Молодые ученые Вышки: Михаил Шишкин

Михаил Шишкин в школе считал теорию вероятностей «рукомахательством», а сейчас использует ее для решения задач в области популяционной генетики. В интервью проекту «Молодые ученые Вышки» он рассказал о том, что геном современного человека может сообщить нам о прошлом, вопросе к автору Великой теоремы Ферма и «Книге узлов» Эшли.

Как я начал заниматься наукой

Довольно случайно. Я отучился полгода на первом курсе, и мой научный руководитель Владимир Львович Щур позвал меня поработать в Международной лаборатории статистической и вычислительной геномики. Я решил задачу, которую он мне предложил, она была не очень сложной. Меня заинтересовала тема геномики, и я продолжил ею заниматься.

Мне никогда особо не нравилась биология, но когда я увидел, что в ней можно применять математические модели, что-то считать, исследовать, получать теоретические результаты, меня это взбудоражило, я понял, что на самом деле это интересно. Например, меня удивило, что узнать что-то о прошлом можно не только исследуя ископаемые и рассматривая рисунки на стенах, но и секвенировав геном современного человека.

Что такое геном

Если мы говорим именно про биологическую часть, то это очень большая молекула, состоящая из последовательности органических соединений — нуклеотидов. В этой последовательности каждое звено может быть одной из четырех букв — A, T, C, G.

Работать с этим сложно. И ученые придумали, как сжать данные. Они сделали последовательность, максимально похожую на последовательность среднестатистического человека, выделив для этого общие места. Данные каждого нового человека сравниваются с этим референсом, и исследуются только те части генома, где есть отличия.

Если общие места закодировать нулем, а мутации — единицей, на основе этой информации компьютер уже может просчитывать какие-то модели, например генеалогические деревья.

Что я исследую

За все время моей работы я занимался примерно одной задачей, но в разных формах. В общем виде она звучит как исследование истории популяций на основе генетических данных современных людей.

Я занимался разработкой нескольких методов, которые позволяют из генетических данных получить оценки параметров миграции людей, живших около 400 лет назад. Один из них позволяет выяснить что-то о двух недавних миграциях, и еще один — узнать, сколько поколений длилась миграция.

Первый метод — он называется LaNeta — довольно простой. У нас есть две генетически разные популяции. 500 лет назад происходит миграция, часть особей из первой популяции бежит ко второй, и дальше они продолжают жить изолированно друг от друга. В смешанной популяции в первом поколении геномы из первой и второй популяции сильно отличаются. Но из поколения в поколение особи начинают друг с другом перемешиваться, и в результате геномы образуют мозаику из кусочков разного происхождения. Наш метод исследует именно то, насколько случайно эти кусочки разбросаны в геноме.

Аналогия такая: если мы только что капнули краски в стакан прозрачной воды, она вся концентрируется в одном месте, и мы ее можем легко увидеть. Но если мы начнем мешать, вся вода станет менять цвет. Мы можем примерно оценить, сколько времени прошло с тех пор, как мы капнули. Чем дольше вода и краска перемешиваются, тем более однородными они становятся. И эту однородность мы оцениваем статистически, смотрим, какая корреляция есть между разными участками в геноме. Если прошло много времени, значит, она будет довольно случайной.

Второй метод (QUAP) основан на похожей идее, но там используется не корреляция между кусочками в геноме, а некоторые статистические параметры из генома — дисперсия, среднее значение. Они тоже со временем меняются и тоже позволяют узнать, в какой степени это перемешивание произошло.

Чем я горжусь

Мне нравится, что мы с командой разработали и описали в статьях методы, которые могут кому-то пригодиться. Также мы написали код, исследователи могут его скачать и применить к своим данным, подтвердить результаты. И в целом мне нравилось заниматься математикой, разрабатывая эти методы.

Сейчас я продолжаю работать в Международной лаборатории статистической и вычислительной геномики. В данный момент мы занимаемся обобщением модели, которая используется в первом методе, чуть-чуть ее подкручиваем, чтобы применять в другом сценарии.

Какой областью математики я занимаюсь

Теорией вероятностей. Когда я учился в школе, она мне не нравилась.

Мы тогда решали задачи типа «Есть девять шаров, один из них красный, какова вероятность его вытащить за две попытки». Начинаем перебирать комбинации, непонятно, какие они должны быть и почему такой-то ответ.

Но с тех пор мое мнение сильно изменилось. Я начал серьезно изучать теорию вероятностей, понял, что это все-таки математика, в ней есть аксиомы, теоремы, доказательства, и все это работает. И теперь теория вероятностей мне даже больше нравится от мысли, что некоторые люди, не очень увлеченные математикой, не думают, что это серьезный раздел.

Для меня математика — это игра. Ты можешь задать предмету основные свойства, и дальше начинается магия: из этих свойств начинают следовать другие, о которых ты даже не подозревал. Еще прелесть математики в том, что одна и та же модель может описывать поведение частот аллелей в геноме и колебание цен ценных бумаг на рынке.

Почему я занимаюсь наукой

Мне просто нравится думать. Я люблю, когда в моей голове что-то вертится. Я могу думать о чем угодно: ехать в лифте и начать размышлять, как построить такую систему управления, чтобы лифты оптимально работали, меньше тратили ресурсов и люди бы ждали их меньше времени. Так же и в математике: сегодня мне интересна алгебра, и я учу алгебру, завтра интересна геометрия — учу геометрию. Если мне пришла в голову мысль, из которой можно получить нечто интересное, то это здорово. В этом смысл занятий наукой для меня.

Человеку нравится пытаться подводить закономерности под вещи, выглядящие довольно хаотичными, преодолевать страх перед непонятным с помощью выявления структуры, даже если она существует только у него в голове.

Почему-то мне кажется, что в природе нет никаких закономерностей, все модели, которые мы к ней прикладываем, имеют ограниченную область действия, в каком-то случае они работают, в каком-то нет. Например, если сегодня у нас взошло солнце, то не факт, что оно взойдет завтра, хотя кажется, что так оно и будет.

И еще можно сказать, что наука — способ общения с самим собой. Ты размышляешь, приводишь свои чувства в порядок, на их основе что-то моделируешь и пытаешься потом эти модели прикладывать к другим вещам, которые ты тоже наблюдаешь. Ты познаешь даже не природу, а свое восприятие. Пытаешься структурировать свой опыт.

Прикладная сторона науки меня гораздо меньше интересует, чем удовольствие от самой деятельности.

Как я борюсь с выгоранием

Самый действенный способ борьбы с этим состоянием — с кем-то пообщаться. Желательно не с человеком из моего круга общения и не по теме, над которой я работаю сейчас. Тема может быть любой — лишь бы можно было подумать в процессе разговора. Если это происходит, это дает мощный заряд и энергию.

Еще очень помогает посещение конференций и выездных школ. В мае я был на выездной школе по стохастическому анализу от своей магистратуры, и это было здорово. Мы провели неделю в санатории «Вороново», слушали лекции и просто гуляли и общались.

Чем я увлекаюсь, кроме науки

Люблю музыку. Чем сложнее, тем лучше: прогрессив-рок, классическую музыку, нравится Рахманинов, например.

Например, ты слушаешь и представляешь большой город, по улицам спешат люди, или темный лес и одинокого путника, или более абстрактные образы. Но это не фантазия в чистом виде, ты плывешь по течению, которое задается музыкой.

Мне нравится творческий подход к прослушиванию. Я перестал слушать музыку фоном, потому что она сильно отвлекает. Я не могу одновременно размышлять о том, что я слушаю, и о том, что решаю. Меня часто раздражает, когда во время прослушивания музыки мне кто-то пишет сообщение, я начинаю отвечать, думаю и пропускаю часть песни. Я хочу знать, что было в тот момент, когда я пропал.

Играть мне тоже нравится. Я играю и чужие произведения, чтобы развить технику, и сочиняю сам. Люблю что-то придумывать, пытаться воссоздать образы, которые я вижу, слышу, чувствую, уже с помощью нот.

И в науке, и в учебе, и в музыке всегда приятно, когда ты новое исследовал и можешь это использовать и получить что-то новое. Например, я выучил блюзовую последовательность, могу ее наиграть, пару аккордов добавить и выразить свою мысль. В математике то же самое. Научился брать корень из -1 — можешь думать над этим и получить еще кучу крутых результатов. Новое знание открывает доступ на новый уровень.

О чем я мечтаю

Я мечтаю о том, чтобы у меня была свобода думать обо всем, о чем хочу, и ничего бы мне не мешало.

Что последнее я читал и смотрел

«Книгу узлов» Эшли. Узел как способ завязывания веревок — это непросто. Тут нужно пространственное мышление. Один и тот же узел может существовать в разных формах, и он будет по-разному работать. Может сразу развязаться, если дернешь, или крепко затянуться.

Что касается кино, недавно я ходил на фильм «Мой пингвин» с Жаном Рено. Главный герой — рыбак, он потерял сына в море и отдалился от мира. Однажды он нашел раненого пингвина, перемазанного нефтью, и решил его спасти. Фильм несложный, приятный и основан на реальных событиях. В Бразилии был дедушка, который так общался с пингвином, тот к нему приплывал каждый год, а через восемь лет перестал. Подразумевается, что пингвин нашел себе семью.

Совет молодым ученым

Лучше попробовать, чем не попробовать. Если не пробовать, точно ничего не будет. А если попробовать, возможно, что-то произойдет. В моей жизни большинство приятных вещей происходили потому, что я вдруг делал что-то, что вообще не собирался. И моя жизнь менялась.

1 of 2

Любимое место в Москве

Хохловский переулок, дом 4, строение 1. Это узкое угловое пространство между двумя зданиями, там ничего нет. Мне нравится история про него. У двух зданий были разные владельцы, и по бумагам этот угол находился в пользовании у обоих. Они долго не могли определиться, что с ним делать. А потом решили: пусть остается пустым. Такой он и сейчас.

Любимое место в Выксе

Выкса Нижегородской области — мой родной город, я туда периодически езжу. В последние годы он расцвел, его начали обустраивать, облагораживать. Любимое место там — парк-лесопосадка. Там сохранились остатки старинных стен, природа сливается с кирпичными строениями, и чувствуется дух старины.