Цифровые технологии в биологии. Планарии. Стволовые клетки. Харлампий Тирас.

Гость прямого эфира «Наука в Созидательном обществе» на канале АЛЛАТРА ТВ Тирас Харлампий Пантелеевич, кандидат биологических наук, заведующий кафедрой гуманитарных наук Пущинского государственного естественно-научного института, старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН.

Ведущие программы — участники Международного общественного движения «АЛЛАТРА» — Антонина Анапрейчик, Елена Леоненко и Владимир Подаруев.

Наукоград Пущино. Ген любознательности, путь в науку

Владимир Подаруев: Летом съёмочная группа АЛЛАТРА ТВ посетила наукоград Пущино, и сейчас готовится очень интересный фильм, посвящённый теме взаимодействия науки и общества. Харлампий Пантелеевич, огромное Вам спасибо за активное участие в этом проекте. Расскажите, пожалуйста, как устроена жизнь в научном городке Пущино.

Харлампий Пантелеевич: Спасибо, Володя. Жизнь в Пущино — это отдельная история, о которой действительно надо рассказать, особенно сегодня, когда мы видим плюсы и минусы дистанционного общения между людьми, которое во всём мире практически вышло на первое место. В Пущино общение между учёными происходит непосредственно каждый день: в институтах, где мы работаем, в магазинах, куда мы заходим за продуктами, между нашим домом и институтом по дороге домой, на работу и обратно. Получается, что так было запланировано изначально.

Пущино — очень небольшой город, размером 1х2 км, если посмотреть на карту сверху. На высоком берегу реки Оки, напротив нас находится Приокско-Террасный заповедник — рай для биологов и отдых для глаза. Например, когда мне уже тяжело работать с микроскопом, я стараюсь выйти на берег Оки и посмотреть вдаль, особенно весной и летом, когда заповедник весь зелёный.

От дома до работы максимум 20 минут ходьбы. По дороге есть замечательная аллея вдоль наших институтов. Как по линейке, выстроены институты вдоль дороги, которую одна из наших пущинских старожилов назвала «аллеей мысли». Насколько мы там каждый раз обмениваемся мыслями и насколько мысли новые — это вопрос отдельный. На самом деле мы действительно встречаемся с коллегами на этих аллеях. Сегодня я встречаю одного, завтра — другого, послезавтра — третьего, мы постоянно обмениваемся мнениями по нашим темам. Я задаю вопросы коллегам о том, что интересует меня, они спрашивают моё мнение по своим темам. Таким образом происходит то, что на самом деле невозможно сделать в мегаполисе.

Я заканчивал университет в Москве и жил на Ленинских горах. Там, чтобы поехать в другой институт, нужно было убить полдня. А в Пущино это происходит за 10 минут — мы переходим с института в институт либо общаемся по дороге домой и так далее. Именно в ходе этого взаимодействия происходит наша работа, потому что руками мы делаем одно, а голова думает другое.

Благодаря такому тесному общению я всегда знаю, что если мне нужно проконсультироваться по какому-то вопросу, то надо сходить в соседний институт, подняться на определённый этаж и найти там друга, который специалист в этом деле. Никакая база данных, никакой Интернет не заменят то, что знает специалист, который делает что-то своими руками. Он знает, что здесь данные немножечко приукрашены, а здесь на самом деле ошибка, которую автор знает, но об этом не пишет. Мы же не пишем статьи о том, что у нас не получилось. Обычно написано то, что получилось — результаты. А научная работа — как раз между ошибкой и результатом. Очень важно знать, какие ошибки были совершены по ходу данной работы, чтобы понять, во-первых, почему она случилась, а во-вторых выяснить, что, может быть, эта ошибка была по данной работе, а для другой работы она будет очень полезна. Это информация, которую опять-таки можно получить только от человека, который ею владеет. Качество работы зависит от интенсивности взаимодействия с реальными носителями научного знания.

Лично я экономлю много времени и здоровья на том, что живу в Пущино. В целом город замечательный. Это город пешеходов. Конечно, он уже не такой, каким он был 50 лет назад, когда было в 50-100 раз меньше машин. Но и сегодня мы ходим пешком. Мимо проезжают машины, они нам не мешают, и мы не мешаем им.

Если молодые люди приедут в Пущино и захотят здесь жить, создать семью и растить детей, лучшего места для детей нет. Потому что, во-первых, здесь чистый воздух. У нас самая высокая точка Московской области, и ветра продувают город. Практически нет никакой промышленности. Вся созидательная часть города — 10 научно-исследовательских институтов Академии наук — это в чистом виде такой наукоград и никакого производства. Поэтому дети растут в чистоте, рядом с родителями, и они уже сами знают дорогу в институт. Сейчас я работаю со школьниками. Они все прекрасно знают, куда ходить. Так что для жизни в науке это просто идеальное место.

Владимир: Спасибо, Харлампий Пантелеевич. Продолжая тему детей, мне кажется, что всё начинается с детства. Каждый ребёнок стремится познать что-то новое о себе, об окружающем мире, проводит множество опытов с механизмами, техникой, с различными растениями и живыми существами. Стремление к познанию приводит некоторых детей в науку. К примеру, Рене Декарт, получив очень хорошее образование, был им не удовлетворён и пришёл к убеждению, что подлинную науку можно найти в самом себе или в великой книге мира.

Мы вспомнили о Ваших размышлениях о «гене любознательности». Расскажите, пожалуйста, об этой идее. И как Вы пришли в науку?

Харлампий Пантелеевич: Спасибо за вопрос. Мне кажется, что в науку приходят люди, которые любопытны от природы. И это самый главный критерий, по которому человеку следует выбирать — заниматься наукой или нет. И совершенно всё равно, какая это будет наука: гуманитарная, естественная или другая. Любой человек, чем бы он ни занимался, он всё время что-то исследует, как минимум, то, что находится вокруг него. Обстоятельства жизни вынуждают его к этому. В принципе, это взаимодействие любого объекта с внешним миром. Наше отличие от всего остального живого мира в том, что мы это можем обсудить, обдумать, вернуться назад, посмотреть, откуда всё началось и чем в итоге закончилось.

Я давно уже понял, и это общее мнение, что невозможно человека перевоспитать, переубедить, особенно, если ему уже за 20. Этим процессом можно управлять только в очень раннем возрасте. Известно, что человеческое сознание формируется до трёх лет. В раннем возрасте у всех людей есть стремление изучать. По моему наблюдению, это состояние сохраняется в детях примерно до 10 лет. Соответственно, дальше у кого-то эта потребность к изучению нового остаётся, но в меньшей степени. Говоря языком генетики, этот ген у кого-то менее активен, у кого-то его активность затухает чуть позже. Но скажу сразу, что это не свойство одного гена. На самом деле организм реагирует на всё, что происходит, всеми генами — это старый закон Ю. А. Филипченко.                          

У кого-то сохраняется очень сильная потребность к чему-то новому, у кого-то она не так выражена. И на этом этапе уже происходит дифференциация людей: заниматься тем, другим или третьим. В науку приходят и остаются, получают удовольствие и в итоге приносят максимальную пользу те, для кого это самое главное в жизни, кому это необходимо. Он жить по-другому не может.

По большому счёту, у меня другого пути и не было, потому что я изначально очень любил читать. Я жил недалеко от Сухумской детской библиотеки и таскал книги каждый день. Потом мне сказали, чтобы приходил не завтра, а послезавтра, но бери столько книг, сколько унесёшь. Я брал порядка десятка книг, быстро их читал, приходил послезавтра. Мне трудно себе представить, каково было этим женщинам, которые записывали в формулярах все книги, которые я забирал каждый раз и через два дня брал новые. По факту, я перечитал всю детскую библиотеку, а потом и вторую, которая была в другом районе города. Когда мне было лет 13-14, начал выходить журнал «Наука и жизнь», папа подписал его мне и я, что называется, попался. Это был примерно 65-ый год, когда наконец реабилитировали генетику, и в научно-популярных журналах стали писать об этой науке и вообще о биологии всякие героические истории. Я «заболел» биологией, хотя о ней не имел никакого понятия, только чисто книжное. Сейчас, занимаясь со школьниками, я говорю: «Ребята, то, чему вас учили в школе, — это совсем не то, что есть на самом деле. Приходите ко мне в школу цифровой биологии, учитесь и вы поймёте, что такое настоящая биология как наука, а не та, что в школьной программе».

Я был книжным биологом. Когда поступил в университет, стал профессионально заниматься наукой. Мне всегда было интересно всё. Я читал книги не только по биологии, а и о войне, об открытиях — меня очень интересовала география. Первый том детской энциклопедии знал практически наизусть, там была вся история географических открытий. Потом я пришёл в науку и остался, о чём не жалею.

Владимир: А как поддерживать и развивать любознательность на протяжении всей жизни?

Харлампий Пантелеевич: Мой рецепт в данном случае универсальный. Я как любил читать, так и люблю до сих пор. На самом деле для меня это лучший отдых и лучший досуг. Я прекрасно понимаю, что на сегодняшний день источники информации совсем другие. Когда я был пацаном, у нас не было ни телевизора, ни тем более Интернета, и книга была единственным источником знания. Сегодня знания получают по-другому. Но знания, которые получают из Интернета, никуда не годятся с точки зрения качества. Количества очень много, а качества мало. Когда мы читали книги, они проходили определённую редактуру, редакционный совет, качественный отбор. Поскольку технологически и технически невозможно было печатать всё подряд. Не было такого информационного «шума». Сейчас основная проблема — отделить «сигнал» от «шума», как это называется в науке.

Когда ребёнок заходит в Интернет, он не знает, какие сайты читать, а какие не надо: где находится правильная информация, где журнальные статьи — он их просто не понимает и не может понять. Ребёнку надо упрощать доступ к научно-популярной литературе. Для современного молодого человека, школьника крайне важно понимать, что он получает информацию, но качество её совершенно не достаточное для того, чтобы у него было правильное представление о мире, который его окружает. Поэтому, конечно, нужна редактура. У нас как минимум три классических научных журнала: «Химия и жизнь», «Наука и жизнь» и «Знание - сила». Они, слава богу, и сейчас живы-здоровы. В Интернете их можно и нужно читать. Там как раз информация уже идёт от учёных, она профильтрована сознанием учёного, который заточен на правильную информацию, и плюс ещё редактор, который правильно трансформирует наши, возможно, корявые мысли с тем, чтобы это было понятно широкой аудитории.

Планарии и методы их исследования. Механизмы регенерации, стволовые клетки

Елена: Харлампий Пантелеевич, мы знаем, что Вы занимаетесь исследованием процессов регенерации у планарий. Объясните, пожалуйста, что такое процессы регенерации? Как это происходит?

Харлампий Пантелеевич: Давайте для начала разберемся, что такое планарии.

Итак, планарии — это, вообще-то, биологическая легенда, один из первых объектов, о которых говорят зоологи. Первая статья по зоологии, выпущенная в России, была посвящена этим червякам. Я думаю, это не только в русской науке. Почему так? Потому что это макрообъект. Размер планарии — от одного до двадцати миллиметров. Его хорошо видно глазами. Это червяки (я так ласково их называю). Они отличаются тем, что плоские. Внешне похожи на пиявок, только двигаются не скачками, как пиявка, а перемещаются по поверхности с помощью ресничек, которые находятся по краю их тела. Они могут скользить по поверхности камня, земли, по листьям водных растений. Живут они в воде. Эта группа глобально распространена по всему миру. Где есть планарии — там вода чистая, её можно пить. В Америке в 60-х годах это был один из критериев чистоты воды: если в водоёме, озере или в реке (это всё пресная вода) живут планарии.

 
Чарльз Дарвин, который плавал на «Бигле» через весь земной шар, в книге «Путешествие натуралиста» писал: «Как хорошо известно, планарии способны к регенерации». Он остановился на первую зимовку в Бразилии, нашёл в лесу планарии, разрезал и стал изучать их регенерацию.

В переводе с латинского «регенерация» — это «восстановление». То есть когда появляется некое повреждение (травматическое либо химическое), то повреждённый орган восстанавливается.

У нас, к сожалению, этого нет. Но есть замечательные животные, которые могут, например, восстановить конечность. Это личинки земноводных: лягушек, тритонов. Если у тритона, например, отрезать немножко кончик хвоста, то он вырастает за два-три месяца. А у планарии вы можете отрезать любую часть тела, даже, извините, голову ей отрубить, и через неделю вырастает новая голова. Представляете, какая красота. Всё это было известно ещё Дарвину. Уже давно люди исследуют этот процесс. Регенерация у планарии как модель того, что происходит у нас с вами и у млекопитающих вообще.

Я обожаю планарий и всю жизнь изучаю их регенерацию, но думаю о регенерации человека. Конечно, хочется, чтобы что-то подобное было у нас. У людей регенерируют только клетки кожи (поверхность), клетки крови (происходит восстановление, обмен клеток крови, раз в семь лет меняется весь объём крови в нашем организме), и частично регенерирует наша печень. Если, например, химическое повреждение или травма, то даже из 20 % печени может восстановиться функция всего органа. Есть специальные обстоятельства, которые позволяют это делать. Механизм немного другой, чем у планарий, но похожий.

Учёные во всём мире занимаются регенерацией уже 300 лет. Последние 40 лет я измеряю процесс регенерации планарии. Это и есть начало современной цифровой биологии. Вся технология работы с изображениями происходит с помощью компьютера, иначе никак не сделаешь — нужно получить точные морфологические характеристики и регистрировать динамику отрастания. Тут важно, что мы можем сфотографировать планарии на разных этапах восстановления и, соответственно, на одной и той же группе животных получить динамику всего процесса. В течение пяти дней мы получаем кривую роста, более не повреждая животное, что крайне важно. И во-вторых это всё делается не на одной планарии, а на целой группе, потому что все эти животные находятся вместе в баночке и мы сразу получаем статистически надёжный результат.

Дальше это уже как модель. Уникальность модели регенерации планарий именно в том, что на фотографиях прекрасно различимы старые (пигментированные, темно-коричневые) и новые, отрастающие (лишенные пигмента), прозрачные части тела. Это позволяет ТОЧНО определить границу отрастания и ИЗМЕРИТЬ величину бластемы (площадь и/или длину). Поскольку новые клетки — это разделившиеся после операции стволовые клетки, то площадь бластемы отражает число новых клеток будущего головного конца с головным ганглием. Дополнительный бонус модели: фактически мы регистрируем на уровне целого организма динамику дифференцировки именно нервных клеток, что является уникальным достоинством планарий — никто в животном царстве не может восстанавливать свою центральную нервную систему.

Эта бластема тем и уникальна, что еще через 2 дня на границе бластемы и старых частей тела формируются глазки планарий, и т.н. остов нового ганглия. А на 7 день уже невозможно отличить старые и новые части тела — поверхностный эпителий полностью сформировал пигментный слой.

При этом самое главное, что планарии в ходе регенерации восстанавливают НЕ свои РАЗМЕРЫ, А ПРОПОРЦИИ. Размер как раз сильно уменьшается, потому что сам процесс регенерации проходит ровно за счет её собственных «запасов» (они не кормятся в ходе регенерации!). Полное восстановление исходных пропорций тела происходит на 25-30 день после перерезки, по ходу которого планарии теряют половину своего тела.

Если есть модель (её можно измерять, наблюдать динамику процесса), можно повлиять на этот процесс: ускорить или замедлить его. Безусловно, у планарии две головы не вырастут. Есть одна голова, она и восстановится. Никаких чудес. Можно ускорить процесс по сравнению с контрольным образцом, если добавить в раствор, где находятся экспериментальные планарии, какой-то стимулятор или гормон роста. Мы работали с растительными гормонами и с человеческими, которые участвуют в росте. Так или иначе, всё то, что стимулирует рост у других объектов, делает то же самое у планарии. Но если посмотреть на отдалённый эффект этого процесса, то можно увидеть, что через пять дней контрольная и экспериментальная группы сходятся в одном месте. Потому что в процессе регенерации у всех участвует примерно одно и то же количество клеток и их больше не стало. Можно сразу ускорить пролиферацию, ускорить регенерацию, но дальше всё равно они сделают то, что должны сделать: получить новую голову или хвост, если вы это отрезали, и так далее.

Теперь очень важный вопрос с теми самыми клетками, которые мы заставляем быстрее пролиферировать или, наоборот, тормозим их развитие: если вы ускоряете процесс, то наблюдаете действие факторов, которые ускоряют. Но также можно замедлить процесс (какие-то специальные токсины, которые тормозят пролиферацию клеток), и вы это тоже наблюдаете, регистрируете в своём эксперименте при сравнении с контролем.

Следовательно, вы можете проверять в этой модели действие как стимуляторов, так и ингибиторов роста. На самом деле и то и другое — это инструменты, которые крайне важны для разных задач. Но, например, если вы перекормите гормонами больного человека, то это может перейти в гиперплазию, а в будущем и в опухоль. В этой модели нужно знать, в каких пределах вы будете ускорять процесс, чтобы не перегрузить его. Не у всех всё происходит так быстро, как у планарий. Наоборот, если у вас есть препарат, который тормозит пролиферацию, значит, вы идёте в сторону онкологических препаратов, которые как раз направлены на то, чтобы тормозить пролиферацию опухолевых клеток. Это основы доклинического скрининга препаратов, которые в будущем могут быть регуляторами клеточной пролиферации.

Почему у планарий всё происходит так быстро? Потому что у них стволовые клетки. Благодаря нашей литературе и Интернету все знают, что такое стволовые клетки и как они важны. Так вот, если у нас с вами, условно говоря, одна стволовая клетка на миллион обычных (особенно во взрослом организме), то у планарии каждая пятая клетка такая (их количество стабильно и способно дать основу будущему процессу восстановления). Если у планарии удаляется внутренность тела, то будут регенерировать нервные клетки. Если вы отрезаете хвост, то будет регенерировать хвост, если вы отрезаете глотку, то это будут мышечные клетки. То есть из одних и тех же стволовых клеток вы можете получить нервные, мышечные клетки и все остальные (их около 20).

Вот такая модель. Мы с ней работаем много лет и сделано достаточно много. Главное, чтобы эта количественная модель была признана достаточно хорошей, под неё сделано соответствующее программное обеспечение. Мы фактически снимаем на фоне потоковое видео в нашем микроскопе, сохраняем отдельные файлы с изображением планарии, загружаем их в специальные программные обеспечения (у нас есть два или три разных варианта) и, соответственно, получаем не просто вторичный, но и верифицированный результат. Потому что если у вас есть разные софты и в итоге вы получаете одну и ту же цифру, то ваше измерение правильное. По большому счёту, это и есть ответ.

Вот, в двух словах, что такое цифровая биология. Учитывая динамику процесса (начиная с того, как описывали планарию отцы-основатели Дарвин и его последователи до наших дней), когда я начинал, все слегка крутили пальцем у виска и говорили: «Парень, ты вообще о чём говоришь?» А это был 1986-87 год (примерно тогда всё начиналось). Сегодня никого этим особо не удивишь, а завтра, я думаю, все будут говорить: «Ну что ты тут такого изобрёл? Все и так это хорошо знают». Я к тому, что цифровизация, особенно в базовых областях, где мы описываем биологический объект, какой он есть на самом деле, — это крайне важно. Мы получили инструменты: сканер, видеокамеру. Их можно и нужно взять на вооружение всем преподавателям биологии, всем преподавателям в университете. Я стараюсь пропагандировать новые подходы. Успехи пока локальные, но этот вопрос зависит не от меня, сколько могу, столько и делаю.

Елена: Спасибо большое. Я надеюсь, что с новыми инструментами Ваши исследования со временем приведут к тому, что и человеческий организм будет восстанавливаться.

Харлампий Пантелеевич: Я думаю, что результаты, полученные на планариях, мы вряд ли будем использовать напрямую. На сегодняшний день геном планарии расшифрован и он достаточно непростой.

Уже найдено порядка 50 генов, наших, человеческих. Если мы посмотрим друг на друга через экран, то на самом деле наше отличие в генетике, в геномике, — где-то в шестом знаке, наверное, с точки зрения генов. Мы похожи друг на друга, тем не менее фенотипически значительно отличаемся. Так что в этом смысле геном планарии во многом (в базовых областях) очень близок к геному позвоночника. Я рассчитываю, что психологически мы этот барьер преодолеем и тогда поймём, что все животные равны между собой в плане того, что они сегодня живут. Значит, мы выдержали эволюционную нагрузку, которая была в ходе всей истории Земли. Виды, которые пережили эволюцию, живут сегодня, значит, все перипетии: геологические, землетрясения, наводнения и прочие напасти, Тунгусский метеорит, — всё это они пережили. Правильно? Следовательно, это виды здоровые, крепкие, устойчивые. В этом смысле, конечно, человек — не царь природы, он один из цветов, которые растут на этой поляне, а самые-самые — это микробы, которые пережили всю геологию. Они самые древние в мире, поэтому самые приспособленные. Их правильно называют самыми лучшими в смысле приспособляемости. Это единственный критерий, который может рассматриваться как физически рациональный с позиции времени жизни.

Антонина: Спасибо большое. Харлампий Пантелеевич, Вы упоминали стволовые клетки. Объясните, пожалуйста, как стволовые клетки связаны с ферментом теломеразы? Есть ещё какие-то клетки в организме, которые обладают такой же способностью, как стволовые?

Харлампий Пантелеевич: Теломеразная реакция — её идея в том, что каждая клетка способна только к определённому количеству делений. Я понимаю, что это нечто другое, нежели стволовые клетки, потому что стволовая клетка не обязательно должна много раз делиться. Она может дифференцироваться в разных направлениях.

Стволовая клетка — это клетка, из которой могут получиться другие типы клеток. А вот сколько раз она будет делиться — это уже отдельный вопрос. Я не могу ответить на вопрос, сколько раз делится одна и та же клетка планарии. Измерить этот процесс исключительно сложно. Я цифровой биолог, мне надо всё измерять. И более того, это не моя прямая специализация, но насколько я знаю, таких данных нет.

А что касается отличия стволовых клеток от не стволовых — это очень важный момент, потому что стволовые клетки тоже бывают разные. Бывают клетки эмбрионально-стволовые, которые появляются в самом начале человеческого организма и сохраняются, как сейчас уже хорошо известно, в пуповинной крови. Поэтому сегодня рационально создавать банки пуповинной крови каждой женщине, которая рожает ребёнка, чтобы из эмбриональных стволовых клеток, которые находятся в этой крови, при прогрессе технологий (которые мы уже сейчас видим) мы могли через n-ное количество лет получить материал для того, чтобы размножить собственные стволовые клетки человека в нужном нам направлении. Сейчас биология очень активно занимается этим процессом на молекулярном уровне. Это молекулярная биология. На днях была получена Нобелевская премия по биологии в части технологии обратного процесса: из клетки специализированной сделать не специализированную. Но стволовая клетка (в частности эмбриональная) может специализироваться в данных направлениях. Позже в нас сохраняется очень маленькое количество таковых региональных стволовых клеток, которые, по некоторым данным, есть, например, в сердце, и их очень-очень мало. Но они могут делать только клетки сердца. Соответственно, они уже чуть-чуть специализированны в этом направлении. В планарии, я повторюсь, их каждая пятая, поэтому они такие чемпионы мира по регенерации.

Научные исследования в биологии, современные технологии. Цифровая биология

Антонина: Спасибо большое. Скажите, пожалуйста, есть ли сейчас какие-то исследования, которые занимаются тем, чтобы продлить молодость и красоту?

 
Харлампий Пантелеевич: Вообще-то, это не задача науки на самом деле. Я о таких исследованиях просто не знаю. Что такое молодость и красота? Вот вы молоды и красивы. И вы можете получить от меня ту же самую рекомендацию, которую вам дал бы Гиппократ 2500 лет тому назад: не излишествуй, не переедай, двигайся побольше и так далее — и ты сохранишь свой организм в полном порядке 10, 20, 30, 40 лет. Я по себе знаю точно, что я физически сильным не был, но зато я быстро бегал, и бегал всю жизнь. Как я читал книги, так и бегал, играл в футбол практически до 60 лет. Соответственно, особо ничем не болею. Я просто к тому, что рецепт молодости и здоровья состоит именно в том, чтобы ваш организм тренировался. И здесь самое важное — максимум не жалеть себя. Конечно, этот процесс должен быть регулярным и постоянным. Это всё рецепты Гиппократовского времени. Другое дело, кто их слушает? К врачам обычно люди приходят, когда у них всё запущено много лет. Это же понятно, если ты шагал в каком-то направлении много лет, то, чтобы вернуться в исходное состояние, тебе столько же времени нужно потратить на дорогу обратно. Другого пути нет.

Антонина: Спасибо большое!

Владимир: Вы затронули тему современных технологий и упомянули, что ещё несколько десятилетий назад у Вас не было возможностей заниматься цифровыми технологиями, компьютеры были слабо развиты. Получается, что смежные отрасли, развиваясь сами, помогают развиваться и другим отраслям. Расскажите, пожалуйста, какие сейчас изменения в биологии, в методах изучения? Какие технологии помогают Вашим исследованиям?

Харлампий Пантелеевич: Спасибо за вопрос, это моя любимая тема. Потому что, когда у вас есть масса ресурсов, вам особо развиваться не надо, вы просто тратите ресурсы. Когда у вас нет ресурсов (а это состояние советского, русского учёного), то надо работать головой. У меня в лаборатории на стенке прикреплена фраза Стива Джобса, американского изобретателя Apple, который говорил: «Работать нужно не 12 часов, а головой».

Когда у вас не хватает ресурсов, необходимо искать возможности, чтобы их получить. А получить их можно только через взаимодействие с коллегами. У кого-то есть другая технология, другой метод, вы работаете с ним вместе и получаете результаты. Это рациональный и правильный путь для современной науки. Всегда так было. Линней дружил с Цельсием (Celsius), который изобрёл термометр. Это было нормально: биологи с физиками всегда взаимодействовали вместе.

Я тоже всю жизнь работаю в контакте с физиками, математиками, инженерами. В итоге примерно к 1986 году стало понятно, что будущее в области современной биологии в большей степени за компьютерными технологиями анализа и обработки биологической информации.

Та технология, которую я создавал в своё время, была абсолютно уникальной и единичной. Сегодня эти технологии стали массовыми и это важно. Современная биология по факту является мультидисциплинарной областью, где равно взаимодействуют биологи, инженеры и математики. И что самое важное, прогресс в этой области будет за теми, у кого больше хороших быстро работающих софтов с разными алгоритмами анализа изображения. Когда вы получили некое электронное изображение, вы послали его мне, я его проанализировал своим софтом, а вы — своим, и мы с вами сравниваем результаты.

Мы уже не говорим о тех описаниях, которыми макробиология, биология целого объекта, занималась буквально до последних десятилетий, когда люди описывали объект словами. А что такое — «описать словами»? Это история, аналог классического варианта Вавилонской башни, когда строители строили-строили, потом перешли на разные языки и стройка прекратилась. На самом деле это был главный тормоз в развитии биологии и, я думаю, не только биологии.

Когда вы описываете объект, это описание фактически является плодом вашего внутреннего мира, слов, которыми вы оперируете и вашего языка. У всех языков разные нюансы: на одном лучше делать одно, на другом — другое, на третьем — третье. Как нам понять язык китайца? Мы не знаем, как он мыслит. Мышление совершенно другое. Но когда китаец, русский или американец получает изображение и подаёт его в виде такой-то площади в квадратных миллиметрах — это язык, который понимают все: китайцы, индонезийцы, белые, чёрные, красные и зелёные. Язык науки универсальный.

Сегодня мы как раз можем построить эту «Вавилонскую башню». Технология, благодаря универсальности, цифровой глобализации, позволяет нам решать в том числе главные вопросы биологии, так называемые «вечнозелёные», к которым мы даже подступиться не могли — не было общей базы. Сегодня база появилась, и можно мечтать о работах, которые дадут возможность оцифровать всю живую природу вокруг нас. Географы цифруют всю поверхность Земли в деталях, это уже общая тема: участвует масса людей, не только профессионалов. В ближайшее время в биологии будет происходить то же самое, потому что всех людей интересует живность, которая вокруг нас: не только кошечки и собачки, но и другие бесконечно красивые и разнообразные биологические объекты.

Сегодня у нас есть цифровые инструменты создания и сохранения изображений, и они стандартны. Матрицы, которые находятся во всех наших фотоаппаратах, сканерах, видеокамерах, во всех гаджетах, созданы на одних и тех же физических принципах и буквально две-три фирмы выпускают их для всего мира.

Появляется возможность решать эти безумные задачи — оцифровать весь мир. Но если мы все возьмёмся: русские — цифруем русскую природу, американцы — американскую, бразильцы — бразильскую, каждому найдётся работа по плечу. Я хотел озвучить это на вашем ресурсе, потому что он рассчитан на географически широкие массы людей. А эту работу не сделаешь в одиночку. Задача на самом деле глобальная, и мы сегодня можем этот вопрос поставить.

С моей точки зрения, биология уже стала цифровой наукой, то есть можно перейти на язык цифр. Ведь что было раньше? Представляете, какой бы был подарок для Карла Линнея, если бы у него в руках был обыкновенный плоский сканер А4. Он же тратил безумное количество времени, то есть порядка двадцати его апостолов (как он их называл) ездили за образцами в разные части мира. Это было полное безумие: человек уезжал в неизвестные края и должен был привезти Линнею образцы растений и животных, которые он встречал, чтобы учёный определил их в свою базу данных, а потом это оформлялось в альбомы. Сегодня у каждого есть смартфон, это уже массовый инструмент.

Современная цифровая биология (как мы уже говорили) — это гибрид естественных наук: математики, биологии, физики и техники. Параллельно идёт процесс гибридизации наук в гуманитарной сфере, которая развивалась сама по себе: смежные гуманитарные дисциплины создавали разные социокультурные сочетания. Но что происходит сегодня? Мы возвращаемся к истокам европейской науки, то есть греческому пониманию науки как единой. Ведь всегда было целостное представление о том, что вокруг нас единая природа.

Сегодня идёт гибридизация естественных наук с гуманитарными. К примеру, биоэтика одна из первых начала обдумывать и обсуждать поведение человека с точки зрения этики, которая всегда была и является в большей степени разделом философской науки. Гибридизация между естественными и гуманитарными науками — это первый шаг. И самое интересное, надеюсь, мы увидим в ближайшем будущем.

Создание биологической базы данных: возможности и перспективы

Антонина: Харлампий Пантелеевич, Вы говорили о базе данных всей флоры и фауны, и это очень важно. Если весь мир подключится к тому, чтобы оцифровать данные, мы сделаем большой прорыв в будущее. Уже сегодня мы строим будущее, и оно зависит от каждого человека на Земле. У нас будет огромная база данных о растениях, животных, о разных свойствах и взаимодействиях.

И развитие космоса не стоит на месте. Сейчас уже говорят об освоении экзопланет, и это может произойти очень скоро. Представьте на борту биолога вроде Вас, который взял свой каталог на флэшке, и мы подлетаем к экзопланете. У нас есть показатели атмосферы, давления и тому подобное, и мы понимаем, что эта планета пригодна для жизни, но она абсолютно пуста. С помощью базы данных мы можем просчитать, что нам необходимо, чтобы заселить эту планету: в первую очередь, это растительный и животный мир.

Казалось бы, фантастическая идея, но тем не менее она реальна. Необходимо создавать такие базы и перенаправлять науку в созидательное русло: развитие космоса, освоение других планет. В Созидательном обществе огромные средства будут направлены на развитие науки, а биология — основа всех наук, потому что это наука о жизни всех организмов. Наши успехи в этом направлении будут грандиозные. Как Вы считаете?

Харлампий Пантелеевич: Давайте сказанное разделим на два вопроса.

Создание базы — это во всех смыслах абсолютно необходимый процесс не только для биологов, а вообще для всех людей, потому что биологов мало, а людей много. Все заинтересованы в том, чтобы знать, в каком мире мы живём. По факту мы не могли бы жить одновременно в Латинской Америке, на островах Тихого океана, в Северной Америке, Европе, Украине или России. Но каждый имеет свой личный локальный опыт и понимание, что мир разнообразнее того пятачка, на котором он живёт, и это очень важно. Конечно, мы будем стремиться к тому, чтобы описать нашу Землю, совершенно очевидно. Фактически получается гигантская база данных, которая потребует колоссальных ресурсов дисковой памяти, какой-то облачной. Облака — это же тоже компьютер, который находится где-то в другом месте, и объёмы там очень большие.

Когда я это всё начинал, я сделал первую попытку создать виртуальный биологический музей (небольшая локальная задача) — посмотреть разнообразие деревьев вокруг нашего Пущино. И за три сезона не очень интенсивной работы (поскольку работал один) я набрал базу данных примерно 400 Гб из очень небольшого разнообразия. Представляете, какие должны быть на самом деле хранилища? Конечно, тут потребуются суперкомпьютеры всего мира. Самое главное, на эту задачу должны быть направлены базы хранения первичной информации.

Для чего это будет надо? Например, мы проектируем газопроводы. Соответственно, мы должны знать, по какой территории идёт труба. Сегодня в нашей школе мы с ребятами смотрели, какое соотношение между деревьями: мы снимаем листья снизу в пределах нашего роста и снимает дрон (квадрокоптер), который летит над этими деревьями сверху. Мы получим соотношение этих двух картинок, и потом уже можно будет понимать состояние лесов, по которым будут летать эти дроны, и получать первичную информацию для того, чтобы понимать, куда проводить трубу: может быть, правильно сразу обойти стороной какой-то кусочек, где живут какие-то особенные растения или деревья. То есть можно будет изначально определять наиболее оптимальную траекторию той же трубы.

Создавая такую биологическую базу данных, мы на самом деле создаём информационный ресурс, которому цены нет, потому как он экономит безумные деньги, которые пошли бы на переделывание какого-то проекта. И это касается любой деятельности на той или иной территории, например, построить завод либо поставить здание, — мы должны иметь информацию об этом. Причём эта информация должна быть биологической, географической и геологической, по возможности. Все эти слои, все карты надо совмещать. Я уже не говорю о том, что нам помимо общей, представленной сверху информации об объекте, нужна ещё биологическая и генетическая база объекта, слои биологической организации — это пласты информации, которые в целом будут создавать гигантскую, связанную между собой информационную матрицу, которая предельно опишет нашу Землю.

Теперь ответ на второй вопрос — мы куда-то улетели. Если мы найдём какую-то планету, похожую на нашу, это означает, что там уже есть свои растения, животные и микробы. Земля не появилась сразу такая, какая она есть. Она формировалась в ходе геологической работы тех микробов, живности, которые жили, из которых сегодня, например, состоят целые горы (известняк). Там сплошные раковины животных, которые когда-то жили, из их микропанцирей создались гигантские горы — песчаники. То же самое будет на той планете. А мы с вами прекрасно знаем историю бабочки Брэдбери, которая была об этом же.
Наше неосторожное вмешательство в процесс отзывается очень сильно, особенно в отдалённой перспективе. Если вы сдвинули процесс с какого-то направления на другое, и он будет идти долгое время — даже если изначально это была очень маленькая разница, то через 10 000 лет это будут очень большие углы, на которые разбегутся эти два исходные, вроде одинаковые, объекта. На самом деле, я бы запретил всякие игры с внешней природой. Наши данные пусть будут в нашем запаснике, чтобы мы могли сравнить природу новой планеты с нашей и понять, насколько она отличается. Но не дай бог туда влезть.

У нас большой опыт: как только мы что-то такое начинаем вводить, добром это не заканчивается. Последняя самая свежая история про борщевик, который пока не сильно нам вредит, но радости мало, с ним уже надо бороться. А изначально это была хорошая мысль: развести растения, которые можно использовать в корм скоту, они же такие мясистые и вкусные...

Так что внедряться в чужую экологию надо очень осторожно.

Перспектива развития биологии в Созидательном обществе

Елена: Спасибо, Харлампий Пантелеевич. Переходим к проекту «Созидательное общество». В течение нескольких лет мы проводили социальные опросы. Спустя время подвели итоги, на основании которых были сформированы и опубликованы 8 Основ Созидательного общества. Вы с ними знакомы.

Скажите, пожалуйста, как бы Вы могли описать общество, в котором Вы, Ваша семья, дети и внуки были бы счастливы, где был бы счастлив каждый человек?

Харлампий Пантелеевич: Счастье, в первую очередь, — это мир, что очевидно. Конечно, это и здоровье, семья, друзья, люди, которые тебя окружают. Важно, чтобы было приятно жить, а если вам ещё и приятно работать — замечательно.

Моя изначальная любознательность не даёт мне спокойно жить. Когда я мою посуду, всё равно думаю о планарии, о своих растениях. Это уже судьба. Я занимаюсь биоэтикой — гуманитарными задачами, и мои друзья-биологи не понимают, зачем я трачу на это время. А я не могу себя разделить: вот ты биолог и всё. Я не только биолог, а ещё и человек. И меня интересует, что такое этика биологии. То есть я смотрю на себя со стороны (какой я, что я делаю), смотрю со стороны на свою работу и анализирую, даю ей оценку с точки зрения того, как бы воспринял эту деятельность другой человек.

Когда я работаю с планарией, мы же фактически делаем работу вместе с ней. Это надо очень чётко понимать: если ей плохо, если есть какие-то условия, которые ей неприятны, то я получу не очень точную информацию, какую хотел бы получить от исследуемого и изучаемого объекта. Одно дело, когда я говорю с человеком и он настроен агрессивно, а другое дело, когда он смотрит на меня позитивно. Соответственно, и у меня отношение к нему другое, и качество информации будет совершенно иное в одном и другом случае. Самое главное, я буду мыслить по-другому.

Если посмотреть на эту ситуацию с позиции сегодняшнего дня, когда наука находится на высоком уровне развития, мы изучаем очень слабое воздействие на объекты, то есть уровень нанотехнологии. Это работа на уровне 10^-9 Моля, если мы говорим о химии, или на микро– нанотеслах, если мы говорим о физике, а значит, в 1 000 раз меньше, чем магнитное поле Земли. И такого рода воздействия на биологию мы уже можем изучать. Следовательно, это та область, где от нашего взаимодействия будет зависеть результат, который мы получим в итоге.

Если мы говорим о планарии, мы должны быть с ней на одном уровне, скажем так, невмешательства, когда нет прикосновения, а только дистанционная работа. Цифровая биология на самом деле — это биология дистанции. Мы не касаемся объекта, а взаимодействуем с ним посредством вот этих замечательных инструментов, с помощью которых мы с вами общаемся. Точно так же в феврале-марте месяце я сижу и наблюдаю, как пара орлов где-то в Прибалтике, в Латвии, в лесу прилетает на своё гнездо, которое они выстроили несколько лет назад, и высиживают одного-двух птенцов. Я это вижу каждый день через веб-камеру, которая находится прямо рядом с этим гнездом. Сегодня мы наблюдаем дистанционно.

А что было раньше? Мои друзья-зоологи сидели около гнезда птицы с биноклем. Нужно было быть близко, чтобы точно знать, что птица делает в гнезде, или записать голос птицы.               

Замечательный биолог Борис Николаевич Вепринцев создал целый атлас голосов птиц, выпускались пластинки. Это была замечательная работа. Сейчас его архив оцифрован. Так вот, Борису Николаевичу приходилось каким-то образом подносить микрофон фактически прямо к птице, чтобы её не спугнуть, чтобы она спела, как будто его рядом нет. Сегодня мы совершенно спокойно запишем голос птицы массовым инструментом. Это означает, что мы наконец-то начали заниматься биологией, а именно тем, как устроена живая природа.

А как работали с растением ботаники лет 20 назад? Во-первых, надо было его засушить, как сказал Линней: найди, засуши, сделай гербарий. Прекрасно, нашли растение, засушили и придётся трястись над ним всю жизнь, чтобы не повредить. Сегодня это уже анахронизм. Сейчас можно спокойненько подойти к растению, особенно если оно краснокнижное, взять сканер, поднести лист растения, отсканировать и пусть оно растёт дальше. Это означает, что вы работаете уже не с биологическим объектом, не сушите его, не фиксируете, как животное, в формалине, а вы сделали в идеале его трёхмерное изображение и дальше работаете с файлом, а объект живёт сам по себе. Фактически это уже работа с виртуальным изображением.

Биология, как ни парадоксально, с развитием цифровых инструментов всё больше виртуализируется и, соответственно, отрывается от живого объекта в хорошем смысле, потому что она не касается и не вскрывает его. И это появилось только сейчас.

Мы 300 лет занимались этой профессиональной работой, создавали все эти зоологические музеи, кунсткамеры, где разные образцы находятся либо в формалине, либо в коробках, как зафиксированные насекомые. Мы сохранили всё это, для генетиков вполне достаточно, по таким остаткам можно определить геном. Например, как выглядело это растение на самом деле, какого оно было цвета. У Линнея есть замечательные рисунки (одна из таких репродукций стоит у меня на столе — красота). Художник нарисовал это растение. А сегодня об этом даже смешно говорить. Надо брать живое растение, животное и работать с ним. Двухмерные и трёхмерные фотографии, видеофрагменты — это как раз и есть живая биология. Биология — это наука о живом. А мы занимались тем, как устроена мёртвая природа.

Антонина: Спасибо большое, Харлампий Пантелеевич. Очень отзывается то, что Вы говорите. Развитие науки, технологий — один из самых важных аспектов Созидательного общества. Вопросы, которые Вы озвучили: безопасность, ценность жизни, развитие науки, идеология, — актуальны и будут поддерживаться и развиваться в Созидательном обществе. Вот Восемь Основ Созидательного общества, в центре которого Человек.

Антонина: Харлампий Пантелеевич, Вы уже знакомы с 8 Основами. Поделитесь, пожалуйста, своим видением Созидательного общества или расскажите о том, как Вы понимаете одну из Основ.

Елена: Какой Вы видите науку в Созидательном обществе?

Харлампий Пантелеевич: Я думаю, это прекрасно, что есть группа людей, которая охвачена такой замечательной идеей.

Когда занимаешься этикой, то первое, что приходит при анализе этики у разных народов, — это универсальные правила: никогда не делай другому то, чего не хотел бы, чтобы делали тебе. На самом деле это общее правило, которое относится ко всем живым объектам. Это горизонтальное отношение со всеми, то есть не сверху, не свысока, не снизу вверх, а глаза в глаза. Когда я работаю, общаюсь с детьми, то становлюсь на колени, на корточки, чтобы ребёнок, который находится напротив, видел мои глаза, чтобы он не учился задирать голову, а видел человека, с которым он общается, на одном уровне. Это те отношения, которые я называю горизонтальными. К этому надо приучать ребёнка с детства: общаясь с братом меньшим, присядь на корточки, чтобы быть с ним наравне. Надо учить тому, как быть этически правильным человеком, — о чём говорил Сократ в самом начале нашей цивилизации.

Все знают, главная проблема преподавателя, он не может передать свои знания другому, он может другому только показать дорогу и сказать: вот источник пей. Но заставить его невозможно, как говорит восточная мудрость. Мы можем показать направление, показать чего можно достичь, если не сворачивать, не заниматься другими делами, а целенаправленно работать в этом направлении.

Не так давно я был очень впечатлён, слушая лекцию А. А. Аузана, декана экономического факультета МГУ. Он очень интересно рассуждал, что такое экономисты. Это математики и самые лучшие математики на экономическом факультете. Он заставляет их читать Шекспира на языке оригинала, чтобы у них развивалось правое полушарие, чтобы они развивались на стыке наук: математики и лингвистики. Потому что математику нужно воображение, без него ему шагу не ступить. А как ему развивать воображение? Нужно получать информацию в другую часть мозга. Ещё была озвучена мысль, что экономика — это наука о жизни человека. Тогда совершенно понятно, что экономика — это биологическая наука, потому что это жизнь человека с экономической точки зрения. Я подумал: «Получается, что экономика — это биологическая наука, а биология — это гуманитарная наука?» На самом деле это пути в сторону целостного человека, о котором мечтает сообщество «АЛЛАТРА».

Таким образом всё происходит. Теперь важно эти «точки роста поливать водой», но и не создавать им «тепличные условия», надо, чтобы там «зимой было холодно, летом и весной шёл дождь, и было тепло». Тогда всё будет «расти» нормально. И, конечно, «не выжигать». Путь к развитию целостного человека сначала понимают люди науки, потом к этому приходят производственники, которые думают: «Ага, мне надо, чтобы…»

Человек в ходе работы совершенствует свои понимания, знания и умения. Например, мы говорим, что человек уже в третьем поколении делает пироги. Понятно, что он это делает уже спинным мозгом. Если он что-то новое сделал, то это новое на основе того, что он уже знал раньше, знали его деды и прадеды. Если человек хороший специалист, его надо ценить и помогать, чтоб он как можно дольше работал.

Задача общества — чтобы люди жили долго, и не было глупостей: «Что тебе ещё делать? Ты уже пенсионер, сиди дома с ребёнком!» На самом деле это очень ценные люди. Как говорил один из профессоров нашего института: «С этими мужиками до 50-ти лет вообще разговаривать не о чем, у них гормоны играют». Вот когда гормоны играть перестали, человек приходит в состояние «Акме», состояние бодрости, и поступает так, как на самом деле надо поступать. Люди, которые пожили и пережили много чего, уже как минимум плохому своих внуков не научат, а, как правило, хорошему.

Раньше были заводы, на которых работали десятки тысяч людей. Технологии, условия работы требовали, чтобы много людей работали руками. На современных заводах работают сотни человек, двести-триста — это максимум самого большого предприятия. При биотехнологии 20-30-40 человек — это предел. Больше не надо. Всё остальное делают автоматы, роботы, которыми управляют специалисты. А что делать другим людям? Надо дать им возможность заниматься каким-то созидательным досугом.

Досуг — это слово относительное. Вот чем занять свободное время десятков миллионов людей? И в этой ситуации у всех есть дети, внуки.

Внуки прекрасно знают новые цифровые технологии, рядом дедушка, бабушка, которых внук научит этим технологиям, с одной стороны. А с другой стороны, они вместе будут делать то, что называется «народная наука», «народная биология». По аналогии — это «неогеография». Сейчас тысячи, миллионы туристов по всему миру ездили и фотографировали места, которые посещали. Вы же прекрасно понимаете, что нет столько географов в мире, чтобы описать каждую деревню, каждый угол. А люди там побывали и сфотографировали, в какой-то базе данных их фотографии уже есть. Следовательно, если у нас появился алгоритм, то надо создавать информацию, связанную с тем или иным местом, собрать её вместе. Мы можем сделать географическую карту мира очень подробно, которой никогда в жизни не было. А если мы добавим сюда ещё и живность, которая там живёт, которую могут изучить внуки с бабушками и дедушками, выйдя за пределы своего города или деревни. Сегодня каждый ребёнок технологически может это делать. У меня школа нацелена на это, я учу этим технологиям младших пацанов, а они научат это делать своих бабушек и дедушек. И тогда у нас появляется созидательная задача для всего населения Земли. Почему нет?

Антонина: Здорово, это очень интересная идея! Получается, что каждые бабушка с дедушкой вместе с внуками смогут сделать очень полезное дело, можно сказать, научно-исследовательскую работу, и это действие объединяет разные поколения. То есть мы учим детей изучать мир в себе и вокруг себя с помощью, как Вы говорите, народной мудрости. Здорово! Спасибо. Нам очень понравилось. Возможно, эти идеи вдохновят кого-то действовать: описывать мир, в котором мы живём, собирать огромный каталог и думать над тем, как сделать мир лучше.

Конечно же, друзья, без нас с вами кто это может сделать? Каждый из нас может вложить частичку себя в создание Созидательного общества. Пусть это будут прекрасные биологические технологии, оцифровка биологических данных либо каких-то географических мест. Почему бы и нет? Ведь это здорово — познавать мир в себе и вокруг себя, создавать что-то новое. Общество, в котором каждый человек будет заботиться о другом, где поколения живут не в конфликтах, а в мире. Общество, в котором люди любят и уважают друг друга — люди из разных континентов, которые владеют разными языками, разными подходами и разными взглядами на жизнь. Мы будем жить в мирном обществе, в котором нет войн, в котором все действительно счастливы, и каждый будет находить что-то своё: чем заниматься, как работать, как жить и что хорошего сделать для своего соседа, друга, брата, для людей во всём мире.

Харлампий Пантелеевич: Спасибо за внимание! Мы вместе можем продвигать тему науки и образования, потому что ваш проект очень перспективный. Он нацелен на глобальный подход, для меня важно, чтобы присоединились люди, живущие в других городах и странах. Спасибо.

Антонина: Здорово, спасибо огромное!