В рамках фестиваля «Наука. Путешествие по России» приуроченного ко Дню российской науки и организованного Советом молодых ученых КНЦ СО РАН и музеем интерактивной науки Ньютон-парк в Красноярске прошел научный бой между учеными города и гостями из Дальневосточного отделения РАН. Слушатели могли узнать о том, как предсказать извержение вулкана и волну цунами, как в космосе восстановить кости или повысить процентное содержание спирта в водке, чем занимаются археологи зимой и что такое цифровые лекарства.
Участников боя было всего 6, по трое из каждого региона. Правила стандартны: на научно-популярное выступление дается 10 минут, а в качестве судей выступают зрители, громкостью аплодисментов голосующие за того или иного исследователя.
Первым выступал директор Информационно-картографического центра Тихоокеанского института географии ДВО РАН кандидат географических наук Кирилл Ганзей с рассказом о вулканах. По его словам, на Дальнем Востоке регулярно происходят какие-то катастрофы, живет большое количество диких зверей и даже иногда падают метеориты, поэтому многие научные работы направлены на то, чтобы минимизировать воздействие различных опасных явлений. А вулканы, само собой, несут множество негативных последствий для хозяйственной деятельности человека и его жизни в целом, например, потери от проснувшегося в Исландии Эйяфьятлайокудля составили 5 млрд. долларов.
— Поскольку уменьшить силу извержения нельзя, многие научные направления занимаются изучением состояния вулкана до извержения и после него, чтобы в перспективе уменьшить негативное воздействие на человека и хозяйственную структуру.
В частности группа Кирилла занимается исследованием вулканов на Курильских островах, а это — 30 крупных островов и 60 действующих объектов. В 2009 году здесь произошло одно из мощнейших исторических извержений — вулкана Сарычева. Ученые собирают информацию, используя космические снимки, потому что эта территория опасна и труднопроходима для частых экспедиций.
— Один из самых интересных показателей — ландшафтное разнообразие. Мы заметили, что после извержения оно резко увеличилось, и стали разбираться — почему? Оказалось, это следствие неравномерного распределения вулканических пород: где-то они оказали большое влияние, а где-то — минимальное, — говорит Кирилл.
По предсказаниям ученых, в 2015 году ландшафтное разнообразие должно сократиться. Это связано с циклической природой этих изменений.
—На основе этих данных мы попытались сделать определенные сценарии. Например, волновой — после извержения ландшафты достигают определенной точки изменений, а затем вновь отступают к какому-то сбалансированному состоянию. Второй сценарий подразумевает, что восстановление прерывается новым извержением. А третий включает в себя катастрофы глобального масштаба. Например, в США предвещают, что извержение Йеллоустонского вулкана станет событием не только для отдельной территории, но и для всей планеты. Хотя и после него тоже постепенно произойдет восстановление ландшафта, — на такой оптимистичной ноте Кирилл завершил свой рассказ.
Старший научный сотрудник Тихоокеанского океанологического института им. Ильичева ДВО РАН (Владивосток) кандидат технических наук Сергей Яковенко изучает другое катастрофическое явление — цунами. В настоящий момент существует две системы для предупреждения о бедствии: береговые сейсмографы и глубоководные датчики изменения гидростатического давления, однако, и те, и другие не всегда успевают заранее проинформировать пользователей. Группа Сергея занимается лазерными деформографами.
— Схема работы такая: пучок лазера разделяется на два зеркала, лучи отражаются и возвращаются, получается интерференция, которая позволяет при движении зеркала регистрировать движение земной коры. В результате у нас есть высокоточный прибор с большим динамическим и частотным диапазоном, — объяснил Сергей.
Возможность предсказать цунами заранее с помощью такого метода связана с тем, что волна в океане движется медленнее (200 метров в секунду), чем распространяется сигнал от землетрясения по грунту (8-10 километров в секунду).
— Если дистанция от прибора до эпицентра составит 1000 километров, то у вас будет один час двадцать минут на принятие решения. Если в мире построить 20 таких деформографов, их в целом уже хватит, хотя, конечно, чем больше, тем лучше, — резюмирует рассказчик.
Другой участник научного боя тоже обратился к будущему, но не такому пессимистичному. Руководитель лаборатории Биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета им В.Ф. Войно-Ясенецкого кандидат биологических наук Анна Замай объяснила слушателям, что такое цифровые лекарства и чем они могут быть нам полезны. Вообще, их уместнее было бы назвать буквенными, потому что кодируются они как А, Т, Г и Ц (аденин, тимин, гуанин и цитозин— составные части ДНК).
— С помощью этих четырех символов можно составить любой код и получить молекулу с заданными свойствами. Например, если нам нужно связать ее с раковой клеткой, мы способны запрограммировать это, причем для конкретного человека с конкретным типом рака. Такие ДНК называются аптамеры, они нужны для адресной терапии. Сейчас уже есть подобные препараты, они продаются в аптеке, но использовать их можно только в больнице, под присмотром врача. Мы сделали цифровые лекарства на основе аптмеров для рака легкого: например, для хирурга, который при операции брызгает нашим лекарством и видит, какую область необходимо удалить и где есть опухолевые клетки. На основе наших разработок можно сделать жидкостную биопсию, которая выявит раковые клетки в кровотоке.
Ученые предлагают использовать аптамеры и для микрохирургии. Существуют специальные нанодиски (менее 50 нанометров), которые вращаются при воздействии магнитного поля. Если к такому диску прицепить аптамер, а затем заставить его работать, то можно, например, разрушить опухолевые клетки в определенном месте. Анна Замай говорит, что у такой технологии есть еще много нерешенных проблем, но согласитесь, перспективы получения подобных лекарств очень воодушевляют.
Младший научный сотрудник Института истории, археологии и этнографии народов Дальнего Востока ДВО РАН (Владивосток) кандидат исторических наук Станислав Прокопец рассказал о профессии археолога. По его словам, работа в этой специальности очень сильно привязана к чередованию времен года. Например, зимой ученый анализирует собранный материал, участвует в конференциях и планирует следующие экспедиции.
— Самое главное — пишется полевой отчет, который затем отсылается в Москву. На него дается специальное заключение, необходимое для Министерства культуры РФ, которое в свою очередь выдает открытый лист на следующие раскопки. Без такого документа археолог не может вести никакой деятельности, — рассказывает Станислав. — Весной в основном проходят разведки и поиск новых археологических памятников. Когда исследователь приезжает на запланированное место, то делает шурф — яму небольшой величины. На Дальнем Востоке, например, метр на метр, в Красноярске — четыре на четыре, потому что артефакты здесь залегают глубже. Шурф дает возможность найти какой-либо археологический материал, если он здесь есть, и получить стратиграфию. Летом практически все специалисты едут на стационарные раскопки, например, крупные могильники.
Следующий претендент на звание самого боевитого ученого переместил нас в космос. Аспирант базовой кафедры биотехнологии Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ, инженер Лаборатории хемоавтотрофного биосинтеза Института биофизики СО РАН Анна Шумилова рассказала о том, какие усилия предпринимаются, чтобы сохранить кости космонавтов в условиях микрогравитации. За 175 дней можно потерять до 13% костной массы, если устраивать далекие полеты, например, на Марс, то и 80%! Чтобы это предотвратить, существует несколько способов, но все из них имеют свои недостатки. Например, физические упражнения в невесомости не обеспечат необходимых нагрузок, сопоставимых с теми, которые возможны на Земле. Продукты с высоким содержанием кальция сложно доставить на орбиту свежими, а лекарственные препараты, призванные восполнить потери этого элемента, очень плохо усваиваются.
Для того, чтобы решить эту проблему, красноярские ученые вырастили в своей лаборатории микроорганизмы, способные запасать в себе биополимер — новый класс медицинских материалов. Он может останавливать размножение клеток, за счет которых происходит разрушение костной ткани.
— Мы сделали прессованные матрицы, которые подходят для восстановления плоских костей (череп, лопатки), микро и макропористые — для восстановления трубчатых костей и пломбировочный материал для восстановления различных костных дефектов. Способности этих веществ были протестированы на лабораторных животных и показали свою эффективность, — рассказала Анна.
Такие соединения помогут не только космонавтам, но и травматологам, потому что биополимеры хорошо совместимы с организмов, останавливают деление клеток, разрушающих кость, и способствуют восстановлению тканей, а также их можно подвергать переработке в разных изделиях.
Старший научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН доктор физико-математических наук Илья Рыжков тоже в некотором роде причастен к невесомости, только он исследует физические свойства смесей в ней.
Смесь – это результат смешения двух чистых веществ, например, спирта и воды. В них могут происходить разные процессы, например, из школьного курса все мы знаем диффузию. В противоположность ей, существует термодиффузия, которая направлена не на смешивание веществ, а на их разделение.
— Возьмем бутылку водки (это, кстати, смесь с соотношением спирта и воды 40 и 60%). Верхнюю часть нагреем до 40 градусов, а нижнюю — охладим до 10, и тогда если мы измерим концентрацию спирта, то сверху она будет 41%, а внизу — 39%.
Все эти процессы ученые исследуют на примере разных смесей, например, один из объектов научного интереса — смесь, содержащая тетрагидронафталин, изобутилбензол и додекан. Эти вещества являются представителями различных классов углеводородов, которые входят в состав нефти, таким образом мы хотим узнать больше информации о такой жидкости, как нефть.
— Наша лаборатория расположена прямо на Международной космической станции (европейский модуль «Коламбус»), мы работаем в рамках проекта, который координируется свободным университетом Брюсселя. Из России в нем участвуют Институт механики сплошных сред УрО РАН и Институт вычислительного моделирования СО РАН.. Мы занимаемся обработкой экспериментальных данных и непосредственным определением коэффициентов, — рассказал Илья. — Подобные проекты нужны не только для получения новых фундаментальных знаний о физико-химических процессах в сложных смесях, но их можно использовать при моделировании распределения компонентов в природных месторождениях нефти.
Путем замера зрительских аплодисментов победителем научного боя стал финальный докладчик — Илья Рыжков, который и получил приз мероприятия: боксерские перчатки.
Юлия Позднякова
Фото: Ирина Якунина
