Скан Лицевого хронографа (Российская национальная библиотека, СПб). Перед штурмом Князем Олегом Царьграда (разворот листов 1086-1087)
Лаборатория исторической генетики, радиоуглеродного анализа и прикладной физики существует в МФТИ чуть больше двух лет. Это, пожалуй, один из ярких примеров не только междисциплинарного подхода в стенах института, но и того, как физтехи решают нестандартные задачи, к какой бы области они ни относились. О том, как пройти путь от поступления на Факультет общей и прикладной физики, до исследований древних захоронений в Ярославле, о естественнонаучных методах в истории, а также о планах лаборатории рассказывает ее руководитель Харис Мустафин.
«На Физтех я поступил в 72-м году. Перед традиционным вступительным собеседованием мы, молодые абитуры, дружной кучкой собрались у дверей и обсуждали, кто чем хочет заниматься. Выяснилась очень интересная вещь. Мы поступали на ФОПФ – именно там на Физтехе квинтэссенция физики. Но, как ни странно, очень многие из нас хотели заниматься биофизикой», — делится воспоминаниями Харис Мустафин. Дело в том, что именно тогда, в начале 70-х это направление науки начало активно развиваться, и молодым людям удалось ухватить интерес к этой теме. — С чем это связано? Я бы сказал, что даже не с учителями, а, скорей всего, с некоторой свободой, которой мы были предоставлены в школе. Мы много читали, многим интересовались. Именно это позволяло чувствовать некие тенденции и побуждало интерес ко всему новому».
Надо сказать, что в тот момент заняться проблемами биофизики так и не довелось. Харис Мустафин попал в группу радиофизики и, после успешного окончания очной аспирантуры МФТИ защитив диссертацию в начале 80-х годов, стал специализироваться на разных аспектах, связанных с ускорителями заряженных частиц. В 90-е многие научные организации по конверсии нередко брали темы и работы, связанные с народным хозяйством, в частности, со здравоохранением. Именно тогда ученый-физик впервые обратился к решению задач из области биологии, применив свой опыт при создании установок по стерилизации биологических материалов, а также систем быстрого охлаждения и хранения препаратов крови и костного мозга для госпитальной медицины.
Археологические раскопки на территории кремля древнего Ярославля (2005 год)
История глазами физика
Параллельно с работой над научными проблемами и организационной деятельностью в области здравоохранения, которая вылилась в десятилетнюю работу в Минздраве и в Госдуме, всегда оставалось хобби — история. «Когда начинаешь разбираться в истории, будучи физиком, видишь, что не все склеивается: есть масса противоречий, неоднозначностей. И возникает желание разобраться. Но для этого нужна информация, нужно правильно ее систематизировать, оценивать. И совершенно необходима прочная доказательная база».
Как правило, о средневековой культуре нашей страны мы судим по белокаменным соборам Владимира, по берестяным грамотам Великого Новгорода, по Московскому Кремлю, но при этом довольно мало знаем об очень богатой книжной культуре Древней Руси. Колоссальное количество уникальных материалов находится в древлехранилищах, многие из них в единственном экземпляре. Они являются труднодоступными, малоизученными и, как правило, известны лишь узкому кругу специалистов. Чтобы ввести эти документы в научный, в культурный оборот, их необходимо отсканировать, издать — а это большая и очень непростая задача.
«Встречаясь с друзьями-физтехами, мы часто обсуждали эти вопросы. И возникла мысль разобраться, что у нас есть в стране из книжной древней культуры. Самым выдающимся, по заверениям специалистов в области истории, был так называемый Лицевой летописный свод времен Ивана Грозного», — рассказывает Мустафин. Десятитомный свод событий мировой истории, начиная от библейского сотворения мира, истории Древнего Рима, Византии, Древней Руси до времен Ивана Грозного был создан в 16 веке в единственном экземпляре специально для царской библиотеки. Десять тысяч листов рукописного текста сопровождаются шестнадцатью тысячами книжных миниатюр, иллюстрирующих то или иное событие — их создавали те же мастера, которые расписывали соборы Московского Кремля после пожара 1553 года.
Оказалось, что оцифровка такого памятника русской книжности, имеющего особую историческую и художественную ценность, — весьма нетривиальная техническая задача. На фотографирование огромных, зачастую достаточно ветхих книг могли уйти годы — при колоссальных затратах и с непредсказуемыми результатами. «Нам как технарям было понятно, что надо искать нестандартные решения. Это было начало двухтысячных, мы сделали ставку на использование самого современного оборудования. В то время в мире как раз появились первые бесконтактные книжные сканеры, позволяющие сканировать огромные фолианты в щадящем режиме, обеспечивая высокое качество цветопередачи и разрешение. Первая в стране цифровая типография, обеспечивающая высочайшее качество печати, также была приобретена под проект. В ходе работы пришлось разобраться с целым спектром вопросов, в которых и профессионалы не очень-то разбирались».
Сотрудники лаборатории исторической генетики Ирина Альборова, Харис Мустафин, Алина Мацвай (слева направо)
Защита древних ДНК
В течение 10 лет благодаря напряженной работе над уникальными рукописями в крупнейших древлехранилищах страны в свет вышел целый ряд научных факсимильных изданий ценнейших древних русских книг. «С какого-то момента мы начали чувствовать, что ничего по уровню, близкому к тому, что мы делали, нет. И будучи, опять же, людьми, которые интересуются историей, мы, поддерживая достаточно тесную связь с Физтехом, обратили внимание на то, что здесь создается Геномный центр. Возникла идея на его базе создать лабораторию, которая бы разрабатывала и внедряла естественнонаучные методы в историю».
Лаборатория исторической генетики, радиоуглеродного анализа и прикладной физики была создана при поддержке наблюдательного совета МФТИ. Историческая генетика подразумевает, прежде всего, исследования археологических человеческих останков на предмет определения их происхождения: откуда население попало в этот регион, где проживают их потомки. Однако работа с археологической ДНК — довольно сложная с научно-технической точки зрения. Лишь небольшое количество центров в мире занимается этой проблематикой. Одной из самых сложных является проблема защиты от контаминации, то есть попадания в археологический образец биологического материала современников. Даже в спокойном состоянии человек распространяет вокруг себя сотни тысяч мельчайших частиц, которые при попадании на исторический образец искажают данные. В лабораториях, которые занимаются генетическими исследованиями археологических артефактов, ученые работают в комбинезонах при особо чистых условиях, однако объекты исследований все равно остаются недостаточно защищены.
«Мы изучили различный опыт в этой области, и решили действовать нестандартным путем, исходя уже из собственного опыта в области технической физики. Вместо больших помещений, создание которых требует немалых средств, мы работаем через систему изолированных перчаточных боксов, в которых располагается необходимое оборудование. Главная проблема здесь была — создать внутри этих боксов особо чистую среду, в которой абсолютно отсутствуют биологические фрагменты из внешней атмосферы». Решение оказалось достаточно очевидным: из перчаточных боксов откачивается атмосфера и заменяется на особо чистый азот. Получается система, в которой генетический материал оказывается защищенным.
Сложный регион
«Нашей целью — подчеркивает Мустафин, — было наладить сотрудничество с коллегами историками, археологами, потому что то, над чем мы работаем, — это и есть тот самый естественнонаучный метод для целей исторической науки». Сейчас совместно с Институтом археологии Российской академии наук лаборатория занимается исследованием ДНК, взятых при раскопках в Ярославле. Как предполагается, в начале XIII века в центральной части этого города произошла массовая насильственная гибель людей. По их останкам ученые получают очень много информации о происхождении жителей города, их родственных связях и пр. Это вызывает очень живой отклик от историков, ведь благодаря разработанным технологиям лаборатории впервые удается получать столь глубокие результаты из региона, который является очень сложным для генотипирования.
Если посмотреть на карту, где занимаются генетическими исследованиями археологических останков, то видно, что это прежде всего Европа, степные южные районы, много исследований на территории США. Карта России с точки зрения генетических исследований археологических артефактов — огромное белое пятно. Считается, что наша климатическая зона очень сложная: здесь происходят колебания температуры и влажности, и практически весь объем ДНК, который остается в материале, разлагается. В лаборатории научились считывать даже то мизерное количество ДНК, которое удается найти, и получать результаты, по объему информации сопоставимые с тем, что мы можем получить от современников.
«Работая с этими сложными объектами, мы приобретаем уверенность, что можем приступить к решению серьезнейшей проблемы – генотипированию археологической ДНК на огромнейшей нашей территории и, может быть, даже на территории сопредельных стран, — делится планами Харис Мустафин. — Более чем реальной нам кажется возможность создать на базе Физтеха некий российский центр исследования археологической ДНК, который по наработанной нами технологии будет осуществлять массовое генотипирование археологических останков. В результате историки, археологи получат более полную картину процессов формирования народов нашей страны, возникновения и развития древних русских городов, это позволит найти ответы на многие загадки отечественной истории».
В ближайшем будущем
Лаборатория исторической генетики имеет важную особенность по сравнению с другими лабораториями, которые открыты на Физтехе: финансирование происходит за счет фонда целевого капитала МФТИ и отличается от государственного. Это накладывает ограничения на тот круг задач, которые решают в лаборатории, и, соответственно, подразумевает глубокую оптимизацию бюджета. Именно поэтому сейчас коллектив в лаборатории небольшой: помимо заведующего лабораторией, здесь работают два специалиста по биоинформатике, генетик и лаборант-генетик.
Уникальная система стерильных боксов используется для выделения ДНК из человеческих остатков и первой стадии пробоподготовки, на которой необходимо максимально снизить вероятность контаминации
Однако уже в ближайшем будущем в лаборатории планируется открыть новое направление, которым активно займется биоинформатик, аспирантка МФТИ Алина Мацвай. Связано оно с использованием в качестве исторических маркеров следов инфекционных болезней, прежде всего туберкулеза и лепры. Эти заболевания передавались от человека к человеку на протяжении всего существования человечества. Возбудители заболеваний мутировали не очень сильно, однако некоторые различия в штаммах болезней в зависимости от исторического периода все-таки зафиксированы. Методами молекулярной биологии их можно выявлять, а затем исследовать, как распространялась та или иная болезнь, как перемещались носители болезни, как они взаимодействовали друг с другом, в какие эпохи и на каких территориях. Важным фактором является то, что ДНК археологических бактерий сохраняется гораздо лучше человеческой. «Есть надежда, что это может стать сравнительно недорогим и эффективным методом в арсенале специалистов, занимающихся историческими исследованиями. Мы провели достаточно глубокий анализ работ, которые проводятся по этому направлению в мире, и видим, что все еще находятся только в начале пути. Так что в этой области можно занять лидирующие позиции, и мы попытаемся это сделать», — делится планами ученый.
Материал был опубликован в выпуске №3 журнала «За науку» в 2017 году.
