Евгений БАЛАКИРЕВ – о времени, о науке генетике и о себе

 

Евгений Станиславович БАЛАКИРЕВ

Опытнейший специалист в области эволюционной генетики – Евгений Станиславович БАЛАКИРЕВ, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ННЦМБ ДВО РАН), помимо прочих научных заслуг недавно стал лауреатом премии имени академика В.Л. Касьянова за цикл работ «Генетика сохранения морского биоразнообразия». «Моё участие в конкурсе не преследовало достижения какой-то очередной ступени в моей деятельности, это другое – дань памяти выдающегося учёного и уважаемого человека – Владимира Леонидовича Касьянова», – заметил Евгений Станиславович.

Какой он? Внимательный, доброжелательный, тонко чувствующий, остроумный, приятный собеседник. Постоянно в деле, в его лаборатории стопки бумаг в человеческий рост – научные заделы – лежат прямо на полу, ждут своего часа. Но, несмотря на свою занятость, Евгений Станиславович нашёл время для нашей беседы о науке, о времени и о себе. Спасибо ему.

– Я родился в 1957-м году – рассказывает о себе Евгений Станиславович. – Мне 63 года, местный – из Владивостока. Отец Станислав Павлович Балакирев рано ушёл из жизни. Семью поднимала мама Серафима Дмитриевна Балакирева (Куренкова), учитель начальных классов, отдававшая много сил своим ученикам. Дедушка и бабушка были всегда рядом, но поскольку и у них забот было немало, часто я оставался в одиночестве.

Книги были моими друзьями, учителями и воспитателями. Недалеко от нашего дома на ул. Ленинская, 135 (ныне – Светланская) располагался замечательный букинистический магазин. Ещё не умея читать, я часто бывал там с мамой. Мне нравилось рассматривать книги. Яркое детское воспоминание – книжные полки с большим количеством самых разных книг с красивыми и строгими корешками и обложками.

Как я пришёл в науку

В начале 1960-х годов мой дедушка (по происхождению – крестьянин из села Высокое, близ Рязани, а впоследствии – плотник и шофёр) построил дом в районе 12-го километра (ныне – фабрика Заря), и мы переехали туда жить. В те же годы строился Академгородок, и в наш лес (сейчас он называется парк имени профессора Б.В. Преображенского, а в те годы это была настоящая тайга) изредка привозили строительный мусор, среди которого встречалась химическая посуда. Найти почти целые колбы и стаканчики считалось большой удачей среди местной детворы, любившей проводить различные химические «опыты».

Стремление к науке сложилось в первую очередь из любви к природе, отчасти, как мне думается, заложенной в генах, а также из чтения книг, проведения «опытов» и, конечно, воспитания близких родственников, впитавших и сохранивших древние русские традиции нравственного отношения к окружающему миру.

В школу приходилось ходить далеко, ближайшая была в бывшей военной казарме. Идти туда надо было километра три по дороге, уходящей в лес направо от остановки фабрика Заря. Школьных автобусов, конечно, не было, а были свои быстрые ноги и прекрасная природа вокруг, а также молоко и булочки, которые нам бесплатно раздавали прямо в классе (школьной столовой не было). Проблема была не в расстоянии, а в нехватке учителей и их квалификации, как в начальной школе, так и в средней, расположенной в районе Второй Речки, куда я тоже ходил пешком.

В возрасте 10-12-ти лет я увлёкся аквариумом, разводил рыбок. Это была заметная нагрузка для семейного бюджета, поскольку рыбок нужно было покупать на рынке, соответственно и цена была рыночная. Тем не менее, видя мою целеустремлённость, мама подарила мне книгу «Подводный мир в комнате» (автор – Федор Михайлович Полканов), где в пятой главе («Мы создаём новое. Селекция и генетика») довольно подробно рассматривались законы Г. Менделя и принципы селекционной работы. Соответственно, к школьным предметам особого интереса не было, всё моё внимание было сосредоточено на разведении и гибридизации аквариумных рыбок.

Куда поступать после школы – вопроса не было, конечно, в ДВГУ, на биологию. Но трудно было подготовиться к экзаменам (все силы отданы рыбкам, но не школьным предметам). Помог приятель – сосед, годом раньше поступивший на ФРЭП в Политехнический институт. У него брал книги по математике и химии и занимался от заката до рассвета. Подготовился и поступил в Дальневосточный государственный университет на биологический факультет, который успешно окончил со средним баллом 4,8.

События, повлиявшие на мою жизнь

В 1974 году, вскоре после поступления в университет, я познакомился с заведующим специализацией генетики при кафедре зоологии, доктором биологических наук, профессором Николаем Николаевичем Воронцовым, известным учёным, директором Биолого-почвенного института ДВНЦ АН СССР. Я пришёл к нему сразу после «абитурской картошки» и сказал, что хочу заниматься генетикой рыб. Он ответил: «Молодец! Я научу тебя делать матрасики для сбора божьих коровок». В то время (сентябрь – октябрь) у здания ДВГИ шёл лёт божьих коровок, а это интересный объект, потому что характер популяционной изменчивости по рисунку надкрылий не соответствовал менделевским закономерностям.

Мы несколько раз встретились с Николаем Николаевичем, обсуждая результаты моих «полевых работ», но вскоре он уехал в Москву и не вернулся. Это произошло в результате сложных отношений с руководством Приморского КК КПСС. Впоследствии Н.Н. Воронцов стал первым министром природопользования и охраны окружающей среды СССР. Много позже, в 1993 году, мы встретились с Николаем Николаевичем в Калифорнийском университете, где он давал лекцию по экологии России. Взаимодействие с Н.Н. Воронцовым многому меня научило и сформировало важные ориентиры для последующей научной работы.

Первые два года учёбы в университете я искал область науки, ближайшую к предмету своих генетических интересов, и нашёл – цитологию. Заведовал кафедрой цитологии ДВГУ в те годы член-корреспондент (с 1987 года – академик) АН СССР Алексей Викторович Жирмунский, директор Института биологии моря ДВНЦ АН СССР, совершенно выдающийся человек. Он здоровался за руку со студентами, знал их по именам. Я был стеснительным и малообщительным студентом, и Алексей Викторович стал привлекать меня к подготовке докладов и публичным выступлениям, что помогло мне развить навыки научной коммуникации. После нескольких моих докладов Жирмунский похвалил: «Женя, ты начинаешь что-то более-менее внятное говорить!». Много позже, уже работая в Институте биологии моря, когда я сделал доклад по материалам кандидатской диссертации (1987 год), Алексей Викторович поручил мне читать курс «Общая генетика и селекция» для студентов-биологов, который был закреплён за его кафедрой. Вскоре добавился общий курс «Математические методы в биологии» и спецкурс «Молекулярная эволюционная генетика», которые я периодически читал до 2007 года. С 2018 года моя педагогическая деятельность возобновилась. По приглашению директора Школы биомедицины (ДВФУ), доктора биологических наук, профессора Юрия Степановича Хотимченко я начал читать курс медицинской генетики.

Первые две курсовые работы по полиплоидии клеток печени у крысы и клеточному составу пищеварительного тракта у морских ежей я выполнил под руководством сотрудника (впоследствии заведующего) кафедры цитологии Алима Петровича Анисимова – талантливого исследователя и преподавателя. Однако интерес к генетике не утихал, и, видя мои переживания, Наталья Павловна Токмакова (также сотрудница кафедры цитологии) подарила мне книгу Леонида Ивановича Корочкина «Взаимодействие генов в развитии» и посоветовала не забывать свою главную мечту. Именно Наталья Павловна помогла мне удержать свою генетическую линию, за что я ей глубоко признателен. Подаренную книгу я прочитал и впоследствии исследовал близкие феномены взаимодействия генов, сформулированные Л.И. Корочкиным в основном для клеточного и тканевого уровня, но уже на нуклеотидном уровне, работая в лаборатории выдающегося биолога современности Франциско Хосе Айалы. С Л.И. Корочкиным мы встретились лично значительно позже. В 2005 году я защищал докторскую диссертацию в Институте общей генетики (Москва). Он был одним из моих оппонентов.

Евгений БАЛАКИРЕВ в лаборатории UCI. 2004

На пятом курсе я учился на индивидуальном плане по специальности «Генетика». Большой практикум по цитологии был заменён на освоение генетических методов, которое проходило в лаборатории генетики Института биологии моря (ИБМ) ДВНЦ АН СССР. Теоретические курсы по эволюционной, популяционной и биохимической генетике читали признанные авторитеты в этих областях: доктор биологических наук Лев Анатольевич Животовский (Институт общей генетики РАН, Москва), доктор биологических наук, профессор Леонид Зиновьевич Кайданов (Ленинградский государственный университет) и доктор биологических наук, профессор Олег Леонидович Серов (Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск). Важную роль в организации этих лекций и приглашении лекторов сыграл заведующий лабораторией генетики ИБМ, доктор биологических наук Александр Иванович Пудовкин.

Руководителем моей дипломной работы был кандидат биологических наук Геннадий Петрович Манченко (к несчастью, рано ушедший из жизни) – совершенно замечательный человек, талантливый не только в науке, но и в искусстве. Он замечательно пел и создавал удивительные образы из дерева, самостоятельно освоив искусство резьбы. Мои две курсовые работы были по цитологии, а диплом я писал по генетической тематике. Конечно, было трудно. В мае 1978 года я уехал на биологическую станцию «Восток» и работал там до октября, собирая генетический материал по аллозимной изменчивости локусов GOT, MDH и SOD у морских беспозвоночных животных. В итоге получилась приемлемая дипломная работа, которую я успешно защитил и с сентября 1979 года по приглашению А.В. Жирмунского начал работать в лаборатории генетики Института биологии моря.

Празднование «Дня моря» на биостанции «Восток». Геннадий МАНЧЕНКО (в центре), Евгений БАЛАКИРЕВ (справа). 1980-е годы

Вместе с Г.П. Манченко мы опубликовали около 20 статей в журнале «Генетика» (на русском языке с резюме – на английском). В те годы методически наши работы не уступали зарубежным. В нашей области уровень выполненной работы обычно определялся по числу использованных маркёров. Мы применяли 10-20 маркёров, что соответствовало высокому мировому уровню. Тем не менее, разница проявлялась в теоретическом плане, что объяснялось отсутствием у нас достаточной базы научной литературы.

С 1985 года существенно сократилось поступление реактивов и оборудования в наш институт (началась «горбачёвская перестройка»). К этому времени, к счастью, я успел собрать весь необходимый материал для кандидатской диссертации и занимался его анализом под руководством А.И. Пудовкина. В январе 1988 года диссертация на тему «Популяционная генетика мидии Грея» была успешно защищена на кафедре генетики Ленинградского государственного университета.

В девяностые годы, когда в силу недостаточного обеспечения приборами и реактивами, серьёзно заниматься генетикой в России стало чрезвычайно затруднительно, появилась идея наладить связи с зарубежными коллегами. Вот тут мне помогли статьи, опубликованные с Г.П. Манченко в журнале «Генетика» и ещё одно важное обстоятельство. Так случилось, что в 1978 году, на XIV Международном генетическом конгрессе в Москве известный генетик-эволюционист Франциско Хосе Айала (ученик и последний аспирант советского, а впоследствии знаменитого американского генетика профессора Феодосия Григорьевича Добжанского) пригласил к сотрудничеству молодых генетиков из Советского Союза (и, в частности, из нашего института). Советская генетика в те годы была самодостаточной, предложение практического отклика не нашло и на время было забыто, но в начале 90-х годов о нём вспомнили и, соответственно, напомнили Ф.Х. Айале о его приглашении. Получив согласие, я поехал заниматься наукой в США (отделение Калифорнийского университета, Ирвайн).

Первая попытка (21.01.1993 – 13.08.1993) оказалась трудной и произвела на меня довольно сложные впечатления. Американский вариант межличностных производственных отношений был мне неясен, что, конечно, являлось причиной целого ряда досадных недоразумений. Я занимался проверкой качества рестриктазных ферментов для клонирования. Эта задача, как впоследствии оказалось, не имела прямого отношения к науке, но была необходима для лаборатории. Тем не менее, на базе этого материала мне удалось разработать новый и простой метод для нахождения порядка взаимного расположения фрагментов и определения относительного положения сайтов рестрикции при построении парных рестрикционных карт линейных и кольцевых молекул ДНК. Мой метод обладал рядом преимуществ по сравнению с традиционным методом перебора, о чём я подробно изложил позднее (1995 год) в журнале «Генетика».

Вторая попытка (21.05.1995 – 09.09.1996) была ещё труднее, чем первая. Учитывая сложности первой командировки, Ф.Х. Айала пригласил меня вместе с семьей (женой и двумя детьми), но сохранил стипендию примерно на уровне первого визита. Через полгода мы поняли, что не сможем приобрести новые билеты обратно в Россию, если у нас истечёт срок годности наших билетов, которые были исходно приобретены в оба конца (в США и обратно в Россию). Мы не предполагали надолго оставаться в США, поэтому моя семья улетела в Россию, а я остался на некоторое время, чтобы завершить исследование.

Евгений БАЛАКИРЕВ в лаборатории ДНК. Калифорнийский университет. 2007

Несмотря на трудности, именно в этот период были получены первые важные данные по нуклеотидной изменчивости и межлокусным взаимодействиям дупликации Est-6 – Est-P у плодовой мушки Drosophila melanogaster и опубликована первая статья в престижном генетическом журнале «Genetics» (1996 год). Впоследствии на основании этих данных была сформулирована и опубликована в журнале «Annual Review of Genetics» концепция «функциональных псевдогенов» (Balakirev and Ayala, 2003). Позже эта концепция вошла в перечень из 70 наиболее крупных достижений, приводящих к смене общепринятых парадигм в эволюционной биологии и генетике за последние 150 лет со времён Дарвина и Менделя, составленный всемирно признанным авторитетом в эволюционной генетике, академиком Джоном Эвисом (John C. Avise «Conceptual Breakthroughs in Evolutionary Genetics: A Brief History of Shifting Paradigms», 2014).

В перерыве между заседаниями конференции: Уолтер ФИТЧ, Джон ЭВИС, неизвестная студентка, Франсиско АЙАЛА, Дениз ЧИЛКОТ, Евгений БАЛАКИРЕВ, Андрей ТАТАРЕНКОВ. UCI, 12 марта 2007

Наконец, с третьей попытки (31.08.1997 – 09.03.1998) мне удалось объяснить Ф.Х. Айале, что я не собираюсь эмигрировать в США, а хотел бы наладить лишь взаимоприемлемое сотрудничество с его лабораторией. Я объяснил ему, что в России не было возможности заниматься сложной молекулярной биологией, лучше это делать в США. Со статьями наоборот: я быстрее писал их дома в России. Таким образом, если раньше (до «перестройки») я летом работал в экспедиции на биостанции «Восток», а зимой писал статьи во Владивостоке, то после «перестройки» я зимой стал ездить в экспедицию в Калифорнийский университет (летом там очень жарко), а летом писать статьи в России. Этот режим устроил Ф.Х. Айалу, и последующие 18 лет мы его придерживались. Мои экспедиции в Калифорнийский университет закончились после сезона 2015 года, в связи с уходом Ф.Х. Айалы на пенсию (ему тогда был 81 год). Однако и после 2015 года мы продолжали и продолжаем до сих пор писать совместные статьи (их уже не менее 40). «Живучесть» нашего сотрудничества объясняется во многом удивительной деликатностью и мудростью Ф.Х. Айалы, который смело поддерживал все мои инициативы и никогда не вмешивался в исследовательский процесс до практически готовой рукописи.

День рождения Ф.Х. АЙАЛЫ. Сидят: Франциско Хосе АЙАЛА, Джон ЭВИС, Евгений БАЛАКИРЕВ. Стоят: Ян КВЯТОВСКИЙ, Андрей ТАТАРЕНКОВ. Калифорнийский университет, 2010

О В.Л. Касьянове

Впервые Владимира Леонидовича Касьянова я увидел на биостанции «Восток» в конце 1970-х годов. Тогда он ещё не был директором института и доктором наук, только защитил кандидатскую диссертацию. Это был молодой, жизнерадостный человек. На всех праздниках он играл какую-либо роль – веселил всех умело и талантливо. Он мог умно пошутить, объединить компанию, рассказать интересную историю. В начале 1980-х мне, стажёру-исследователю нужно было произвести сложные расчёты, и Владимир Леонидович без лишних разговоров предложил мне свой дорогой профессиональный калькулятор, который он недавно приобрёл в США. Именно на этом калькуляторе я научился программировать и выполнил все основные расчёты для будущей кандидатской диссертации (компьютеров тогда ещё не было).

Прошли годы, В.Л. Касьянов стал директором Института биологии моря, изменился. Будучи заведующим лабораторией генетики, я присутствовал на этих бесконечных заседаниях дирекции, совещаниях, которые проводил В.Л. Касьянов, и намного лучше узнал его. Владимир Леонидович «рулил в бушующем море» 90-х годов, спасая институт, он был очень ответственным человеком и руководителем.

В то время В.Л. Касьянов по совместительству занимал должность директора Академии экологии, морской биологии и биотехнологии ДВГУ. Как-то он подошёл ко мне и предложил поучаствовать в программе «Интеграция науки и образования», помочь университету создать лабораторию генетики – «денег очень мало, но дело почётное». Я подумал… и согласился. Я любил студентов, мне было интересно сделать с нуля лабораторию. И потом хотелось подольше оставаться в России и быть полезным университету. Для новой лаборатории я предложил название: «Лаборатория исследований геномов морских организмов», которое В.Л. Касьянов сразу поддержал.

Как оказалось, создание лаборатории в университете было непростой задачей. Для её решения в первую очередь были нужны помещения. Но свободных помещений нет, позже выяснилось, что за них идёт нешуточная борьба. Потом пришла пора заказывать оборудование и реактивы, а это был 2001 год! Всё было трудно и медленно. Но дело было сделано. Пришли сотрудники и студенты, начались исследования. Однако вскоре после трагической гибели В.Л. Касьянова в 2005 году исследовательскую лабораторию переформатировали в учебную, а меня, благодаря академику Андрею Владимировичу Адрианову (директор ИБМ после В.Л. Касьянова), снова перевели в родной Институт биологии моря.

Е.С. БАЛАКИРЕВ на конференции, посвящённой памяти В.Л. КАСЬЯНОВА. 2015

Природоохранная генетика

Возвратившись после первой поездки из США (в 1993 году), мне кто-то из лаборатории передал объявление о том, что фонд Джона и Кэтрин Макартур объявил конкурс проектов на 1994 год. В это же время меня активно агитировал заниматься камчатским крабом мой давний приятель по ДВГУ, Виктор Яковлевич Федосеев (к несчастью, очень рано ушедший из жизни), в связи с тем, что многие популяции краба стремительно теряли свою численность. Я написал проект на тему «Анализ и восстановление генетических ресурсов камчатского краба Paralithodes camtschaticus: молекулярно-генетический подход», и выиграл соответствующий грант. Так началась моя работа по природоохранной генетике.

Анализ генетической изменчивости на базе 92 аллозимных локусов (Балакирев и Федосеев, 2000а, 2000б; 2001) выявил чрезвычайно низкую внутривидовую изменчивость у камчатского краба (в три раза ниже, чем усреднённое значение этого показателя у ракообразных). Совокупный анализ данных по репродуктивной биологии, генетике и методам промысла краба помог разобраться, что главной причиной снижения численности, вероятно, является селективный промысел крупных самцов. Дело в том, что для камчатского краба (как и многих других ракообразных) характерна положительная ассортативность – зрелые женские особи отдают предпочтение крупным самцам при спаривании, но именно таких самцов изымает из популяции мощный пресс промысла. В результате, многие самки остаются неоплодотворёнными (до 20-40% в некоторые годы), что ведёт к снижению эффективной численности, инбридингу, снижению генетической изменчивости и, как следствие, снижению приспособленности и численности популяций.

Биологически более обоснованным представляется такой вариант селективного промысла, при котором, не увеличивая объёма вылова, будут изыматься не только крупные, но в определённых количествах и маломерные самцы и самки (Балакирев и Федосеев, 2000б). Вредоносность селективного промысла крупных самцов у других видов крабов была показана американскими и японскими исследователями. Тем не менее, правила рыболовства не изменились ни в России, ни в США, ни в Японии (отлову подлежат лишь самцы крабов промыслового размера). Здесь мы видим яркую иллюстрацию неспособности продуктивного взаимодействия между наукой, управлением рыбного хозяйства и бизнесом.

Работая в ДВГУ в качестве заведующего лабораторией геномов морских организмов, я познакомился с другими сотрудниками ТИНРО, которым также были необходимы генетические подходы для решения природоохранных вопросов. С кандидатом биологических наук Владимиром Андреевичем Павлючковым мы выполнили серию работ по морскому ежу Strongylocentrotus intermedius; с кандидатом биологических наук Татьяной Николаевной Крупновой – по японской ламинарии Saccharina japonica. В этих работах впервые показано, что бактериальные симбионты могут служить в качестве чувствительных маркёров для различения генетически близких форм, а также в качестве возможных рост – стимулирующих индукторов для увеличения продуктивности водорослей в условиях марикультуры (Balakirev, Pavlyuchkov, Ayala, 2008; Balakirev, Krupnova, Ayala, 2012a, 2012b).

На основании молекулярно-генетического анализа структуры микробиомов впервые показано, что симбиотические бактерии являются причинным фактором, обусловливающим морфологическую и потенциально генетическую дивергенцию у водорослей, морских ежей и, вероятно, других морских организмов. Результаты этих исследований важны для понимания общих закономерностей эволюции и видообразования в море.

Следует несколько слов сказать о сибирском таймене Hucho taimen, популяции которого также находятся в депрессивном состоянии. Исследование выполнено в содружестве с опытным ихтиологом-морфологом из Института биологии моря, кандидатом биологических наук Николаем Серафимовичем Романовым и молодым ихтиологом из Хабаровска, кандидатом биологических наук Павлом Михеевым. Впервые получены прямые свидетельства межродовой рекомбинации митохондриального генома у тайменя, обусловленной интрогрессивной гибридизацией с двумя подвидами ленка Brachymystax lenok и B. lenok tsinlingensis (Balakirev, Romanov, Mikheev, Ayala, 2013). Мы доказали искусственный механизм гибридизации. Результаты важны для оценки и контроля антропогенной гибридизации, представляющей одну из основных угроз для биоразнообразия в масштабе всего мира (гомогенизация биоты) и являющейся причиной деградации локально адаптированных генофондов, создающей предпосылки для вымирания.

Современный биологический мир переживает тяжёлый период антропогенного вымирания. Вследствие хозяйственной деятельности человека скорость вымирания увеличилась в 1000 и более раз в сравнении с фоновой скоростью, известной из палеонтологической летописи. Хотя эти расчёты представляются завышенными (по крайней мере, для морской биоты), тем не менее, анализ регистрирует снижение глобальных выловов, многие объекты промысла находятся в состоянии чрезмерной эксплуатации или коллапса. Более того, установлено, что интенсивная эксплуатация приводит к генетическим нарушениям популяций промысловых видов. Массовое заводское производство молоди рыб и беспозвоночных с последующим выпуском в природную среду наряду с очевидным положительным эффектом может нарушать баланс генетического разнообразия естественных популяций за счёт потери изменчивости и способности к адаптации, а также изменения состава и структуры популяций. Эти обстоятельства определяют значимость генетического анализа и мониторинга, направленного на выявление и предотвращение деградации генофондов природных популяций вследствие деятельности человека. Генетические методы позволяют получить фундаментальные данные для информирования рыбохозяйственного менеджмента с целью достижения неистощительного промысла, оптимальной организации искусственного восстановления популяций (трансплантация, интродукция и т. д.) и безопасной аквакультуры.

Рассмотренные выше результаты имеют прямое отношение к сохранению важных ресурсных видов. Это то, что наука может сделать для сохранения природы, укрепления производства и увеличения благосостояния населения. Учитывая, однако, что человечество представляет наиболее мощную эволюционную силу на Земле, научные достижения могут оказаться недостаточно эффективными для защиты биоты без комплементарного развития духовно-нравственной парадигмы взаимоотношений человека и природы. Но эта тема для отдельного разговора.

Постдоки Ф.Х. АЙАЛЫ. UCI, 2004

Е.С. БАЛАКИРЕВ на конференции, посвящённой памяти В.Л. КАСЬЯНОВА. 18 октября 2017

Фото из личного архива Евгения БАЛАКИРЕВА