это живые существа. С другой – может быть, можно создать какие-то аналоги?

– Существует большое количество датчиков. Но датчик, как любое другое устройство, может выйти из строя – и загрязнение может попасть в систему водоснабжения. А моллюск, как и любой другой живой организм, находясь в воде, очень быстро реагирует на изменения. Есть среди моллюсков эврибионтные виды, имеющие широкие пределы выносливости. Разные моллюски по-разному реагируют на изменения окружающей среды, но все они аккумулируют тяжелые металлы – какие-то группы меньше, какие-то больше.

– А что, если дома такой фильтр использовать?

– Это не очень хорошая идея. Мы хотели поставить эксперимент: взяли порядка 50 двустворчатых моллюсков и погрузили в большой таз, в грунт. Вначале все было мутно, и они достаточно быстро очистили воду, она стала прозрачной. Но далее они начинаю выделять в воду продукты своей жизнедеятельности. Если нет течения, начинается рост водорослей в придонном слое и ваше «озеро» загрязняется. Так что это не самый лучший вариант. В природе, в реке – хорошо, но пить это не стоит.

– Тем не менее это перспективно?

– В Нарочанских озерах в Белоруссии с появлением инвазионного вида речной дрейссены резко возросла прозрачность воды, поэтому в целом использовать моллюсков для очистки воды можно. Но надо при этом учитывать, что инвазионные моллюски могут оказывать негативное влияние на нативные виды. Например, по этой причине в США после рыбалки или прогулки на озере, где обитает речная дрейссена, вы обязаны обработать дно своей лодки раствором хлорной извести, чтобы не перевезти данный вид в другое озеро. Иначе нативные виды могут запросто погибнуть, не выдержав конкуренции с инвазионными.

– Кого бы вам было интересно еще поисследовать в лаборатории?

– Интересно – человека. Хотелось бы изучить адаптивные механизмы к условиям окружающей среды. В целом эти исследования ведутся, но они находятся на начальных этапах. Интересно было бы посмотреть, как люди адаптировались в ходе эволюции, особенно в Арктике.

Сейчас мы активно занимаемся изучением генетики популяций на основе микросателлитов. Это некодирующие участки в геноме, в которых присутствуют тандемные повторы нуклеотидов. Эти фрагменты позволяют выявлять и идентифицировать породы животных и вести популяционные исследования. Микросателлиты позволяют отслеживать процессы, происходящие здесь и сейчас. Почему породы тех же рыб каждые 4–5 лет паспорта получают? Потому что за это время популяция в условиях искусственных отбора начинает меняться.

– Люди тоже паспорта получают в разное время – поэтому? Мы меняемся?

– Мы меняемся внешне, а породы – генетически. Мы специально ездили обучаться этим методам в Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, для того чтобы самим делать паспорта для растений и проводить популяционные исследования животных.

У нас в Северном (Арктическом) федеральном университете (САФУ) сейчас реализуется интересная программа. Существуют плюсовые деревья – это деревья с наилучшими показателями, которые можно использовать для получения семенного материала. В последующем это позволит вырастить деревья с качественной древесиной. Для этих целей можно использовать клонирование – срезать фрагменты веток, и из них вырастить дерево.

Но этих деревьев очень мало. В прошлом году мы сделали генетические паспорта для елей. Теперь у нас есть набор длин последовательностей микросателлитов, которые позволяют получить генетический паспорт. Программа восстановления лесов включает комплекс методов, который включает как генетические исследования, так и стандартные методы селекции и изучение фитопатогенов.

– Это ведь тоже абсолютно прикладная вещь.

– И прикладная, и фундаментальная. Первый шаг мы сделали в прошлом году – начали изучать фитопатогены, которые заражают сеянцы хвойных растений. Сотрудники лесных питомников отправляют нам сеянцы, зараженные фитопатогенными грибами, чтобы мы их определили, а они могли подобрать средства для защиты растений. Делаем мы это сейчас во многом на альтруистических началах. В прошлом году университет дал деньги, в этом – нет.

– Не жалеете, что ушли из пивоварни? Там, наверное, таких проблем не было.

– Нет. Работа у нас очень интересная. Мы много путешествуем, ездим в экспедиции. В этом году съездили на Алтай для того, чтобы подтвердить существование переноса видов из горной тундры в арктическую, потом – в Приморский край и в Узбекистан. Неделя дома – и еду на конференцию в Петрозаводск, еще неделя – на защиту диссертации моей аспирантки в поселок Борок Ярославской области, где расположен Институт биологии внутренних вод. Так что никаких сожалений – жизнь прекрасна своей непредсказуемостью.