Когда Евгений Евдокимов в 2000 году защищал докторскую диссертацию по специальности “биофизика”, ему предложили на выбор: доктором каких наук он хочет стать - биологических или физико-математических. “Двойного гражданства” ВАК, к сожалению, не признает, и Евгений Васильевич выбрал биологию, свою “родную” науку. Одним из научных консультантов диссертации, от физики, был Александр Шаповалов, а значительный “кусок” диссертационного «кирпича» был написан на базе их совместных работ.

История сотрудничества двух ученых – физика и биолога - началась в далеком Суздале. Они встретились там на международной конференции, познакомились и… выяснили, что оба из Томского госуниверситета, где каждый проработал уже не один десяток лет. Но до этого времени зав.кафедрой теоретической физики ФФ профессор Александр Шаповалов и зав.кафедрой сельскохозяйственной биотехнологии МФСХ, заведующий лабораторией биокинетики и биотехнологии НИИ ББ Евгений Евдокимов о существовании друг друга и не подозревали.

- Мой доклад – точнее мои “потуги” в математике вызвали тогда у Александра Васильевича легкую иронию, – с улыбкой вспоминает Евгений Евдокимов. – Но у него тут же появились кое-какие идеи…

- Да, эта встреча дала толчок нашим исследованиям, – продолжает Александр Шаповалов, - мы прямо там и начали работать. Поначалу все казалось таким простеньким… Но потом стало интересно и удивительно, когда наша теория так точно реализовалась в эксперименте. И это обострило взаимный интерес.

Эволюция по заданному курсу
Что же могло так увлечь одновременно биолога и физика, экспериментатора и теоретика? Речь идет об изучении динамики численности популяций – бактерий, микроорганизмов (это для начала, а в конечном счете и всех других популяций, вплоть до человеческой). Оказывается, можно математически точно рассчитать, как они будут вести себя в зависимости от условий существования, какой численности достигнут через определенные отрезки времени, какие факторы влияют на ее изменение. Если начинает чего-то не хватать (пищи, света, тепла и т.д.), то происходит перераспределение ресурсов в пользу тех или иных генотипов, а это уже микроэволюция.

- И мы поставили вопрос: что же является причиной микроэволюции? – говорит Александр Васильевич. - В физике, например, причиной движения является энергия. А здесь? Мы пришли к выводу, что в данном случае роль энергии играет информация о структуре данной популяции. Если она меняется (за счет внешних и внутренних факторов), то возникает процесс микроэволюции, когда один генотип опережает в развитии другие. Это привело к формулировке новых фундаментальных теорем популяционной динамики, например, к принципу минимизации производства информации в ходе микроэволюции.

Последующие опыты над микроорганизмами показали: теория подтверждается экспериментальной практикой, что для биологии сравнительно редкое явление. Кстати, до сих пор считалось, что задача о динамике популяции в хемостате (приборе для производства бактерий) не имеет решения. Оказалось, имеет, правда, частное. Но для биологии и это значимо. Потому что ее легко реализовать в рамках одной популяции, то есть для производства конкретных микроорганизмов.

Для чего все это нужно? Как полагают Евгений Евдокимов и Александр Шаповалов – “микроэволюция протекает наименее неожиданным способом”. То есть при многих вариантах своего развития популяция выбирает тот, когда ее информация (см. выше) меняется меньше всего. Но если, например, нужно получить штамм бактерий, которые будут служить биостимулятором для растений, или такие бактерии, которые бы “съели” разлитую нефть, очистили сточные воды от формальдегида (и такое возможно), тогда необходимо конкретную популяцию заставить пойти “другим путем”. А для этого нужно предварительно рассчитать, при каких условиях она будет эволюционировать в нужном направлении, и подобрать оптимальный режим для существования этой популяции. Ни много, ни мало, управление эволюционным процессом – такова одна из задач, которую решают Евдокимов и Шаповалов.

Управление хаосом
С этим связано еще одно интересное направление их исследований. Долгое время считалось, что на изменение численности популяции влияют только внешние факторы. Увеличилось количество особей – хороший фактор, уменьшилось – плохой. Оказывается, все не так просто. По современной теории существуют три режима динамики популяции: стационарный (численность не меняется), режим колебания (численность периодически равномерно уменьшается и увеличивается) и так называемый детерминированный хаос, когда амплитуда колебаний очень высока, а сами они непредсказуемы. И факторы, которые действуют на популяцию, переводят ее из режима в режим. Причем начаться новый режим может как с уменьшения, так и с увеличения численности. Поэтому и сами факторы нужно по-иному оценивать. А дальше… Дальше популяция начинает жить по своим законам, и ее колебания зависят уже не от внешних, а от внутренних причин.

- А если причины внутренние, то их можно понять и научиться этим процессом управлять, например, перевести популяцию из хаотического режима в режим равномерного колебания, или вообще в стационарный. Одна из наших опубликованных работ посвящена управлению хаосом в популяционных системах, - говорит Евгений Васильевич.

Судьба человечества
К сожалению, не все местные экологи, с кем доводилось общаться Шаповалову и Евдокимову, эту теорию приняли. Хотя доклад по этой теме на международной конференции зарубежными учеными был воспринят положительно. Детерминированный хаос, нелинейные явления - сегодня во всем мире одна из самых актуальных тем биологии. Дело в том, что по некоторым пессимистическим прогнозам через 20-30 лет в режим детерминированного хаоса может войти… человечество. Если скорость увеличения его численности превысит критическую отметку, то что случится потом, одному Богу известно.

- Сегодня мы можем предсказывать поведение одной отдельно взятой популяции. Но в реальной жизни популяции взаимодействуют, влияют друг на друга. Если одна войдет в режим детерминированного хаоса, это сразу же отразится на других. Изменятся взаимосвязи, могут исчезнуть целые виды. То есть изменится режим экосистемы в целом, и может оказаться, что во вновь созданной экологической системе человечество будет не предусмотрено. Поэтому так важно научиться предсказывать развитие популяций, взаимодействующих друг с другом, и управлять этим хаосом.

Такую вот “страшилку” поведал мне Евгений Евдокимов. Конечно, это только один из путей развития человечества. Можно ли его назвать наименее неожиданным? Трудно сказать, ведь люди – слишком уж сложно организованная популяция… Как пошутил один мой знакомый: “Детерминированный хаос – это, по-моему, наше естественное состояние”. А если серьезно, то и с научной точки зрения не все так грустно.

- На самом деле, любая популяционная структура стремится к самоорганизации, даже в состоянии детерминированного хаоса, - успокаивает меня уже Александр Васильевич. – И она сама способна выйти из него.

Когда-то, в 60-е годы известный биолог Тимофеев-Ресовский заявил, что биология как наука находится на начальной стадии развития, так как нет теоретической биологии. С тех пор прошло почти 40 лет, и сегодняшние достижения генетиков и биофизиков доказали, что теоретическая биология как научное направление стала “де факто”.

- Эта наука уже родилась и набирает силу, – считают Евдокимов и Шаповалов.

А специалистам, умеющим рассчитывать будущее, можно верить.

Наталья ШАРАПОВА