О геохимических особенностях Томской области, влиянии переезда на организм и необычных находках во время экспедиций РИА Томск рассказала профессор ТПУ, доктор биологических наук Наталья Барановская.

Ранее сообщалось, что с 12 по 14 октября в ТПУ проходит "Геофорум-Томск", приуроченный к 125-летию горно-геологического образования в Сибири и 130-летию вуза. Одно из направлений современной геологической школы университета – биогеохимия, которая изучает распределение химических элементов в живых организмах и окружающей среде.

От волос томичей до золота в организме человека

– Наталья Владимировна, какое место сегодня биогеохимия занимает в научной школе университета, и как складывалось это направление?

– Биогеохимия интенсивно развивалась в нашей стране начиная с 1920-х годов. Владимир Вернадский организовал отдел живого вещества, а затем исследования продолжили другие ученые, в том числе академик Александр Виноградов. Именно он ввел понятие биогеохимической провинции, с которым мы сегодня активно работаем.

В ТПУ развитие этого направления связано с моим учителем Леонидом Петровичем Рихвановым. В 1993 году начались интенсивные исследования экологической обстановки на отдельных территориях региона. К работе подключились все томские вузы, изучали в том числе биологические объекты. Отбирали волосы детей, медики работали, в частности, с образцами крови ребятишек из Георгиевки, Наумовки.

Но нужно было объяснить происходящее с точки зрения миграции радионуклидов и других химических элементов. Именно здесь потребовались знания геохимии.

После этих исследований Леонид Петрович с коллегами начал отбирать волосы жителей уже по всей Томской области. Материала накопилось огромное количество, нужно было найти человека, который взялся бы с ним работать. Потому что здесь нужны знания из совершенно разных областей.

Мы с ним (Рихвановым) познакомились на одной из конференций. Я тогда работала учителем биологии и химии в деревне, где всего 200 человек жили. И Леонид Петрович говорит: "Приезжай, можешь второе образование получать, можешь в аспирантуру поступать".

Приехала, и на меня свалился весь материал, который к тому времени накопили исследователи. Из ТГУ передали данные по лягушкам, жукам, растениям, мышам, все по элементному составу. Были материалы медиков по патологическим образованиям щитовидной железы, результаты хозяйственных договоров, где изучали огурцы, молоко. Представляете, совершенно разрозненный материал! И Леонид Петрович мне говорит: "Вот тебе материал, что-нибудь придумай". Это была его любимая фраза.

Постепенно мы вышли на геохимическое районирование, стали сопоставлять содержание элементов в почвах, водах, организмах и заболеваемость населения. Провели районирование территории, изучили четыре патологии щитовидной железы, вместе с медиками исследовали грудное молоко. Опубликовали несколько монографий. Это огромная работа целого коллектива.

Сейчас мы изучаем до 70 химических элементов, причем смотрим еще и микроминеральные фазы. То есть можем определить, в каком виде химические элементы откладываются, например, в головном мозге человека. Хотя сейчас мы преимущественно перешли на животных, потому что получать биологические материалы людей стало очень сложно.

– Расскажите, что удалось узнать именно про Томскую область. Есть ли какие-то особенности, которые отличают наш регион?

– В Томской области много интересного. Буквально в этом году получили патент, связанный с прогнозированием течения саркоидоза. Это заболевание, причины которого до сих пор окончательно не установлены. Мы выяснили, что определенную роль могут играть редкоземельные элементы, возможно, в том числе через генетические механизмы.

С Ольгой Александровной Денисовой из СибГМУ мы много лет работаем по заболеваниям щитовидной железы. Исследовали, какую роль играют разные химические элементы, в том числе ртуть, известный токсикант, а также бром.

В Томской области обнаружилась очень интересная особенность. Мы зафиксировали бромную провинцию, причем локальную, связанную с техногенезом, с нашей региональной спецификой.

Почему? Потому что у нас нефть, газ, переработка углеводородного сырья. Все это ведет к накоплению брома в окружающей среде. И в пределах таких провинций у человека могут возникать эндемические заболевания. Например, бром конкурирует с йодом. Понимаете, какая возникает ситуация? Йод необходим для работы щитовидной железы, а здесь есть еще один элемент, который способен вмешиваться в соответствующие процессы.

Причем мы сейчас пришли к пониманию, что элементы поодиночке вообще лучше не рассматривать. Они работают группами, взаимодействуют, корректируют действие друг друга. Поэтому теперь мы изучаем, в каких сочетаниях они встречаются и какие минеральные образования формируют в организме.

– Есть ли еще какие-то особенности, которые выделяют Томскую область среди других регионов?

– Пытаемся выяснить возможную роль химических элементов в онкологических заболеваниях. Интересные данные уже появляются. Мы уже видим, что региональный фактор может вносить определенный вклад в развитие патологий.

Но такие исследования очень сложные и требуют больших вложений. Чтобы объяснить некоторые процессы, нужно исследовать ткани с сохранением структуры клеток. Для этого необходима специальная приставка к микроскопу, которая позволит быстро замораживать материал и фиксировать его состояние. Стоит она миллионы рублей.

А редкоземельные элементы исследовать гораздо сложнее, чем многие другие. Их содержание в живом веществе может быть очень низким, чувствительности современных приборов не всегда хватает. Но при этом они способны участвовать в важных процессах, ускорять химические реакции или изменять их ход.

Они такие хитрюги! Их совсем немного, а что именно они делают, мы еще далеко не всегда понимаем.

– Можно ли, проанализировав ткани человека или животного, определить, из какого конкретно региона он происходит?

– Конечно. Подобные методы давно применяют в криминалистике. А мы в исследованиях показали, что зольный остаток организма жителей разных городов имеет индивидуальные особенности. Зольный остаток – это материал, который остается после кремации человека. Мы исследовали его элементный состав, определяли содержание большого количества химических элементов и смотрели, как оно различается у жителей разных территорий.

Вот смотрите, у нас здесь исследования по нескольким городам. Элементный состав совершенно разный. Если мне попадется образец новосибирца, я по его химическому составу смогу предположить, что это житель Новосибирска.

– Каким образом?

– Самое большое количество золота мы обнаружили у новосибирцев. Причем, когда мы только начинали эти исследования, нам говорили: "Вот вам надо Ростов изучать! Там богатые люди, сейчас у вас золота будет сколько угодно!".

Ничего подобного. В образцах из Ростова мы такого содержания золота не обнаружили, зато там были интересные особенности по редкоземельным элементам. А в Новосибирске золото. Почему? Потому что там аффинажный завод работает, который занимается очисткой драгоценных металлов.

В Санкт-Петербурге, например, мы обнаруживали повышенное содержание брома. Причем температура кремации очень высокая, до 1000 градусов, и считается, что при таких условиях некоторые элементы должны испаряться. А мы все равно их находим!

У Екатеринбурга тоже своя специфика. Получается, что промышленная деятельность города очень сильно влияет на его геохимические особенности.

– Допустим, человек родился в одном регионе, прожил там 18 лет, а потом переехал в другой. Что происходит с его организмом?

– Удар получил, сразу вам скажу! Химический удар. Организм оказался в совершенно другой геохимической среде и начинает к ней приспосабливаться. Он получает химические элементы из новой воды, пищи, воздуха, и постепенно его состав меняется. Есть исследования, в которых на отдельных биологических субстратах и изотопах показано, что изменения могут происходить в течение 40 дней. Сорок дней! Представляете, какие интересные цифры?

То есть вы переехали, и началась химическая перестройка: организм приспосабливается к той среде, в которой оказался. Это определенный стресс.

– А если человек живет в Томске и просто уезжает на три недели в отпуск, например в Таиланд?

– Все равно получит стресс, но вовремя вернется! Организм сразу начинает приспосабливаться к новым условиям. Вы можете даже этого не заметить, а можете почувствовать усталость или какие-то другие изменения. Все зависит от того, в какую обстановку попали, насколько она отличается от привычной.

Поэтому пословица "Где родился, там и пригодился" имеет, можно сказать, глубокие геохимические корни.

Мы, например, работали с исследователями из Казахстана, изучали элементный состав волос местного населения. В некоторых районах обнаруживали очень высокое содержание урана. Возник вопрос: как же там люди живут? Но местные жители длительное время находятся в этих условиях, организм к ним приспосабливается. А человек, который только приехал, оказывается в другой ситуации. И то, как он будет адаптироваться, зависит от многих факторов.

– Я правильно понимаю, что если человек прожил в одном регионе, потом переехал, то через 30–40 лет по его химическому составу уже может быть непонятно, где он жил первоначально?

– Скорее всего, да. Но здесь все зависит от конкретных элементов, от того, насколько быстро они включаются в обменные процессы, как выводятся из организма. Мы вообще постоянно взаимодействуем с окружающей средой. И человек сам меняет ее химический состав. Мы постоянно что-то строим, добываем, перерабатываем. Любой промышленный объект может становиться источником поступления определенных веществ.

Зачем животные едят землю, и как ученые нашли след древнего вулкана

– Какие территории сейчас представляют для вас наибольший интерес? И, если говорить об экспедициях, какие необычные находки или результаты были в последние годы?

– Каждая экспедиция – это находка. Я объездила практически всю страну, от Приморья до Апатитов. И везде наблюдается удивительная мозаичность биосферы. В каждом регионе свои геохимические особенности, свои сочетания элементов.

Сейчас мы преимущественно изучаем животных, потому что получать биологические материалы человека стало очень сложно. Сначала работали с домашними, например, свиньями, но возникла проблема: мы же кормим этих поросят, а элементы поступают в организм с пищей, поэтому рацион влияет на результаты.

Так перешли на диких животных. И обнаружилась совершенно удивительная вещь: животные себя лечат. Есть определенные территории, куда они приходят и поедают грунт. Это явление называется геофагией, оно встречается во многих регионах мира, в том числе в Африке.

В Якутии есть крупнейшее месторождение соли Кемпендяй. Там все белое от этой соли. Казалось бы, животные должны приходить именно туда. А они ходят и едят грунт совершенно в других местах! На Алтае охотники, чтобы привлечь оленей, подсаливают почву. А животные могут поедать грунт рядом с этими участками. Представляете, насколько это интересно?

Очень хорошие исследования проводили на Алтае с сотрудниками Алтайского биосферного заповедника. Там мы собирали костный материал, изучали места, где животные поедают горные породы. Там встречаются массивы пород, выеденные животными на высоту лошади! Они приходят на эти участки и постепенно буквально выгрызают породу.

А в одном из поселков, в Язуле, местные жители рассказали, что сами едят глину. Причем не там, где ее поедают животные. Они говорят: "Мы знаем одно место. Мы вам покажем, там глина самая вкусная и самая полезная". И показали. Люди специально ходят на определенный участок, берут там глину, считают, что она обладает полезными свойствами. Теперь нужно разобраться, чем эта глина отличается от других.

А недавно в Приморье натолкнулись на совершенно удивительную вещь. Мы занимаемся исследованием фоновых территорий, то есть таких участков, где можно определить естественные концентрации химических элементов. И понадобились образцы с минимальным содержанием редкоземельных элементов.

Поговорили с геологами, они говорят: "Возьмите базальтовое плато. Там у нас ничего такого быть не должно". Договорились с охотничьим хозяйством, получили материал, провели анализ. А животное оказалось самым аномальным по редкоземельным элементам! Таких концентраций мы не находили по всей Сибири. Я спрашиваю, где его взяли, мне отвечают, что это шалит аналитика. Сама поехала, отобрала проверочные пробы. Но результаты опять аномальные!

Говорю коллегам: "Ребята, у вас тут что-то не то". Начали поднимать литературу, искать, и выяснилось, что когда-то палеонтологи изучали местные болота и обнаружили в торфяных отложениях вулканический пепел. В древности происходили извержения вулкана Пектусан, расположенного на границе Китая и Кореи. Пепел разносился на большие расстояния и мог попадать в эти районы.

Там базальты образуют своеобразную чашу, в которой накопились торфяные отложения. И в этих отложениях на небольшой глубине сохранился вулканический пепел. А животные приходят, роют грунт и едят его. Понимаете? Получается, что они могут получать редкоземельные элементы из этого древнего вулканического материала.

Но потом мы начали разбираться дальше, и выяснилось, что сами базальты там тоже необычные: они могут быть обогащены определенными элементами. И теперь у нас возник новый научный вопрос: что же является источником поступления редкоземельных элементов в организм животных? Базальты или вулканический пепел? А может, и то, и другое?

Сейчас пишем грант, хотим продолжить исследования и разобраться. Мы ехали искать территорию, где редкоземельных элементов практически нет, а нашли одну из самых интересных геохимических аномалий.

– Какие могут быть практические результаты у ваших исследований?

– Нам интересно, какую роль редкоземельные элементы играют в организме. Например, мы выяснили, что некоторые из них концентрируются в определенных отделах кишечника животных, другие образуют микроминеральные фазы в костной ткани.

Сейчас исследуем возможную роль этих элементов в нарушениях минерализации костей. Например, в Забайкалье мы изучали костную ткань поросенка, у которого обнаружили выраженную полость внутри кости. Такие изменения могут быть связаны с нарушением минерального обмена.

Мы хотим выяснить, какие именно элементы участвуют в этих процессах. И для этого нам необходимо определить нормальные диапазоны их содержания в организме. Поэтому мы работаем в заповедниках, где нет значительного промышленного воздействия, и пытаемся найти ориентиры. Вот мы знаем, например, нормальную температуру тела человека – 36,6 градуса. А нам нужно определить такие значения для большого количества химических элементов.

Для Сибири и Дальнего Востока мы практически подошли к их определению. И весь мир постепенно движется в этом направлении. Например, китайские ученые составляют атласы распределения химических элементов, картируют территории. Я видела такой атлас, очень интересная работа.

А сейчас мы выяснили, что на Дальнем Востоке важную роль в формировании геохимических особенностей территории играют тяжелые лантаноиды. Спросите у человека, что такое тяжелые лантаноиды. Да большинство даже не знает. О редкоземельных элементах многие услышали благодаря политике, потому что сейчас активно обсуждают их добычу. Но кто знает, как эти элементы работают в организме?

Вот кто знает, как воздействует тулий? Никто толком не знает, его биологическая роль практически не изучена. А мы выяснили, что уже на уровне травянистых растений он начинает вести себя иначе, чем другие элементы той же группы. Затем он поступает в организм животных и концентрируется в определенных отделах кишечника.

Или диспрозий. Мы обнаружили, что он образует микроминеральные фазы в костях. А европий, по нашим результатам, проявляет сродство к костной ткани, может участвовать в процессах, связанных с кальцием.

И ведь эти металлы все активнее добываются. Значит, они поступают в окружающую среду, включаются в пищевые цепочки и могут накапливаться в организмах. Поэтому нам необходимо понять их биологическую роль.

– Когда слушаешь ваши рассказы об экспедициях, становится даже немного жаль, что не выбрала такую специальность.

– А еще не поздно. Никогда не поздно учиться. Нашу магистратуру иногда называют золотой, потому что туда порой приходят люди старше 50 лет.

У меня много учеников, которые уже самостоятельно занимаются исследованиями. Например, Елена Владимировна Перегудина защитила диссертацию по железорудным месторождениям, Дина Наркович работала с элементным составом волос и крови.

Со Светланой Азаровой сейчас занимаемся изучением токсичности редкоземельных элементов. И тут тоже много интересных задач. Потому что если мы выясним, что какой-то редкоземельный элемент участвует в нарушениях минерализации костей, возникает совершенно практический вопрос: а можно ли его оттуда извлечь? Можно ли таким образом повлиять на состояние костной ткани?

Пока это только научная задача, но очень интересная. Сейчас мы работаем с коллегами, которые изучают костную ткань, разрабатывают материалы для имплантатов.

В общем направлений очень много. У нас большой коллектив, все работают, всем интересно.