Интервью с проф. А.Ю. Бычковым — геохимия, Камчатка и происхождение жизни

Я Бычков Андрей Юрьевич, профессор Московского университета имени Ломоносова, кафедра геохимии геологического факультета. Собственно говоря, я доктор геолого-минералогических наук, ну и еще у меня есть почетное звание профессор РАМ. Я геохимик. И, собственно говоря, понятно из названия, что геохимия — это применение химии, ну, собственно, к геологии, на самом деле, даже шире, ко всем вопросам, которые связаны с нашей планетой, да не только с нашей планетой, и со всей Солнечной системой и другими объектами. Применение химии для решения задач, ну, скажем так, естествознания.

Сегодня геохимия стала очень широким направлением. Это связано с тем, что поведение химических элементов в природе нам рассказывает о сути процесса. И, собственно говоря, я занимаюсь в основном гидротермальными процессами, то есть тем, как элементы перемещаются в горячей воде, как они образуют месторождения. Но это не единственное моё направление, потому что главная, так скажем, моя любовь – это исследование природных систем и эксперименты. Я люблю проводить эксперименты по, скажем, растворимости минералов, по тем реакциям, которые происходят и, скажем, при которых образуется нефть, ну и так далее. То есть это то, что мы умеем хорошо делать, то есть проводить реакции при высоких температурах и давлениях.

Ну, я еще начинал-то, заканчивал школу я еще в Советском Союзе. И тогда, ну, мотивации были несколько иными, чем сейчас. В Советском Союзе, хотя, значит, сейчас принято его, ну, скажем так, идеализировать для человека, обдумывающего будущее, в общем, существовало не так много путей. И, скажем, там был какой-то комсомольско-партийный путь, был путь криминальный, был путь, условно говоря, в рабочий. Ну и, в общем-то, для человека думающего и, скажем так, интеллектуального, научный путь выглядел как великолепная альтернатива всем этим путям. Поэтому для многих из моего поколения не было другой альтернативы, кроме как заняться наукой. И, в общем-то, я видел себя в науке.

Ну, а геология получилась, скажем, может быть, немножко случайно, а может быть, потому что какая-то здесь романтика, свободолюбие. Ну, то есть, это наука, которая еще одновременно включает в себя и всякие путешествия, и полевые работы, экспедиции. То есть, то, что мне всегда очень нравилось. Да, да, был ключевой момент, могу сказать, это действительно такой поворотный пункт. Это был пионерский лагерь, который был от Губкинского института нефти и газа. И в этом пионерском лагере был геологический кружок. Геологический кружок — это были те люди, которые единственные выходили за пределы лагеря, потому что можно было ходить и собирать камни. Ну и, собственно говоря, свободолюбие мое, конечно, привело к тому, что я попал в этот кружок.

Кроме того, я был слишком маленький, меня не брали в химический, там с какого-то возраста брали. Поэтому получилось так, что был очень хороший преподаватель и зацепило. И с тех пор, значит, я потом уже пошел в кружок при Дворце Пионеров и там проводил много времени. Ну, сейчас не знаю, в Дворце Пионеров имеется ли геологический кружок, не уверен, но при геологическом факультете есть так называемая геологическая школа. Я туда пошел, мне там не понравилось. Но в целом, значит, есть возможность заниматься, ну, скажем так, получать некоторые навыки, которые помогут в будущем и для сегодняшних ребят. Геологическая школа при геологическом факультете, там могут чему-то научить. Ну вот я мимо нее прошел, хотя многие мои друзья там были.

Да, когда я поступал в московский университет, то вообще говоря, не знал многих особенностей, разных специальностей. Все было такое интересное, никак не мог выбрать. И на геохимии оказался, условно говоря, тоже немножко случайно, просто если прочие специальности требуют определиться сразу, то геохимия включает в себя четыре специальности. Это, собственно, геохимия. Это петрология, которая сегодня петрология и вулканология называется. Это минералогия. И это кристаллография и кристаллохимия. И разделение студентов происходит позже. Не в момент, когда ты пишешь заявление в университет, а через два года, когда ты уже научился чему-то и понимаешь, какую специальность выбрать. И поэтому я решил, что надо оставить себе выбор на потом и написал геохимию. Ну и оказался на геохимии.

Ну, во время обучения, значит, у нас все-таки полевые работы для геологического факультета были прям-таки обязательные, то есть летом в поле. Мне повезло, я оказался в коллективе, который ездил на Камчатку. И, собственно говоря, тогда начались уже мои работы по термальным источникам Камчатки, которые потом, соответственно, были и как дипломная работа, и как диссертация. Все это проистекало, началось уже, пока я учился.

Сейчас возможности ездить в поле стало меньше. Это связано с тем, что и финансирование науки другое. Это не очень дешевые мероприятия. Но студенты ездят в поле и сейчас. Кто хочет, ездит. Камчатка – удивительный край. Это территория, на которой безумные ландшафтные разнообразия. Просто безумно. Нигде в мире такого нет. Когда здесь же рядом тундра, тайга, горы, океаническое побережье. То есть, если прилетать на вертолете, то каждая следующая посадка – совершенно новая страна. Огромное разнообразие ландшафтов приводит к тому, что, например, перелетая на вертолете от точки к точке, ты оказываешься как бы в другой стране. Из вулканической пустыни попадаешь в какой-то совершенно лесной оазис, а с него на побережье, где свои особенности.

Ну и, конечно, камчатская погода. Влияние Тихого океана до Яхотского моря приводит к тому, что погоды там непростые. Приходит циклон, ну и начинается горизонтальный дождь, то есть дождь с сильным ветром. В общем, работа кончается, надо сидеть, терпеть эти неврядицы. Ну и камчатские люди, в общем, закаленные своими погодными и прочими условиями, они тоже такие очень... очень терпеливые и всегда относятся к тому, что будет с таким стойким отношением, что ну будет погода, будет погода, не будет погоды, ну не будет. Их ничем не проймешь, конечно, это замечательные люди. Хотя вот среди разных моих коллег люди делятся на две категории: которым Камчатка нравится и которым не нравится. Мне нравится.

Ну, конечно, производит впечатление вулкан. Вулканическая деятельность, чувствуешь себя по сравнению с этой деятельностью какой-то букашкой. То есть это огромная мощь, энергия и, конечно, завораживает наблюдать вулканические извержения. Это самое интересное, пожалуй, то, чем славится Камчатка. Это же действующие вулканы нашей страны находятся на Камчатке. Они сейчас довольно активны. Когда я начинал там работать, по-моему, ни одного вулкана не действовало, был такой момент. Но сейчас действуют, по-моему, штуки четыре вулкана. Вот, они работают, и, конечно, это очень мощные такие процессы.

Но как-то я занялся больше не самими вулканами, а тем, что находится под ними, то есть гидротермальными системами. Вода, которая нагревается в недрах земли, выходит на поверхность. Это всякие там гейзеры и термальные источники. Ну и, конечно, вот современные процессы минералообразования. То, что меня больше всего заинтересовало. Главная наука там заключается в том, что если на древних гидротермальных месторождениях огромное количество полезных ископаемых извлекается именно из гидротермальных месторождений. Вот мы приходим на месторождение, мы видим только камни, мы не видим термальной воды, не видим там никаких высоких температур, все уже давно закончилось. И начинаем думать, а как это получилось. А здесь мы видим, как это получается. Да, конечно, не те масштабы, да, конечно, все это более мелко, но, тем не менее, мы хотим разобраться, как образуются месторождения. И самое лучшее – это те объекты, на которых мы все можем померить. Можем измерить температуру, можем измерить pH, все можем измерить. И термальные источники, конечно, самые интересные те, где происходит это минералообразование. В гейзерах особенно ничего интересного не происходит. Там другие задачи решаются. Гейзеры, все-таки связанные с недрами Земли, по ним пробуют, например, предсказать землетрясение. И ведут мониторинг, как они извергаются, и пытаются узнать тектонику, как она влияет на эти процессы.

Ну, так скажем, лично я не занимаюсь микробами, потому что я не умею их выделять, культивировать. Это отдельная совершенно область. Этим занимаются биологи. Я преклоняюсь перед их умением это сделать. Какая моя роль может быть? Я могу рассчитать те химические реакции, которые используют эти микробы для своей жизни. Вот мы с вами какую реакцию используем для своей жизни? Мы берём сахар и соединяем его с кислородом. И живём мы за счёт того, что сахар в сахарнице сам по себе с кислородом не соединяется. Правильно? Он лежит и всё. Когда мы его съедаем, он быстренько, за час-другой превращается в воду и углекислый газ, выделяя необходимую нам энергию. Естественно, этот сахар образовали фотосинтезирующие организмы, то есть растения, и накопленная в нем энергия – это энергия Солнца. Мы живем за счёт энергии Солнца, но непосредственно её мы не можем использовать. Поэтому мы гетеротрофы. А в этих термальных источниках живут хемотрофы. Они используют такие же метастабильные реакции, которые сами по себе не идут. Но питательные вещества, то есть, вернее, реагенты, им поставляет гидротермальная система. Там огромное количество реакций, которые не протекают без катализа, а вот они могут это использовать.

Ну, например, теоновые микроорганизмы, они занимаются тем, что окисляют сероводород кислородом. Так просто, сероводород медленно окисляется. Они из этого получают энергию и строят свое тело. И вот эти реакции, в отличие от тех, на которых мы живем, тут огромные избытки энергии. В Сахале очень много энергии накоплено. Поэтому здесь можно особенно не считать. А там маленькие эффекты. И поэтому очень важно правильно рассчитать реакции, чтобы понять, за счёт чего живёт тот или иной микроорганизм. И разобрать вот эти самые сложные экосистемы. Там живут так называемые археи. Это отдельный домен вообще. Ну, кстати, наши предки. Мы произошли не от бактерий, мы произошли от архей и являемся симбиотами. Акими, но они там живут, в этих термальных источниках, делают какие-то свои довольно примитивные биохимические функции, и, конечно, раскрутить, понять, какие это биохимические функции, это такая очень достойная задача.

Поэтому моя задача скорее объяснить, а что же они едят. Вопрос, связанный с такой, ну, немножко сложной для меня темой происхождения жизни. Дело в том, что я как геохимик никогда по этому поводу сильно не был озабочен, потому что все породы земли, которые можем найти, несут на себе следы жизни. Ну, будем лучше разбираться, и мы увидим, что жизнь была в любых породах. Там, по-моему, дошло уже до 4,2 миллиарда лет, это формация ИСУА в Ренландии. Там сейчас из-за глобального потепления ледники отступают, и находятся новые месторождения, новые обнажения. Вот их изучают, нашли там тоже следы жизни. Следы жизни, конечно, не микробов нашли, но нашли свидетельства их жизни. Изотопные свидетельства, они там присутствуют. Поэтому для меня было так, что жизнь на нашей планете существует всегда. Вот это такой тезис, и где она там произошла, это в общем не особенно важно. Панспермия, то есть занесло её метеоритами, или она образовалась здесь.

Но дальше возникла интересная особенность. Дело в том, что я не знал, как бы не думал о том, что есть еще один мощный метод реконструкции. Это филогенетический анализ. Мы можем, ну не мы, а люди, которые занимаются изучением генома, они могут восстановить цепочку, кто от кого произошел. Ну и, собственно говоря, у них появилась такая идея об общем клеточном предке, получившем название LUCA – Last Universal Cellular Ancestor. Собственно говоря, этот LUCA стали изучать, какие у него свойства. И вдруг оказалось, что среди тех ферментов, которые можно ему приписать, это общие ферменты для архей, для бактерий, люкат был до них. Эти ферменты в каком-то большом количестве содержат цинк. Но это уже задачка для геохимиков.

Разбираясь с этой задачкой, мы как-то и пришли к тому, что если представить себе, что внутриклеточная жидкость напоминает нам о том водоеме, в котором жизнь зародилась, то лучше всего для этого подходят конденсаты паровых струй. А для меня это оказалось очень важным, потому что методологически известно, что атмосфера и гидросфера Земли образовалась очень рано, очень давно, фактически сразу после образования Земли. И вот получается, что и биосфера возникла совместно с этим. Потому что когда образовывалась гидросфера и атмосфера, она образовывалась в результате дегазации Земли, и вся Земля была сплошной гидротермальной системой.

Еще не было морей. Но вся Земля была сплошной гидротермальной системой. И естественно, что это было огромное количество возможных мест обитания для таких вот организмов типа люки, который, конечно, не был еще нормальным клеточным организмом, но потом-то океан все затопил, и для того, чтобы поддерживать гомеостазис, то есть сохранить в себе тот самый состав цитоплазмы, внутриклеточной жидкости, он отличается от морской. Нужно было вырастить мембрану и стать уже полноценной клеткой. То есть получается, что атмосфера, гидросфера и биосфера на Земле образовались одновременно. И это можно проверить. Мы можем это проверить. Скоро мы об этом узнаем, потому что есть другая планета, где было примерно всё то же самое, но потом всё прекратилось. Атмосферу сдуло. Это Марс. То есть если мы правы, то на Марсе тоже должна была в ходе тех же самых процессов зародиться. Просто потом атмосферу сдуло, и оно застыло на уровне, скажем, архейского для Земли. То есть там мы найдем следы какой-то такой архейской экосистемы.

Ну, вообще говоря, две альтернативы предлагаются. Одна альтернатива – это океан, на дне океана, и тоже гидротермальные источники. Другая альтернатива – гидротермальные источники на суше. Вот такое большое количество ферментов с цинком у люки позволяет думать, что он образовался где-то рядом с цинковыми минералами. Если это в океане, это черные куличики. Там есть сульфиды цинка, но нет света, и принципиально не может быть, потому что они могут образовываться только на больших глубинах. Если на суше, то, пожалуйста, вот вам цинк, вот вам тепло, а температура может быть самой разной. То есть температура вот этих термальных водоемов варьирует в очень широких пределах.

Действительно, от кипятка, ну, вернее, там, температура кипения на высоте этого места, это порядка 98 градусов. И вниз, потому что зависит от дебета. Есть озера, в которых можно вполне комфортно купаться. То есть там градусов 36-40, там полно таких ванн, где можно купаться и где процветают все эти микроорганизмы. То есть это огромное разнообразие. Второе, значит, мы можем упаривать эту воду до необходимых кондиций, потому что она уже испаряется. Можно сконцентрировать необходимые компоненты. Ну и, наконец, свет. Там была проблема, потому что в атмосфере не было кислорода, соответственно, не было озона, и коротковолновое ультрафиолетовое излучение, оно не было полезно для жизненной поверхности суши.

Ну вот, собственно говоря, есть хорошая идея, как спрятаться от ультрафиолета. Ну вот, собственно, говоря, у нас есть сейчас крем от загара. Что такое крем от загара? Это наночастицы веществ, которые сильно поглощают ультрафиолет. Обычно это оксид титана или оксид цинка. И вот чем меньше частички, тем они сильнее поглощают ультрафиолет.

И, собственно говоря, эти самые осадки, которые мы видим, минеральные осадки, они были идеальным просто прикрытием этих самых клеток. Вот эти маты, многослойные бактериальные маты, закрытые сверху сульфидами цинка и железа, были идеальны для того, чтобы там спрятаться от жесткого ультрафиолета. То есть здесь все как бы сходится, и получается такая вполне правдоподобная картина, которая для меня, как для геохимика, чрезвычайно важна, потому что здесь мы впервые говорим, что биосфера возникает одновременно с атмосферой и гидросферой. Это очень важно.

Геохимия развивается очень бурно, и сегодня, ну, просто даже учебника по геохимии нет, потому что никак не могут его написать, поскольку только напишут, оно же устаревает. То есть геохимия развивается очень быстро. Ну и какие здесь главные направления? То, что мы хуже всего знаем, это, конечно, глубины Земли. То есть то, что происходит в мантии Земли, в ядре Земли. Это огромные температуры, огромные давления. Многие вещи экспериментально воспроизвести не удается, но люди пытаются.

Вот там идет довольно большой прогресс, но, кроме того, есть расчетные методы состояния вещества при таких параметрах. Всё это постепенно рисует нам картину того, из чего сделана Земля. Второе, пожалуй, такое направление – это геохимия экосистем и геохимии связи, то есть биогеохимия. Потому что мы многие вещи, которые происходят во внешних оболочках Земли, недостаточно хорошо знаем. И это, конечно, идет очень большое изучение, как влияют организмы на поведение элементов. Там много разных работ, ну и вот идет такое накопление разнообразных экспериментальных и натурных данных.

Ну, собственно говоря, во многих других областях геохимия тоже очень оказывается важной со всеми своими индикаторами и применяется практически во всех направлениях. Ну, я назвал два направления, на самом деле, конечно, гораздо больше. Ну, сейчас идет некоторое такое смещение акцентов. Если некоторое время назад все больше увлекались рудой, рудными месторождениями, то есть слово "гео", то сейчас это больше процессы, которые происходят в биосфере, в гидросфере. То есть это геохимия речного востока, геохимия почв, геохимия донных отложений, то есть того, что ближе к нам.

Это связано с простой вещью, что на самом деле, по всей видимости, пик потребления металла в мире проходит. И в дальнейшем потребности в новом сырье будут меньше и меньше. Вы понимаете, почему. Главное здесь процесс называется миниатюризация. Когда я учился в школе, то компьютер занимал такую комнату. Сейчас он, компьютер с той же мощностью, в кармане. То есть гораздо меньше требуется металла на изготовление таких вещей, ну и прочих вещей тоже. И поэтому, по всей видимости, потребности в сырье не будут расти экспоненциально. Они пройдут через некоторый максимум.

По некоторым металлам этот максимум уже пройден, по некоторым он еще впереди, но все равно где-то в ограниченном времени. Но сейчас больше всех волнует вопрос о воздействии человека на окружающую среду. Для этого нужно изучить окружающую среду. Она гораздо сложнее, чем многие процессы эндогенные, потому что здесь жизнь, здесь много факторов неравновесности, много разных этих аспектов, и поэтому мы сталкиваемся с такими большими неопределенностями.

Ну вот, одной из таких неопределённостей являются споры по поводу глобального потепления. Они действительно связаны с неопределённостью, хотя политически решение-то принято, что оно есть. Но наука спорит до сих пор. В свое время было несколько таких проектов, причем они были не только у нас, но и в других странах, по изучению земной коры. Дело в том, что основная информация о строении земной коры поступала нам от геофизиков. Геофизики говорили, что здесь находятся какие-то границы, которые отражают.

Нас интересовали эти границы изохимические, неизохимические. Нужно было получить вещество. Поэтому по всему миру бурили такие вот сверхглубокие скважины. И самое из них знаменитое – это Кольское сверхглубокое, хотя на самом деле их было, наверное, десятка два по стране в разных местах. Кольская сверхглубокая просто самая эпичная история. И там действительно оказалось, что граница Конрада, то есть граница, которая разделяет два слоя в континентальном коррект, один называется там гранитно-метаморфический, а другой гранулит базитовый, она отсутствует.

Вот что нашли на Кольском полуострове: что эта граница определяется не разностью состава пород, а разностью физико-химических условий. Вот это то, что там нашли. На самом деле, это, конечно, дало огромный толчок к развитию науки, стало лучше понятно, состав земной коры и, так скажем, нижние ее части. Но этот проект был в основном направлен на то, чтобы сбить данные геохимические, геологические и геофизические.

Сейчас, конечно, таких масштабных проектов не будет. Это однозначно. Ну, потому что помимо, скажем, бурения на суше, было ведь еще и проект бурения океанического дна. Это проект, может быть, даже более хитрый, потому что, ну, представьте себе, вам нужно раз за разом попадать в некоторую воронку на дне моря, там 4 километра, буром в одну и ту же дырку. Это привело к развитию систем позиционирования и прочим вещам. Гломер и Челленджер у нас тоже бурили. Это были большие проекты. Они на сегодня, наверное, такого рода уже не будет, проектов.

Что у нас сейчас есть? У нас проекты стали немножко мельчать. И финансирование науки перешло к фондам. Фонды, из них первый – это Российский фонд фундаментальных исследований, он уже давно существует. Тогда это был шок для отечественных исследователей, как это надо просить деньги на свою науку, писать проекты. Ну, нам было немножко проще. И это привело к тому, что, ну, скажем так, начала измельчать. То есть темы стали мелкими, ну, три года, денег немного, что за это можно сделать?

Потом появились мегагранты. Мегагранты, ну, поскольку там мне приходилось производить экспертизу этих мегагрантов, я вижу, что это положительное очень влияние, возникают некоторые лаборатории под какие-то достаточно интересные задачи. Это даже можно рассматривать как такие вот проекты, но мегагрант – это же в общем по финансированию, ну, как обычный западный грант. То есть это, опять же, небольшие проекты.

Ну и сейчас Российский научный фонд, у него там проектов побольше, но все равно вот это не дает возможности собрать какое-то более-менее нормальную научную программу. Они сейчас, так понимаю, отсутствуют на таком государственном уровне. Ну, кроме тех программ, которые проходят по другой статье, там, военной или, например, по поводу генетики.

Исследования арктического шельфа. В основном у нас проводят Роснефть. Но, правда, в последнее время много экспедиций туда отправляется научных, но арктический шельф, конечно, надо изучать. Вопросов нет. Терра инкогнито осталось, тем более сейчас ледовая обстановка позволяет добраться. И там уйдут изучения, но это все-таки проект коммерческий у Роснефти, а проекты научных институтов, они все-таки раздроблены, там единую координацию произвести не очень получается.

Ну, вообще-то говоря, заниматься историей жизни на Земле, конечно, у нас есть специальная для этого кафедра – палеонтология. Хотя в основном они занимаются не историей жизни на Земле, а гораздо более приземлёнными прикладными задачами. То есть просто определение возраста пород по руководящим ископаемым. Но, тем не менее, значит, это, конечно, к ним.

Но сегодня нужно быть... Не нужно ограничивать себя. Любая сегодняшняя специализация, она недостаточна. Наука будет заниматься тем, что будут синтезироваться разные направления. То есть каждое направление, по сути, уже доходит до своих пределов, до пределов решения собственных задач. И задачи теперь возникают на стыке специальности. Поэтому, в общем, сегодня мы можем видеть, скажем, соединение геологии и биологии, геологии, физики. В общем, огромные такие вещи, которые больше всего дают результатов.

И, к сожалению, наша система образования, несмотря на то, что там есть двуступенчатая, типа бакалавриат, магистратура, она все равно не гибкая. Она, во-первых, ну, скажем так, все больше и больше отстает от современного уровня науки. А во-вторых, вот она не гибкая и не позволяет людям выбирать себе разные курсы, разные даже специализации. Конечно, там многое делается. Делается по этому поводу, но недостаточно.

Я не знаю, как с этим быть, но в любом случае, могу сказать, что пока еще и в Московском университете, и в некоторых других вузах у нас хорошо учат естественную науку. И здесь важно не зацикливаться на одной какой-то специализации, смотреть шире. Но сегодня студенты в основном смотрят на то, насколько полученная ими специальность будет потом востребована и насколько она будет высокооплачиваема. То есть я смотрю, что лучшие студенты выбирают чего? Это значит кафедры, связанные с нефтью, кафедры, связанные с инженерной геологией, то есть решение прикладных задач.

Но в целом наука сейчас не очень востребована среди студентов, хотя никаких проблем. И вот все специализации, скажем, геохимического цикла, они вполне конвертируемы. То есть на Западе очень любят наших студентов и просят, потому что всем известно, что чтобы в лаборатории было весело, возьми на PHD итальянца, чтобы был порядок немца, а чтобы работали русского. Это известно. Наши люди действительно креативны и способны работать.

Ну, это сложный вопрос. Значит, профессиональная мечта, она всё время возникает, и что-то хочется сделать, но они в основном получаются так, что подкидывается какая-то мне новая задачка, и вот тогда, значит, начинаешь мечтать и думать о том, как ее решить? Вот тут возникают как раз мечты, как это решить. Бывают такие случаи. Но вот такое, чтобы я думал о решении какой-то фундаментальной задачи, пожалуй, нет.

Но есть одна мечта. Я мечтаю написать учебник геохимии. Да, я иногда это делаю, но, к сожалению, не настолько интенсивно, чтобы можно было увидеть завершение процесса.