Крысиное чутье. Как грызуны помогают предсказывать землетрясения на Камчатке? Интервью с сейсмологом Данилой Чебровым

Крысы первыми бегут с тонущего корабля, кошки чувствуют изменения погоды, а собаки предсказывают цунами. Многие люди уверены, что звери знают о стихийных бедствиях наперед. Могут ли животные и в самом деле служить средством прогноза катастрофических событий, а именно землетрясений? Ответ на этот вопрос может дать эксперимент по наблюдению за серыми крысами, который проводят на Камчатке ученые Южного федерального университета и Камчатского филиала Единой геофизической службы РАН. Подробнее об исследовании корреспонденту «Научной России» рассказал директор Камчатского филиала Единой геофизической службы РАН Данила Викторович Чебров.

Справка: Данила Викторович Чебров ― кандидат физико-математических наук, директор Камчатского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук» (ФИЦ ЕГС РАН). Ученые Единой геофизической службы РАН занимаются исследованиями в области сейсмологии и геофизики, ведут непрерывный сейсмический мониторинг по всей России, прогнозируют цунами на Дальнем Востоке и наблюдают за вулканической активностью на Камчатке, а еще следят за медленными геодинамическими процессами в земной коре, деформацией земной поверхности и множеством других скрытых от наших глаз явлений.

― Что вы измеряете в ходе эксперимента?

― Активность мозга серых крыс, в том числе гиппокампа, их сердцебиение, двигательные активности и т.д. Мы получаем данные о состоянии наших подопечных в режиме реального времени. Эту информацию обрабатывают специалисты Центра нейротехнологий ЮФУ (Ростов-на-Дону), где находится основная команда эксперимента, занимающаяся анализом первичных данных мозговой активности крыс и построением технологии прогнозов. Ученые Камчатского филиала Единой геофизической службы РАН, в свою очередь, обеспечивают корректное функционирование этой системы наблюдений и анализируют применение прогнозной технологии (экспертизы прогнозов). Мы также ведем наблюдения за сейсмичностью в регионе и передаем эти данные ростовским коллегам, что позволяет совместно разрабатывать новые алгоритмы обработки данных для создания технологии прогнозирования.

― Как вы понимаете, что крысы чувствуют приближение землетрясения? Они становятся более тревожными?

― Да. Повышение уровня тревожности ― один из основных показателей, на которые мы обращаем внимание. За свою историю люди накопили немало свидетельств о том, что разные животные (не только крысы) становятся беспокойными перед сильным землетрясением. Змеи выползают из своих нор, собаки начинают лаять и убегать из дому и т.д. Примеров множество.

― И теперь их хотят подтвердить экспериментально.

― Конечно. Наша гипотеза заключается в том, что накануне землетрясения животные испытывают некий стресс, и мы можем отследить это состояние. В этом плане норные звери, к которым относятся и крысы, очень удобны, поскольку для них распознать приближение землетрясения, которое может в одночасье обрушить их жилище, ― вопрос жизни и смерти. Кроме того, крысы неприхотливы в содержании и достаточно хорошо изучены во всем мире.

― Но в вашем эксперименте они ведь живут не в норах, а в стенах лаборатории.

― Верно, но наша лаборатория находится в подвальном помещении и контейнеры с крысами практически стоят на грунте. Возвращаясь к нашей гипотезе: крысы могут реагировать на приближение землетрясения как явно (что проявляется в виде тревоги), так и неявно.

Мы пытаемся инструментально зафиксировать изменения на той стадии, когда они еще не отражаются в поведении животных, но проявляют себя, например, в кратковременных нарушениях сердцебиения или сна.

― Эти нарушения проявляются у всех крыс одновременно?

― Мы отмечаем некую синхронность, но пока количества наших наблюдений еще недостаточно для того, чтобы с полной уверенностью делать какие-то статистически обоснованные выводы.

― Как вы определяете, что именно приближение землетрясения вызывает стрессовую реакцию у крыс? Ведь они могут становиться более тревожными из-за конфликтов в своем сообществе или по каким-то другим причинам?

― Наши крысы живут поодиночке, поэтому стресс из-за конфликта внутри группы исключен. Вы задаете вопросы, касающиеся чистоты эксперимента, поэтому я хочу сразу сказать, что он поставлен достаточно грубо, и это было сделано намеренно. Если бы мы ставили этот эксперимент с полной чистотой, то его стоимость была бы просто космической. Разумеется, нам нужно увеличивать количество лабораторных животных и точек наблюдения, но первая задача состояла в том, чтобы продемонстрировать, что исследования по биопрогнозированию перспективны в принципе. До решения основной задачи ― прогнозирования землетрясений на основе реакций животных ― еще очень далеко. Мы в самом начале своего пути. Что касается ложных тревог, то на стадии слепого эксперимента они действительно наблюдались, но на этапе апостериорного анализа данных нам удалось выделить у крыс определенные аномалии в записях мозговой полиграфии и разработать на их основе предвестник землетрясения, который в текущих условиях эксперимента не показывал ложных тревог. Но это не значит, что их не будет в дальнейшем. Такие ошибки (ложные тревоги, пропуски целей и т.д.) несут определенную пользу. Нужно понимать, что если к вам приходит специалист и заявляет, что создал технологию прогноза землетрясений, в которой нет ни ложных тревог, ни пропусков, то это, скорее всего, жулик.

Геофизические поля слишком сложны, и с помощью имеющихся на сегодня технических средств мы еще долго не достигнем приемлемой эффективности в построении прогнозов.

― За сколько дней до землетрясения крысы начинают чувствовать его?

 ― На Камчатке давно не было достаточно сильного землетрясения, чтобы проверить нашу гипотезу, но предварительные данные говорят о том, что первые предвестники события у крыс проявляются где-то дня за три до него. Помимо этого, за пять часов до землетрясения возникают и другие, дополнительные признаки. Все это ― краткосрочные предвестия землетрясения, и к ним нужно относиться с большим вниманием и ответственностью.

― Потому что кроме животных у нас, по сути, сегодня нет других инструментов, позволяющих давать краткосрочный прогноз?

― Я бы так не сказал, потому что исследования в области прогноза землетрясений (по различным геофизическим полям и по большому набору методик) проводятся много лет. Некоторые из этих работ уже показали достаточно интересные результаты, в том числе и по краткосрочному прогнозированию. Но пока что эффективность биогибридных (с применением лабораторных животных) и традиционных инструментальных методов краткосрочного прогноза не сильно отличаются друг от друга в плане эффективности: в обоих случаях она еще недостаточно высока для практического и массового применения.

На самом деле мы не знаем точно, что именно вызывает реакцию у наших подопечных. Для нас они как черный ящик. Я бы сказал, что крысы в данном случае выступают в роли некого интегрального сенсора, дающего отклик на определенную ситуацию, связанную с какими-то физическими полями. Эти поля изменяются в процессе подготовки землетрясений. Поэтому нашим следующим шагом должна стать попытка ответить на вопрос: а на что конкретно реагируют наши живые сенсоры ― серые крысы? Думаю, в будущем это позволит обойтись вообще без использования животных: их заменят инструментальными наблюдениями.

― Но есть хотя бы какие-то догадки о том, что может вызывать реакцию у крыс?

― Чтобы ответить на этот вопрос, нужно проводить дополнительные исследования. Я настаивал на том, чтобы обустроить точку наблюдения на базе комплексной геофизической обсерватории, где регистрируется множество параметров: эманации природных газов, высокочастотный сейсмический шум, магнитное поле и т.д. Это было сделано, и мы получили определенные данные, которые в дальнейшем предстоит проанализировать.

К сожалению, современные технологии наблюдения за геофизическими полями пока еще крайне неустойчивы и дают очень мозаичные данные в области краткосрочных прогнозов землетрясений.

Такие прогнозы, по-видимому, также очень сильно зависят от состояния среды (она сложная, изменчивая и неоднородная), и эти показатели тяжело уловить и учесть в эксперименте.

― А если как-то смоделировать условия, приближенные к землетрясению, и посмотреть, какой из факторов вызывает реакцию?

― Смоделировать все эти факторы и потом воспроизвести их в лаборатории не просто дорого, но и невозможно в принципе. Непонятно, а что конкретно необходимо моделировать? Дело в том, что мы знаем нашу Землю хуже, чем космос. Достоверные данные о том, что находится под землей, получены только из одной точки: это Кольский полуостров, где пробурили скважину глубиной 12 км. Все остальное ― это только наши предположения, хотя они, вероятно, тоже обладают высокой степенью достоверности. Вулканы, например, выносят содержимое Земли на поверхность и дают нам важную информацию о строении планеты и ее геодинамических процессах, но у нас нет деталей, позволяющих провести действительно качественное моделирование.

Поэтому крысы, приобретшие в ходе эволюции способность чутко реагировать  на сейсмические события, могут дать ключ к пониманию того, как ставить инструментальные наблюдения для прогноза.

― К слову об эволюции. Биолог Н.Н. Воронцов писал, что в сейсмически активных районах наблюдаются наиболее высокие темпы видообразования. Вы как-то сталкивались с этим при исследовании землетрясений?

― Так как я не биолог, то не могу дать точный ответ на ваш вопрос, но могу предположить, что это вполне возможно. Думаю, корректнее говорить не о сейсмически активных, а о геодинамически активных районах. Эта среда отличается большой изменчивостью, и локальные катастрофы там могут приводить к более ускоренному видообразованию. У всех биологов на слуху примеры обособления, а затем и появления новых видов в изолированных озерах. Такие водоемы как раз могут образовываться после землетрясений или извержений вулканов.

― Как часто на Камчатке бывают землетрясения и сколько уже длится ваш эксперимент?

― Незначительные землетрясения происходят здесь каждый день, а сильные ― гораздо реже. Чтобы вызвать заметные сотрясения в районе размещения наших сенсоров, событие должно быть достаточно сильным. Такие случаи на Камчатке регистрируются около десяти раз в год, а по-настоящему мощные землетрясения, необходимые нам для эффективного биопрогнозирования, происходят и того реже: примерно раз в год. Как видите, несмотря на то что Камчатский край считается одним из самых сейсмически активных на планете, землетрясений, которые бы подходили для наших экспериментов, здесь не так много. Набрать приемлемую статистику не получается даже за целый год непрерывной работы. Выходом из этой ситуации может стать увеличение количества точек наблюдения, но это сделает наш эксперимент более дорогим. Что касается сроков, то мы начали эксперимент в 2023 г. и в скором времени он будет продолжен. Слепая часть эксперимента закончилась в конце мая прошлого года. Повезло, что в это время на Камчатке прошла серия достаточно сильных землетрясений и нам удалось дать несколько эффективных прогнозов.

― Похоже, ваш эксперимент может стать долгоиграющим, как исследования по одомашниванию лис Д.К. Беляева, которые начались в 1959 г. и продолжаются до сих пор.

― Пока сложно сказать. Мало того что необходимое нам мощное землетрясение бывает не чаще одного раза в год (а то и реже), так оно еще и может произойти достаточно далеко от Петропавловска-Камчатского, и тогда никто его не почувствует: ни наши крысы, ни люди. Как я уже сказал, для большей эффективности было бы хорошо открыть дополнительные точки наблюдений в разных местах и нанять достаточное количество сотрудников, готовых не только заниматься проведением эксперимента, но и постоянно ухаживать за животными. Далеко не каждый ученый готов положить свою жизнь на то, чтобы годами наблюдать за крысами, и это точно не входит в обязанности Единой геофизической службы РАН. Как видите, у нашего эксперимента есть организационные сложности, которые мы совместно с коллегами пытаемся преодолеть.

Что касается сроков эксперимента, то работа геофизиков (наблюдение за геофизическими полями) в принципе не вписывается в какую-то проектную деятельность, связанную с определенными циклами. Землетрясения на Камчатке инструментально исследуют с 1962 г., в то время как сам сейсмический цикл в регионе исчисляется сотнями лет. На текущий момент мы еще даже не изучили то, как в контексте региона устроен сейсмический режим событий планетарного масштаба.

Прогнозы о том, как устроена природа, мы делаем лишь на основании краткого по геологическим меркам мига.

Мы только чуть-чуть приоткрыли завесу тайны, и на то, чтобы сделать это, были положены жизни нескольких поколений ученых. Боюсь, что для более детальных геофизических исследований региона нам нужны не десятки лет наблюдений, как в случае с лисами Д.К. Беляева, а тысячи!

Возвращаясь к нашим крысам, было бы интересно определить, какие из них более сейсмочувствительны, и в будущем вывести чистую линию таких грызунов.

Пока что мы экспериментально продемонстрировали принципиальную возможность биопрогнозирования. Нам повезло: обстоятельства сложились так, что несколько команд нашли друг друга. В этом нам очень помог Фонд перспективных исследований. Они внимательно следили за нашей работой, направляли ее и выделили необходимое финансирование. В этот проект было вложено много сил, и я очень благодарен всем его участникам.

― Какие еще животные, помимо крыс, могут быть полезными для прогноза землетрясений?

― В первую очередь норные животные. Желательно, чтобы это были локальные виды, достаточно долго живущие в районах с высокой сейсмической активностью. Крысы, в свою очередь, удобны тем, что они распространены повсеместно. Было бы также интересно поработать и с эусоциальными животными, чтобы понаблюдать за реакциями целого коллектива. Получился бы своеобразный суперсенсор. Я думаю, что наблюдения за популяцией людей тоже могли бы дать интересные результаты. Ну а пока мы работаем со старыми добрыми крысами и, как я уже говорил, видим, что они реагируют на процессы подготовки землетрясения. Все это требует дальнейшего изучения. Я не хочу, чтобы сложилось впечатление, будто мы решили проблему. Напротив, мы только поставили ее. Один эксперимент проведен, впереди ― второй. Мы постараемся сделать его непрерывным, чтобы он длился около трех лет, и посмотрим, что получится. Возможно, нам удастся открыть дополнительные точки наблюдения, переговоры по этому вопросу уже ведутся. Так что впереди еще много работы.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ