«Комары на самом деле очень красивые»: ученый — о том, как детское увлечение биологией может помочь изменить мир

Какие книжки читать юным биологам, на кого пойти учиться фанатам животных и как комары связаны с теорией эволюции? Мы поговорили с доктором биологических наук Игорем Шараховым о его пути от ребенка, увлекающегося животными, до профессора американского университета.

«Биология — это, конечно, интересно, но как потом жить? Чем зарабатывать?»

Когда я был совсем маленьким, мы много времени проводили с бабушкой. Она была религиозным человеком и очень занимательно пересказывала Библию — и кажется, что именно это сформировало во мне неравнодушное отношение ко всему живому. Бабушка показала мне, что мир очень интересен, и привила мне увлечение всем непонятным и загадочным. То, чем я сейчас занимаюсь — эволюция хромосом и геномов, — это самая таинственная часть нашей жизни. Не зря Дарвин назвал превращение одного вида в другой «тайной из тайн».

Я полюбил животных уже в раннем детстве. Однажды в начальной школе учительница задала нам написать сочинение о том, кем мы собираемся стать. Я сдал короткий, на полстранички, рассказ о том, что я хотел бы быть зоологом или биологом-исследователем.

Я писал, что я люблю жизнь, мечтаю жить вечно и что мне очень жаль, что это невозможно. Закончил фразой, что жизнь — это моя радость

Меня радовал и завораживал именно животный мир, поэтому, честно говоря, ботанику в школе я не любил. Она казалась мне скучной. Поэтому учился я в основном на тройки, но, когда началась зоология, пошли сплошные пятерки. Мне нравились все, от простейших до млекопитающих. Когда летом после 6-го класса нам выдали учебник по зоологии, я читал его днями и ночами, как будто это увлекательный роман или сказка. Я везде брал его с собой и даже на прогулках сидел в сторонке и читал, чтобы выяснить, кто из животных больше, сильнее и как они устроены.

Узнав что-то новое, я проверял это на практике. Например, летом на даче, в местной канаве, я собирал икру лягушек, приносил ее домой, затем клал в банку или небольшой аквариум, наливал туда воду и добавлял растения. Потом, записывая все результаты в тетрадочку, я следил, как из икры вылупляются личинки и развиваются в головастиков. К сожалению, до лягушки у меня никто так и не дорос.

Мои родители были против того, чтобы заводить животных, поэтому я чаще всего приносил кого-то домой тайно

Как-то весной мы с другом залезли на дерево и достали из гнезда птенца. Я забрал его к себе, положил в корзинку и кормил хлебными крошками, смоченными в молоке. Он очень жадно их сжирал и постоянно гадил, поэтому мне приходилось всё время чистить его «гнездышко». Он жил под моим диваном, и родители даже не подозревали о его существовании. Однажды они попросили меня переночевать в другой комнате, а сами, как оказалось, начали красить в моей спальне пол. Это закончилось трагедией: от токсичных красок птенец умер на следующий день.

Меня очень впечатляли труды разных исследователей природы, я пытался подражать им и следовать по их пути. Среди моих кумиров были Бернгард Гржимек, Джой Адамсон и Джеральд Даррелл. В книги Даррелла я просто влюбился — он очень увлеченно, с юмором и любовью описывал свои наблюдения за зверями. Именно Даррелл организовал первый в мире зоопарк, который ориентируется на интересы животных, а не на прихоти людей. Вдохновившись его историей, я решил, что стану работником зоопарка, а если повезет, может быть, даже директором.

Когда настало время выбирать, куда поступать, я понял, что всю свою жизнь мечтал о биофаке. Родители же настраивали меня на медицинский факультет, потому что профессия врача казалась им более практичной. Они говорили: «Биология — это, конечно, интересно, но как потом жить? Чем зарабатывать?» Мне очень повезло, что в конце концов мама все-таки решила поддержать мое увлечение, и я поступил на биолого-почвенный факультет Томского университета.

«С помощью обычного комара можно выяснить, как возникает всё биологическое разнообразие на Земле»

После поступления я поставил перед собой цель хорошо учиться, потому что для меня уже сама возможность быть студентом была огромной ценностью. Поначалу было трудно: вся семья осталась в моем родном городе, в Павлодаре, а я оказался в Сибири, где никого не знал. В общежитии меня подселили к старшекурсникам, и в комнате, рассчитанной на четыре человека, нас было шестеро. Мои соседи по пятницам выпивали. Причем с алкоголем тогда были проблемы, поэтому иногда они вливали в себя одеколон, который предлагали и мне, но я отказывался. По ночам у нас часто был включен свет и играла музыка.

Я концентрировал внимание на радостях университетской жизни, старался использовать все возможности. Однажды я увидел объявление о бесплатных уроках гитары, пришел на прослушивание, и мне разрешили их посещать в обмен на то, что я буду петь в хоре. Это стало судьбоносным событием, потому что в хоровой капелле я познакомился со своей будущей женой Машей. Мы с ней часто говорили о науке, и это мотивировало меня много читать, чтобы всегда было чем с ней поделиться. Именно Маша привела меня в лабораторию к Владимиру Николаевичу Стегнию, моему будущему научному руководителю, который определил мой профессиональный путь.

Владимир Николаевич научил меня думать шире. Он показал, что в науке очень важно не только концентрироваться на одной узкой проблеме, но и постоянно задаваться вопросом, как то или иное открытие отразится на биологии в целом. Кроме того, он убедил меня, что интересны могут быть не только млекопитающие, но и насекомые, и я переключился с зоологии на энтомологию. Оказалось, что с помощью обычного комара можно выяснить, как один вид разделяется на два и как возникает всё биологическое разнообразие на Земле.

«Научные озарения дают очень мощный эмоциональный эффект»

Мой научный руководитель одним из первых в мире зафиксировал изменение пространственной организации хромосом комаров. Он сумел проследить, как меняется вся архитектура интерфазного ядра от вида к виду и как она трансформируется от одной ткани к другой в ходе развития организма. Это поразительно, потому что, согласно дарвиновскому взгляду, для изменений видов требуются сотни тысяч лет, а Владимир Николаевич понял, как это может происходить очень быстро, и опубликовал свои наработки еще в 1979 году.

Его теория не была абсолютно безошибочной, но главное не в этом. Она вдохновила меня, я начал формулировать собственные гипотезы и проверять их. Тогда я понял, что научные озарения дают очень мощный эмоциональный эффект — появляется невероятный драйв и желание делать всё больше и больше. Владимир Николаевич цитировал труды ученых XVII–XIX веков, и я осознал, что развитие науки бесконечно и, если внести свой вклад в исследования, можно стать частью истории.

Изучая вопрос эволюции, мой руководитель показывал на комарах, что хромосомы прикрепляются к ядерной оболочке определенными районами. Эти прикрепления разные у всех видов, но ДНК, которая отвечает за эти прикрепления, была неизвестной. Этому вопросу была посвящена моя кандидатская работа. Все эксперименты в университете мы ставили на плодовых мушках — дрозофилах, и комарах.

После окончания университета я стал младшим научным сотрудником и вёл летнюю практику для студентов. Мы ездили по селам, собирали насекомых, студенты делали хромосомные препараты, и я их оценивал. Мы ловили комаров в стеклянные пробирки: иногда просто подносили их к потолку, и они сами туда падали, а иногда использовали детский пылесос. Собранных комаров мы вытряхивали в садок — проволочный каркас, обтянутый марлей. Чтобы они могли попить, мы клали им вату, смоченную в сахарной воде. Для самок нужно было поставить чашку с водой, чтобы они откладывали туда яйца. Из них потом вылуплялись личинки, из которых тоже можно было сделать препараты хромосом.

«Я просто хотел, чтобы у меня появились условия для выполнения научного проекта»

В 1996 году я защитился и получил кандидатскую степень. У меня было огромное желание заниматься наукой, но в стране всё начало рушиться: ученым почти не платили зарплату, из-за отсутствия финансирования исследований было невозможно проводить запланированные эксперименты. Мне приходилось преподавать сразу в четырех местах в Томске, но у меня всё равно не было денег, чтобы содержать семью, и мы жили в плохих условиях. Я не оставлял надежды развиваться в науке, поэтому подавал на постдокторские позиции.

Постдок — это ученый, который получил кандидатскую или докторскую степень и хочет продолжить академическую карьеру. В 1999 году мой коллега показал мне одно объявление со словами: «Вот есть позиция, где нужен специалист по комарам. Особенно такой, кто знает хромосомы». Я написал письмо, со мной провели собеседование по телефону и взяли на работу в Университет штата Нью-Йорк в Буффало.

Перед переездом у меня были очень смутные представления о том, чего ожидать. Я не знал ни как организована наука в США, ни что нужно делать, чтобы преуспеть. Я даже не разбирался в американской системе измерений: дюймы, мили и фаренгейты были для меня так же непонятны, как и американский спорт. Не было никакого реального плана, я просто хотел, чтобы у меня появились условия для выполнения хорошего проекта, который можно было бы опубликовать и реализовать свой научный интерес. Я думал, что мне придется всего один год пожить в Америке, а потом я вернусь в Томск и куплю на заработанные деньги квартиру.

В итоге в первые годы в США все мои деньги уходили на аренду жилья и питание, поэтому я толком ничего не заработал

Кроме того, казалось, что в Америке я запросто смогу сразу воплотить все свои идеи, привезенные из Томска, но тогда у меня получилось это сделать только частично. Выяснилось, что большую часть времени нужно тратить на выполнение задач по финансируемому гранту, который получает руководитель. Поначалу мне поручили работу над африканскими комарами и мучными жуками, я разрабатывал для них молекулярные маркеры. Это участки генома или хромосом, которые очень вариабельны, то есть отличаются у разных особей. Маркеры поразительно быстро меняются, поэтому их можно использовать для изучения того, как популяция эволюционирует и чем одна популяция отличается от другой. Также я сравнивал двух африканских комаров: анофелеса фунестуса и анофелеса гамбия, главных переносчиков малярии в Африке. Фунестуса раньше никто не изучал, а я построил для него хромосомную карту и опубликовал об этом статью в журнале Genetics.

«На Амазонке мы ночью подкрадывались к козам и светили на них фонариком»

На одной из конференций я познакомился с Фрэнком Коллинзом. Он был руководителем проекта по секвенированию генома (определение нуклеотидной последовательности ДНК, ее побуквенное прочитывание. — Прим. ред.) африканского комара. Я показал ему все хромосомы, которые я изучал, и он сказал, что моя экспертиза идеально подойдет его жене, Норе Бизанской. Она предложила мне позицию постдока в своей лаборатории. Так я оказался в Университете Нотр-Дам, в двух часах езды от Чикаго. А Фрэнк взял в постдоки мою жену Машу.

Однажды Нора сказала мне, что надо бы съездить посмотреть на комаров в Африке

Мы поехали в Буркина-Фасо, в Уагадугу, втроем: Нора, студент Эндрю и я. Африка сразу меня поразила. Как только мы вышли из самолета, я почувствовал запах гари и дыма. Возникло ощущение, что вся земля там охвачена огнем. И наши африканские коллеги ходили в национальных одеждах, у них был очень резкий запах. Но они были невероятно дружелюбные и тепло нас встретили. Буркинийцы очень любят друг друга: они часто обнимаются, то и дело слышно, как они говорят «сава, сава» по-французски, радуются гостям. Я впервые увидел, что в бедной стране могут быть очень счастливые люди. Я больше никогда и нигде не встречал людей, которые настолько рады своей жизни.

Каждое утро вместе с африканскими коллегами мы ездили по деревням и собирали комаров. Местные живут в компаундах — это дома из глины, обнесенные общей стеной. В самом доме только спят, кроме подстилки на полу там ничего нет. Максимум — висит веревка, на которой развешана одежда. Вся посуда, приборы — на улице, там жители и готовят.

В компаундах содержат и коров, на которых слетаются комары и кусают людей

На моих глазах никто не умирал, но нам рассказывали, что многие семьи так потеряли своих детей. В основном летальный исход от малярии встречается у детей до 5 лет, поскольку у них нет иммунитета. Если ребенок пережил малярию, на всю оставшуюся жизнь он будет более-менее в безопасности.

Африканским странам тяжело развиваться: когда дети болеют, они не ходят в школы, люди не получают нормальное образование. Всемирная организация здравоохранения выдает местным жителям специальные сетки, опрысканные инсектицидами (химические средства, которые убивают насекомых-вредителей, их яйца и личинки. — Прим. ред.), под которыми можно спать.

Но эта сетка — самая дорогая вещь в их доме, поэтому они используют ее как угодно, но не для сна. Например, ловят с ее помощью рыбу

В Африке мы собирали комаров другим методом, уже не как в Сибири. Мы расстилали на полу большую белую простыню, разбрызгивали инсектициды на стены, и насекомые падали на пол. Потом выносили простыню на улицу, пинцетами подхватывали комаров и складывали их в пробирки. Мы брали с собой микроскопы и, как говорится, не отходя от кассы потрошили самок иголками, доставали из них яичники и фиксировали их в этаноле с уксусной кислотой.

Интересно, что во всех странах разный метод сбора комаров. Например, в Бразилии, на Амазонке, мы ночью подкрадывались к козам, светили на них фонариком, и, если комар садился на козу, мы раз — и схлопывали его пробиркой.

«Это огромный прорыв, сравнимый с первым полетом в космос»

Часть комаров из африканской экспедиции мы привезли с собой в Америку и на основе собранных данных построили новую сравнительную геномную карту африканских комаров с помощью молекулярных проб ДНК и опубликовали свои исследования в журнале Science.

Глобально всё это было нужно для решения двух вопросов. Первый — фундаментальный: чем один вид комара отличается от другого, как образуются новые виды. Второй — прикладной: как устройство генома комара позволяет ему переносить малярию и как это остановить. Дело в том, что, если мы знаем, как изменяются геном и хромосомы комаров, мы можем понять, как они адаптируются к условиям, созданным человеком.

Например, человек орошает участки земли, выращивает рис, ставит контейнеры с водой. Всего этого нет в природе, но комары приспосабливаются и начинают там размножаться. Они привыкают к близости человека и переходят с питания кровью животных к питанию кровью человека и заражают его.

В итоге у нас получилось секвенировать геном комара анофелеса гамбия и сравнить его с геномами других видов. В 2000 году Билл Клинтон объявил о секвенировании генома человека на правительственном уровне. Это был огромный прорыв, сравнимый с первым полетом в космос. В то время существовали всего единицы секвенированных геномов: в 2000 году также появился геном мухи дрозофила, через пару лет были просеквенированы геномы мыши, а потом — наш, комариный.

«Генные драйвы — это биологический инструмент, с помощью которого, например, можно сокращать природные популяции любых организмов»

Я был очень благодарен опыту, полученному в Нотр-Даме, но, поскольку я был постдоком, мне приходилось в основном выполнять задачи, которые передо мной ставил руководитель. Мне очень хотелось развивать свое направление, и единственным способом этого достичь было открытие своей лаборатории, поэтому я начал подавать свою кандидатуру в разные места уже на профессорские позиции. У нас с женой получилось устроиться в Политехнический институт Вирджинии, где мы до сих пор работаем профессорами кафедры энтомологии. Теперь 90% своего времени я занимаюсь исследованиями и 10% отвожу преподаванию.

По совместительству я дистанционно читаю лекции по геномике магистрам Томского университета

Между российскими и американскими студентами нет большой разницы. Единственное, что до сих пор меня удивляет, — это вера молодых американцев в свою правоту. В моей практике был случай, когда группа студентов отправилась в Африку, чтобы научить местных жителей бороться с болезнями, которые вредят урожаю. Они настаивали на том, что нашли растения, которые отпугивают вредителей. Когда я впервые услышал об этом, я подумал: неужели многие поколения людей, которые живут там тысячелетиями, до этого не додумались, а юные белые ребята сейчас за пару месяцев решат эту проблему. После этого я понял, что уверенность в том, что ты можешь изменить мир, — это главный двигатель прогресса.

Мне кажется, что одна из вещей, которые могли бы изменить мир, — это генные драйвы, технология, которая позволяет эффективно распространять мутации в популяции. Вместе с коллегой из Англии мы получили грант Фонда Билла и Мелинды Гейтс по разработке генетических методов борьбы с комарами.

Мы заявили, что создадим такой генный драйв, который сможет отличать «чужих» от «своих»

То есть он не будет нарушать границы видов: он уничтожит всех вредных комаров, которые переносят заболевания, а комары, которыми питаются птицы, лягушки и рыбы, останутся живы. Во многом это стало возможно потому, что тогда в Нотр-Даме мы секвенировали геном комара. Генные драйвы — это биологический инструмент, с помощью которого, например, можно сокращать природные популяции любых организмов. Поэтому в нашем университете есть комиссия по биологической безопасности, в которую я, к слову, вхожу. Каждый проект должен получить ее одобрение и выполняться строго по правилам.

«Комары на самом деле красивые: у них длинные ноги, они изящные»

Дальнейшую жизнь я тоже хотел бы посвятить комарам. Я продолжу выяснять причины гибридной стерильности, искать, какой ген отвечает за ее появление. Недавно мы с коллегами обнаружили, что огромные петли хроматина в ядрах отличаются в разных тканях, и мне хотелось бы выяснить, как они влияют на работу генов. Другой животрепещущий вопрос — я хочу узнать, какие изменения происходят в ядре клетки со временем, как она стареет.

Я до сих пор обожаю животных, и теперь у меня есть не только рыбки, но и собака

Еще у меня дома есть огромная коллекция диковинных вещей с комарами: всякие рисунки, статуэтки. Что-то я привожу из разных стран, что-то заказываю интернете, что-то мне дарят. Машин постдок нарисовал для меня комара на тыкве, другая коллега подарила мне кружку с комаром, а когда я был на энтомологическом конгрессе в Японии, я купил африканское полотно, на котором бисером вышит анофелес гамбия, самка.

Мои родственники иногда удивляются, что я могу купить железяку в виде комара, например, за 10 тысяч. Дело в том, что это очень редкие вещи. Если бабочек, стрекоз делают много, комаров встретишь нечасто, и я собираю их для удовольствия. Комары на самом деле красивые: у них длинные ноги, они изящные. В принципе, у них есть своя эстетика.

Обложка: личный архив Игоря Шарахова; IADA, Maruti Art / Shutterstock / Fotodom