24 тысячи лет назад в Сибири замерзла коловратка. Теперь ее оживили российские ученые Мы поговорили с одним из авторов эксперимента Станиславом Малявиным
Российские исследователи из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН описали в престижном журнале Current Biology воскрешение к жизни коловратки, пролежавшей в сибирской вечной мерзлоте не менее 24 тысяч лет. Коловратки — микроскопические, но все-таки многоклеточные существа, устроенные гораздо более сложно, чем любые бактерии. Возможность их сохранения в жизнеспособном состоянии на протяжении тысяч лет кажется невероятной и поднимает множество вопросов о том, можно ли побить этот рекорд, почему подобное происходит так редко, и, главное, смогут ли ученые в будущем «воскресить» существенно более сложных животных — вроде амфибий или даже мамонтов. Все эти вопросы мы задали одному из ведущих авторов статьи Станиславу Малявину.
— Первый вопрос сразу о главном — как чувствует себя сейчас размороженная коловратка? У нее все хорошо?
— Увы, та самая коловратка давно почила в бозе, потому что живут-то они всего ничего, как и большинство микроскопических существ. Всего около двух недель (эксперимент по размораживанию проводился в 2015 году — прим. «Медузы»).
Но, кроме того, есть и второй момент. Мы точно знаем, что она там была, в этом образце, но мы ее — конкретно ту, что была заморожена 24 тысячи лет назад — скорее всего и не видели. И вот почему. Когда мы делаем эксперимент, происходит это так: берем кусочек мерзлоты, кладем его в питательную среду, начинаем наблюдать за этой чашкой и в какой-то момент видим, что там плавает несколько коловраток. Но поскольку постоянное, абсолютное наблюдение организовать невозможно, то мы не можем знать точно, какая из тех коловраток, что плавают у нас в среде, является той самой, что пролежала в мерзлоте 24 тысячи лет. А не является уже ее непосредственным потомком. Уж очень быстро они размножаются.
С точки зрения науки, это даже не так важно. Во-первых, потому что мы, как я уже сказал, точно уверены, что ничего не занесли снаружи — на это направлены наши главные усилия. Во-вторых, чтобы что-то изучить, что-то сделать с этими коловратками, одной никак не достаточно — нужно получить потомство, сделать клональную культуру и дальше уже с этой культурой работать. Нам нужна биомасса, нужны статистические материалы, их должно быть много.
— Это ведь не первая подобная ваша работа. Я прекрасно помню, как в вашем институте в 2012 году вырастили из вечной мерзлоты смолевку эпохи плейстоцена. Потом были гигантские вирусы. Со стороны кажется, что перед вашим институтом поставлена очень конкретная задача — воскрешать кого-нибудь из вечной мерзлоты раз в пять лет. А на самом деле? Зачем это все делается?
— Только не перед институтом (он у нас конкретно почвоведческий), а перед нашей лабораторией. А история у нее такая. Она была основана Давидом Абрамовичем Гиличинским, геологом, который занимался мерзлотой. Он работал примерно с начала восьмидесятых, и тогда одной из важнейших задач была датировка отложений мерзлоты, то есть определение их возраста. Дело в том, что с определенного порога — около 50 тысяч лет — радиоуглеродный метод, который позволяет определять возраст органических отложений на основе соотношения изотопов углерода, фактически перестает работать. Углерода C-14 становится так мало, что даже на ускорительном масс-спектрометре его не найти. Можно, конечно, использовать другие [изотопные] методы, но они дают существенно большую ошибку.
И вот тогда для облегчения датировки Давид Абрамович разработал методику стерильного бурения — она позволяла убедиться в том, что то немногое, что остается в породе и используется для определения возраста, не было привнесено снаружи. Потом — в соавторстве, конечно, со многими другими людьми — они разработали несколько видов контроля этой стерильности. И этот контроль как раз основан на выращивании микроорганизмов из наших образцов. То есть биологическая работа по «воскрешению кого-нибудь раз в пять лет» выросла из попыток геологов найти более точный метод датирования мерзлоты.
Но вообще мы не только раз в пять лет кого-то оживляем, мы еще исследуем их, описываем, исследуем их происхождение — наша работа в основном такая, зоологическая. Те, кто занимается именно бактериями из мерзлоты, пытаются и находят им какие-то биотехнологические приложения. Например, в сотрудничестве с Институтом биоорганической химии наши микробиологи описали несколько липаз (то есть ферментов, которые разрушают жиры), которые могут работать при очень низких температурах. Соответственно, их потенциально можно использовать в стиральных порошках и моющих средствах, которые смогут работать в холодной воде — это экономия энергии, понятно.
И, конечно, важнейшее направление для нас — изучение истории климата. Многие растения синтезируют внутри себя небольшие включения, которые сохраняются в мерзлоте и по которым можно определить их вид или хотя бы род. А если есть метод, который может установить, какая флора была в этом месте несколько тысяч лет назад, то можно и реконструировать климат, в котором она жила.
— Потенциальный занос чего-то снаружи при бурении ведь не единственная проблема для вас. Если утверждать, что возраст нашей героини составляет действительно эти фантастические 24 тысячи лет, то нужно убедиться, что эта мерзлота, в которой ее нашли, условно, не растаяла как-то случайно 100 или 1000 лет назад. И что тогда в нее не проникли другие (тоже древние, но не настолько) коловратки. Вы ведь довольно много усилий предприняли чтобы исключить все эти возможности?
— Да-да, тут есть много аргументов. Первый блок доказательств — геологический, а геологи говорят, что все эти отложения никогда не таяли, они накапливались одновременно с замерзанием. Вернее наоборот — замерзали одновременно с накоплением, это называется синкриогенез. Это отслеживается по структуре прожилок льда в мерзлоте, присутствию массивных клиновидных жил льда, поразительной сохранности трупов млекопитающих. Почему мы, собственно, именно ездим в экспедиции на Колыму? Потому что в этом районе находятся именно такие, никогда не таявшие и — что тоже очень важно — крайне хорошо изученные породы. Это первое.
Второе — это вопрос о том, могло ли даже в замороженную породу, если она никогда не размораживалась, все-таки что-то проникнуть извне за тысячи лет? Столь микроскопическая частица, что она может двигаться даже в замерзшем льду? Конечно, известно, что даже внутри льда никогда не бывает так, чтобы все 100% молекул находились внутри кристаллов — всегда сохраняется какая-то часть жидкой воды, даже при очень низкой температуре. И вот другой блок доказательств — физический — связан с тем, что известно, какого размера могут быть жидкие пленки в мерзлоте и какие частицы могут в них двигаться. Это частицы, размер которых на два порядка меньше, чем даже самые маленькие бактерии — не говоря уже о коловратках. Так что мы точно знаем, что фактически никакое движение там невозможно.
— Тут сразу хочется спросить — а существенно древнее породы там есть? Можно ли в будущем разморозить кого-то еще гораздо древнее? Где лежат теоретические границы того, что можно ожидать?
— Хронологические границы, которые для нас существуют сейчас, определяются теми отложениями, которые есть у нас под руками (или под ногами). Есть верхний плейстоцен — сейчас ученые сходятся, что его максимальный возраст составляет примерно миллион лет, и это самая древняя мерзлота, которая есть в Сибири, в Евразии и, вообще, в Северном полушарии. В Антарктике есть породы древнее, но оттуда ничего сложнее бактерий пока, насколько я знаю, не выделяли. У нас есть штамм амебы возрастом в 500 тысяч лет (средний плейстоцен), есть отдельные дрожжи. Но мы работаем, главным образом, с поздним плейстоценом — это примерно до 130 тысяч лет, причем в Сибири это, в основном, отложения до 50 тысяч лет. Из них большинство наших эукариот, включая нематод и коловраток. Дальше поздний плейстоцен мало где встречается, эти отложения растаяли и исчезли.
Что касается теоретических пределов, то тут тоже на самом деле есть большая неопределенность, потому что мы на самом деле не знаем, что такое криптобиоз, не знаем главного — тратится энергия в процессе существования в замороженном состоянии или нет? Если метаболизм остановлен полностью, то тогда энергия не тратится. И в стабильных условиях, какие в мерзлоте как раз и существуют, организм сможет лежать бесконечно долго и потом вновь перезапуститься. Но при этом непонятно, как он перезапускается — если метаболизм остановлен полностью.
Если же метаболизм продолжается даже в таком состоянии, если энергия на поддержание жизни тратится, то в какой-то момент организм должен погибнуть. Что, в общем, пока выглядит наиболее вероятной гипотезой. Но рассчитать, когда именно это происходит, очень сложно. Сам термин криптобиоз, то есть состояние скрытой жизни (это то же самое, что и анабиоз), был определен в 1950-е годы как состояние, при котором физиологические процессы не регистрируются приборами. А если они не регистрируются, как их посчитать тогда? Непонятно, поэтому в этом месте есть такой провал.
— Если посмотреть не на хронологические, а видовые границы: кого еще можно потенциально обнаружить и разморозить из мерзлоты? Мне вспоминаются, например, сибирские углозубы, известные своей способностью переносить очень низкие температуры. Есть ли шанс, что вам удастся достать из керна что-то существенно крупнее коловратки?
— Что касается углозуба, и вообще позвоночных, которые вмерзают в лед, нужно помнить, что они все-таки не замерзают полностью. У них замерзает кожа, мускулатура и так далее, а сердце и мозг за счет производства органических веществ-антифризов не замерзают, и сердце даже очень медленно продолжает биться. Здесь очевидно, что какая-то энергия в состоянии криптобиоза затрачивается. А значит, тысячу лет, я думаю, углозуб не пролежит. Но, наверное, его можно использовать как некое приближение для того, чтобы пересчитать ту энергетическую составляющую криптобиоза на более мелких, микроскопических существ — это интересная мысль.
Что касается более крупных существ, которые точно можно будет найти, я думаю, это яйца полиартемий — это такой рачок. Это жаброноги — они сами не могут замерзать, но их яйца тоже хорошо переносят заморозку. Они вообще выносят очень глубокий криптобиоз, глубокую отрицательную и положительную температуры, переживают даже большие дозы радиации. Вот их, наверное, можно будет действительно найти в мерзлоте — только их там существенно меньше.
Это все очень редкие находки. Вот почему такие работы выходят только раз в пять лет — потому что найти что-то жизнеспособное, на самом деле, большая редкость.
— А кажется-то, наоборот — там же мерзлоты этой буквально кубические километры! Взял любой кусок, разморозил, и вот у тебя готовая научная статья. Но почему-то так это не работает — в чем сложность?
— Очень редко удается найти что-то жизнеспособное, даже если речь идет про бактерий. То есть материала много, ты его сеешь, сеешь, сеешь, а что-то живое удается найти очень редко.
Пока у нас получается, что есть прослойки, богатые органическим веществом, которые считаются почвой, захороненной в результате какого-то локального катастрофического события, например, обвала. В таких горизонтах шанс найти какой-то жизнеспособный штамм больше. Что, в общем-то, выглядит логично — те, кто туда вдруг попал, оказались неожиданно пойманными и лежат в жизнеспособном состоянии.
— Ну да, обычно ведь лежать и ждать когда тебя заморозит заживо никто не хочет.
— Не хочет, конечно.
— Не могу не задать вопрос в сторону. Как вы думаете, удастся ли Джорджу Черчу его проект воскрешения и реконструкции мамонтов?
— Ну, воскресить мамонтов — именно тех, которые в мерзлоте, — конечно, не удастся. Они просто намного большего размера, и замерзали медленно, в отличие от микроскопической коловратки. Единственный способ воскресить мамонта, который, я думаю, реален — это клонировать его в слоне.
— Черч именно это и имеет в виду.
— Да, но для этого нужно разобраться, как устроен геном. Причем на абсолютно другом уровне, чем сейчас. Даже геном человека, вроде бы прочитанный в 2003 году, все равно до сих пор не полный — там есть повторы и другие сложные участки. С мамонтами такая же петрушка. А создать искусственный геном удалось пока только для паразитической бактерии микоплазмы. Но у нее даже по сравнению с другими, «нормальными», бактериями геном исключительно маленький.
Безусловно, мы можем сколько угодно этих мамонтов насеквенировать, их уже и так насеквенировано много, но это все годится на уровне определения родства — а не для того, что бы «установить» этот геном в работающий организм. Не знаю, каких-то теоретических препятствий для успеха я тут не вижу, но очевидно, что еще предстоит очень долгая дорога.
— И совсем последний вопрос. Ваша работа с коловратками когда-то была поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований, но сейчас такого конкурса грантов уже нет, финансирование из РФФИ перевели в Российский научный фонд, многие повозмущались, но назад ситуация не вернулась. Как думаете, повлияет ли, в частности, на вашу работу то, что произошло с РФФИ?
— Повлияет безусловно, но другое дело — как. Может быть, мы приспособимся. Мы сейчас как раз пишем заявку на конкурс РНФ, который по идее должен замещать РФФИ. Условия там строже, абсолютно очевидно, что разбираются в сути научной работы там хуже. Поживем — увидим, сейчас как-то рано об этом говорить.
Беседовал Александр Ершов