Почему экология не имеет прямого отношения к загрязнению окружающей среды? Как она связана с эволюцией? Почему агрессия нужна для эволюции, но не всегда продуктивна? Зачем нам нужен стресс и как отличить «хороший» стресс от «плохого»? Об этом Сергей Валериевич Найденко, доктор биологических наук, профессор РАН, директор Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН рассказал "Научной России".
– Сергей Валериевич, большинство обывателей понимают экологию как загрязнение окружающей среды. Можем ли мы еще туда побросать грязи или уже достаточно? Но ведь экология – это совершенно другое.
– Вообще экология – это наука о взаимодействии организмов с окружающей средой. Причем в окружающую среду входят и другие организмы. Когда мы говорим «поведенческая экология», мы имеем в виду подобные взаимодействия организма со средой на уровне поведения животного, их изменения. В этот аспект не попадает ни мусор, ни другие загрязнения. Если смотреть на взаимодействие человека со средой, то мы, конечно, оставляем после себя различные отходы жизнедеятельности, и сегодня термин «экология» начинает все чаще употребляться в этом ключе. Но в строго научном смысле это не загрязнение окружающей среды, а, во-первых, наука и, во-вторых, о взаимодействии живого организма со средой.
– А каким образом связаны экология и эволюция в научном смысле?
– Одно без другого просто не существует. Экология изучает взаимодействие организма со средой, с живым окружением, но надо себе отдавать отчет, что оно же не остается неизменным. Оно постоянно меняется. Меняется на протяжении многих миллионов, даже миллиардов лет на протяжении эволюции нашей планеты. Соответственно, пытаться смотреть на это в каком-то статичном аспекте неправильно. Надо понимать, как это все сформировалось, почему именно так, куда это пойдет, если что-то будет меняться. Вот те же изменения климата, например, – что будет происходить с тем или иным видом? Так что одно без другого практически никак не существует. Приспособление к тому или иному типу питания, среде, например, зимняя спячка или, как Дарвин описывал, изменение формы клюва у разных вьюрков на Галапагосах.
– Сергей Валериевич, у вас очень много внимания в институте уделено фигуре Ивана Ивановича Шмальгаузена. Насколько я знаю, это оппонент Дарвина в каком-то смысле. Почему ему уделяется такое большое значение в вашем институте?
– Да, с Дарвиным у него были некоторые расхождения, но не поэтому мы чтим его память, а потому что Шмальгаузен был одним из директоров нашего института. А мы очень трепетно относимся к тем людям, которые возглавляли этот институт. У нас работали очень большие научные величины. Создавался институт Алексеем Николаевичем Северцовым, директором был также Владимир Евгеньевич Соколов. Это выдающиеся биологи. Я на этом фоне себя чувствую весьма неловко, но надеюсь оправдать оказанное мне доверие.
– Давайте поговорим о той научной сфере, в которой вы чувствуете себя как рыба в аквариуме. Знаю, что вы занимаетесь поведенческой экологией млекопитающих. В чем заключается эта работа, какие результаты достигнуты?
– У меня в жизни получилось три основных пути с некоторой сменой ориентиров в работе. Я начинал с того, что занимался чистой поведенческой экологией, изучением поведения млекопитающих, формирования его в онтогенезе, в первую очередь, на разных видах кошачьих, в частности на рыси евразийской. Мне, наверное, в каком-то смысле повезло, потому что, когда мы с рысью начали работать, мы описали достаточно уникальные явления для млекопитающих. В онтогенезе рысей, то есть в ходе их развития, маленькие детеныши, котята в возрасте около полутора месяцев начинают драться друг с другом и пытаться убить один другого. В результате погибали где-то порядка десяти процентов от детенышей, которые участвовали в этих драках. Еще больше получают травмы, причем травмы страшные – рваные раны, переломанные конечности. Это действительно было удивительно. Мы этого никак не ожидали.
– И это свойственно только рысям?
– Это свойственно из кошачьих рысям евразийским. Мы это описали впервые в 1994 году. Потом, в 2005 году, когда впервые начали разводить пиренейскую рысь, а на тот момент она считалась самым редким видом кошек в мире, испанцы начали их программу по воспроизводству в неволе для будущего выпуска. Выяснилось, что у них это явление тоже встречается, и даже чаще, чем у нашей рыси. Если у нашей примерно в пятидесяти процентах выводков с двумя-тремя котятами (у рыси больше обычно не бывает), то там практически в 95 процентах выводков, то есть практически в каждом выводке. Испанцы тогда на нас вышли абсолютно испуганные, просили помочь им понять, что происходит.
– И как вы объяснили?
– Тут как раз все понятно. Это явление происходит в период, когда котята потихонечку начинают переходить с материнского молока на твердый корм и, видимо, за этот твердый корм в том числе конкурировать. Они испытывают определенное ограничение в еде, потому что мать уже не способна материнским молоком удовлетворить их потребности в полном росте. И действительно в этот момент отмечается снижение темпов роста, а драки чаще идут в тех выводках, где снижение темпов роста четче выражено. В результате котята, видимо, выстраивают определенные иерархические отношения, и средством к этому служат драки.
– Почему тогда другие животные так себя не ведут?
– Это интересный вопрос. Из кошачьих, пожалуй, это действительно всё. Скажем, тигры, львы немножко раньше начинают переводить детенышей на мясной корм, подводить их к крупной добыче. Мелкие кошки таскают мышей в логово. Может быть, в этом причина, что у мелких кошек этого тоже не проявляется. Кроме того, у домашней кошки намного больше выводки. «Победить» одного и стать над ним доминантом проще, чем над восемью или девятью. Остальные-то еще живы и бодры, могут дать серьезный отпор. Рысь в этом смысле уникальный вид. Котенок, который драку выигрывает, начинает в росте достаточно быстро прибавлять. Кроме рысей, это описано у гиен, но у них это происходит в совершенно другом возрасте, сразу после родов. У домашней свиньи описаны агрессивные взаимодействия, но там четко за сосок, а рыси не привязаны к какому-то конкретному объекту.
– Может, они ревнуют? У людей это явление тоже наблюдается, иногда в патологических формах. И это связано с детской ревностью.
– Мы не видели, что они как-то пытались за маму конкурировать в этом конкретном случае. Вообще мы не понимаем, как срабатывает то, что называется триггером этого поведения. То есть зачем это, для чего это – вроде понятно. По крайней мере, есть разумное объяснение. А вот триггер… Потому что если вы реально на это смотрите, то видно, что ходят котята, они вроде бодрые и веселые, и ничего не происходит. А потом в какой-то момент вдруг один из них бросается на второго, а потом иногда и на третьего, если в выводке три котенка. Мы смотрели уровень изменения у них стероидных гормонов, например, другие вещи.
– Насколько агрессия важна для эволюции?
– Она необходима. Это способ победы над особями своего вида в конкуренции, в том числе за самку, за ресурсы. Другое дело, что в каждом конкретном случае существует, видимо, механизм, который принято называть trade off – соотношение получаемых «преимуществ» и «стоимости» определенного поведения. Это для нас осталось загадкой. Были случаи, когда один из котят начинал драку, более того, он ее выигрывал, калечил однопометника, но и сам получал такие травмы, что доминантом в выводке становился, например, третий котенок, который в драке вообще не участвовал. Получается, что драться не очень выгодно.
– Что вы делаете, когда они дерутся? Просто наблюдаете?
– Мы обычно стараемся подобные драки пресекать. Мы работаем в основном с животными в неволе, и доводить до ситуации, когда один из котят убьет другого, конечно, неправильно.
– Вы их разнимаете?
– Разделяем на время. Самое сложное в этой ситуации – убрать мать.
– А как мать себя ведет в этой ситуации?
– Мать ведет себя очень интересно. Она на это практически не реагирует. Но до того момента, пока один из котят не подаст голос. Как только один из котят подает голос, мать немедленно бросается и начинает их разнимать зубами и лапами, раскидывать этот комок. В большинстве случаев, пожалуй, успешно. Хотя были случаи, когда мама убивала котенка, потому что она слишком сильно действовала. Иногда котенок-агрессор пытается тут же драку продолжить и снова нападать, нападать, нападать. В такой ситуации мы их разделяем, как правило, на несколько дней.
Сложность заключается в том, что они еще питаются молоком матери в большей степени. Поэтому еще и маму перегоняем от одного котенка к другому.
– Какие еще интересные результаты у вас имеются?
– Так получилось, что мы довольно долго работали с немецкими коллегами, с Институтом исследований в дикой природе в зоопарках. Начиналось все с изучения репродуктивной биологии рыси, поскольку у нас очень хорошая колония животных в Черноголовке. Благодаря немцам мы освоили работу по неинвазивному мониторингу гормонов у животных, стероидных гормонов в первую очередь. Это измерение гормонов в самых разных средах, не только в крови.
– В крови – это нельзя назвать неинвазивным методом.
– Есть неинвазивный метод. Я даже соавтор в одной из публикаций на эту тему. Правда, не я его разрабатывал. Кровь берется с помощью тропических клопов. Дело в том, что пиренейская рысь в неволе очень любит находиться на специальных лежанках из коры пробкового дерева. В ней делали небольшую дырочку, запускали туда клопа, закрывали его сеткой. Рысь подходила, ложилась. Клоп кусал, рысь сгоняли аккуратно, забирали клопа и выкачивали из него кровь.
– Этот метод инвазивный для клопа. Может, людям тоже надо так кровь брать?
– Можно попробовать. Но надо помнить, что клоп-то не на анализ кровь собирает. Он собирается ее переварить. Поэтому надо еще вовремя из него кровь выкачать. Тем не менее такой способ, наверное, малоинвазивный.
– Что вы еще используете, кроме крови?
– Мы работаем практически со всеми средами. Можем мерить гормоны в моче, в экскрементах животных, в волосах и в слюне. А дальше все зависит от того, какой вид мы выбираем, какая цель поставлена. Для целого ряда неинвазивных методов требуются валидационные эксперименты. Это тоже непросто, потому что, если ты пытаешься, например, работать с тигром, то надо на тигре провести проверочный тест. Но когда ты придешь в зоопарк, тебе сразу откажут, потому что не хотят никаких экспериментов с их животными. Сложно получить доступ к таким животным. Но как-то исхитряемся. В случае с тигром была перевозка из зоопарка в зоопарк. Четыре часа на вертолете. Это та самая стрессовая ситуация, а мы потом пытаемся мерить глюкокортикоиды, гормоны стресса в экскрементах.
– То есть вы искусственно создаете стресс и меряете уровень гормонов?
– Нет, мы не создавали эту ситуацию. Это была запланированная перевозка тигра. А мы просто подстраивались. Или как с белым медвежонком, которого изловили в природе, он приехал в Московский зоопарк, мы собирали у него экскременты с момента, когда он прилетел. Понятно, что он стресс испытал. А потом ему надо было лечить зубы. Это опять обездвиживание, опять стресс. Опять удачные для нас обстоятельства. Мы освоили такие методики с самыми разными видами. Это не только кошачьи. С белухами у нас хорошая работа, сейчас готовим к публикации. С копытными есть, с зубрами. Сейчас с волком начали.
Но в первую очередь, конечно, кошачьи – тигр, леопарды дальневосточные. Начиная от технических работ, где мы оценивали лучший способ экстракции для получения лучшего результата, до выявления тех факторов, которые негативно влияют на состояние тигров. Неожиданно для нас оказалось, что фактором, который работает везде, является температура окружающего воздуха. Тигр, несмотря на то что живет на Дальнем Востоке и при температурах до минус 40 градусов, видимо, как вид, сформировавшийся в Юго-Восточной Азии, все равно демонстрирует увеличение уровня глюкокортикоидов, или стресс-ответ на очень низкие температуры.
– Выходит, если холодно, у него всегда возникает стресс?
– Да, и это начинает работать очень четко где-то с температуры от минус 10 градусов. Если ниже опускается, то очень заметно. Сначала сравнивали тигров таким образом в Московском и Новосибирском зоопарках. Выяснили, что в Новосибирском уровень глюкокортикоидов гораздо выше. Сначала думали, что, может, это связано с числом посетителей, а потом выяснилось, что скорее нет, именно с температурой воздуха. Потом провели подобные эксперименты в природе, где собирали экскременты в Уссурийском заповеднике. Потом хотели сравнить, где же все-таки тигры более стрессированы – у нас или в Индии. Исходили из посыла, что у нас, особенно в зимний период. Оказалось, что нет. Все наоборот.
– А почему?
– Я это понял, когда посмотрел, как тигры живут в Индии. Индийские национальные парки – это небольшие участки территорий, почти закрытые зачастую, окруженные полями. Тигры живут там на участках обитания раз в десять, в пятнадцать, двадцать меньше, чем в России. Больше биомасса, то есть больше доступ к корму. Не надо иметь большой участок, не надо много ходить. С этим все понятно. Но в то же время туда едут туристы в огромном количестве. Это определенный стресс-фактор.
Второй фактор – плотность тигров гораздо выше, значит, частые контакты с конспецификами, то есть с особями своего вида. Они у тигров не особенно доброжелательные. Самцы практически всегда дерутся между собой. Самки тоже могут драться, да и самцы с самками тоже не всегда мирно сосуществуют.
У нас в этом смысле, поскольку участки обитания гораздо больше, плотность гораздо ниже, эти два фактора в комплексе держат уровень глюкокортикоидов у тигра в Индии гораздо выше, чем у нас.
– К каким последствиям приводят эти постоянные стрессы?
– Вообще стресс и высокий уровень глюкокортикоидов могут негативно влиять на репродуктивную систему организма. Это описано на самых разных видах животных. Похоже, на тигре это тоже работает. В одной из наших работ в Индии, когда прослеживали отдельных особей с радиомаяками, стало понятно, что, например, животные, которые ближе подходят к человеческому жилью, хуже размножались. Там, где человеческое жилье подальше, стресса меньше, все нормально с репродукцией. Размножение – это то, что бросается в глаза. Ну и, кроме того, это долгосрочный, хронический стресс, который может приводить к снижению активности иммунной системы, ухудшению пищеварения и так далее.
– Понятно, что не так страшен сам стресс, как неустойчивость к нему. Есть люди, которые живут в состоянии постоянного стресса, но бодры, здоровы, доживают до глубокой старости, не болеют раком и так далее. Эти люди устойчивы к стрессам. Что в животном мире? Есть ли такие закономерности?
– То же самое. Идет достаточно четкое индивидуальное разделение. Животные по-разному переносят стрессы, и лучше выживают те, которые лучше к нему приспособлены. Например, у дальневосточного лесного кота очень сильно выражен половой диморфизм. Там самец значительно крупнее, чем самка. Для самки это определенное стрессовое взаимодействие. Но оказалось, что реагируют совершенно по-разному.
А вообще мы часто трактуем стресс как нечто сугубо негативное. Это неправильно. Стресс – это реакция организма на внешнее воздействие. Стресс нам необходим. Те же самые глюкокортикоиды, основные гормоны стресса, способствуют мобилизации ресурсов организма. Если вы увидели тигра, вам нужен стресс, чтобы куда-нибудь бежать быстрее и дальше. Без этого никак. Но одно дело, если это разовая акция, и вот от такого стресса почти одна только польза. Он способствует вашему выживанию.
Другое дело, если вы все время бежите от тигра. Или все время ходите на нелюбимую работу. Если вы действительно реагируете на это, развивается стресс-ответ, и у вас постоянно высокий уровень глюкокортикоидов. У каждого, замечу, он свой. В общем, все ресурсы организма направлены на то, чтобы как-то отвечать на этот вызов. А ресурсы организма не безграничны. И тут начинаются проблемы опять с иммунитетом, с половой системой, с пищеварительной. Хронический стресс – это то, что нас убивает. А разовый стресс – это то, что способствует нашему выживанию.
– Интересно. А какое третье направление вашей работы?
– Мы с 2008 года начали под руководством академика Вячеслава Владимировича Рожнова большие проекты по изучению редких видов животных – тигра, леопарда, белого медведя, белухи. Сейчас это все расширилось. С кем мы только не работали. Это и дзерен, манул, нерпы, моржи. Когда мы начинали такие комплексные проекты, был только тигр. Это было прослеживание с помощью спутниковых ошейников, перемещения и взаимодействие со средой, питание, оценка плотности с использованием фотоловушек, оценка физиологического статуса животных, в том числе и неинвазивными методами. Всплыл вопрос, что надо еще смотреть на распространение патогенов, вызывающих заболевания животных в дикой среде.
Оказалось, что в тот момент у нас в стране не было никого, кто бы этим занялся. А поскольку методика определения серопозитивности у животных методом ферментного анализа крайне сходна с тем, что мы делаем с гормонами, то мы решили этим заняться и занимаемся до сих пор. Смотрим, чем болеют животные, где, какое заболевание превалирует, насколько это опасно для популяции. Наверное, наиболее долгосрочная работа в этом плане у нас с амурским тигром на Дальнем Востоке Российской Федерации. Мы тестируем тигров на 15-16 разных патогенов. Это и вирусные, и бактериальные, и простейшие, и многоклеточные, как, например, трихинелла. Смотрим, что же из этого наиболее опасно. В частности, мы находили животных, мирно живших на протяжении полутора-двух лет, у которых обнаруживались антитела к вирусу чумы плотоядных. Это может говорить как о перенесенном заболевании, так и просто о контакте с патогеном. Но, судя по титру антител, там переболевали звери, но смертность была не стопроцентная. Может быть, 50 на 50. Плюс еще штаммы меняются, как и у нынешнего ковида.
– Насколько опасна для них эта инфекция?
– Достаточно опасна. Недавно вышла книга, одна из глав в которой так и называется: «Вирус чумы у плотоядных – это ковид-19 для кошачьих». Мы в 2015 году впервые описали случай гибели дальневосточного леопарда от вируса чумы плотоядных. Это практически не лечится в неволе.
– Что вы делаете с этой информацией, когда получаете данные о болезни животных? Пытаетесь их лечить, создаете вакцины?
– Есть поддерживающая терапия. Второе – мы рекомендовали для тех тигров, которых возвращают в дикую природу, предусматривать вакцинацию от вируса чумы плотоядных. Вакцина существует. Она была сделана для собак, но вполне нормально работает, способствует выработке антител у кошек. Ну и третье: мы сделали работу с американскими коллегами по моделированию ситуации на юго-западе Приморья, в ходе которой изучали изолированную популяцию амурского тигра, которая насчитывает от тридцати до сорока животных по разным оценкам. На этой основе мы прикидывали, что же можно сделать, чтобы уменьшить риски выживания этой популяции. Одно из предложений было, что если раз в году вакцинировать хотя бы одного зверя, например, в ходе отлова для научной работы, то это достаточно сильно снижает риск исчезновения группировки. Это пока нереализованная идея, но в планах эту идею осуществить.
– А обычным человеческим ковидом они не болеют?
– Мы проводили такую работу и видели, что даже среди бродячих кошек появляются животные с антителами к ковиду. Было показано, что кошки и собаки ковидом заражаются. У собак он проходит практически бессимптомно. А кошки болеют реально, у них развивается клиническая картина ковида. Более того, в США, по-моему, в Нью-Йорке, в 2020 году был описан случай заболевания тигров в зоопарке. Они заразились от служителя. Пока летальных случаев среди кошачьих я не знаю. Но заболевание есть, на его фоне развивается кашель, поражение легких видно на КТ. Одним словом, вирус распространяется и среди животных. Но нет ни одного случая в мире заражения от кошки или собаки. Похоже, что обратно вирус человеку не передается. Поэтому бояться наших домашних мурок не надо.
– Давайте скажем о ваших перспективных планах, новых идеях.
– Главное в моих планах связано с тем, что я стал во главе лучшего в стране биологического института. Это большая ответственность. Очень бы хотелось, чтобы после того как я из директоров уйду, он бы так лучшим и остался. А для этого, как ни крути, недостаточно того, чтобы просто его хранить. Его надо развивать. Наука не стоит на месте, она эволюционирует, но очень быстро. Надо смотреть на перспективные направления исследований. Сейчас мы с большим увлечением смотрим, что делать с ДНК в окружающей среде. Как она может быть использована для мониторинга экосистем и для обнаружения редких видов. У нас есть лаборатории, занимающие лидирующие позиции в мире. Есть ребята, которые публикуются в «Science», «Nature». Такие лаборатории хотелось бы поддерживать всеми силами и направлять молодых ребят, помогать им, тем самым развивая институт.
Беседу вела Наталия Лескова
Фото: Андрей Луфт
Видео: Алексей Корноухов