В августе этого года наконец-то свершилось то, о чем рассуждали не один года на самом высоком политическом уровне: Китай официально объявил о создании судоходного маршрута через Северный Ледовитый океан в качестве альтернативного пути в европейские порты. Первый контейнеровоз Dubai-Tower вышел из порта Нинбо-Чжоушань в направлении портов Великобритании, Нидерландов и Германии, везя туда высокотехнологичное оборудование и литий-ионные аккумуляторы. Российская государственная компания «Росатом» уже выдала разрешение на проход целой серии китайских судов на этот навигационный сезон (разрешения на проход по Северному морскому пути выдает агентство, действующее при указанной госкорпорации).  

В условиях нестабильной обстановки на Ближнем Востоке, когда торговые суда подвергаются обстрелам, альтернативный северный маршрут уже стали открыто называть «Полярным шелковым путем» Китая, который начинается в Нинбо на восточном побережье этой страны, пересекает Северный полярный круг, проходя вдоль северного побережья России, а затем поворачивает на юг в Северное море и заканчивается в Феликстоу на востоке Англии.

Если смотреть на карту, то из-за искажений проекции может показаться, будто данный маршрут намного длиннее традиционного южного маршрута. На самом деле это не так. Время в пути от Шанхая или Нинбо до портов на севере Европы составляет здесь от 18 до 22 дней, тогда как традиционный маршрут через Суэцкий канал занимает примерно 40 дней. Кроме того, на сегодняшний день Арктический маршрут полностью избавлен от геополитических рисков и так называемых «узких мест», навязанных американцами (например, проход через Малаккский пролив). Торговые суда идут в наших северных водах под контролем российского ледокольного флота, что исключает угрозы пиратства и военных блокад.

Есть и другое преимущество – арктический холод, который естественным образом охлаждает трюмы кораблей. Такая температура во время дальних перевозок критически важна для многих видов товаров, включая электронику и литий-ионные аккумуляторы, которые очень чувствительны к перегреву во время прохождения через сильно нагретые воды Индийского океана (из-за чего необходимо тратиться на искусственное охлаждение).

Разумеется, с Северным морским путем далеко не всё идеально. Есть и проблемные моменты, связанные с объективными обстоятельствами. Первое, это фактор сезонности. Несмотря на глобальное потепление, навигационное окно без мощной ледокольной проводки ограничено периодом с июля по октябрь. Круглогодичная навигация в восточной части Арктики для обычных грузовых судов без сопровождения ледоколов пока что технически невозможна. При этом ледокольный флот России остро нуждается в пополнении новыми кораблями, в силу чего обеспечить круглогодичную навигацию не представляется возможным. Поэтому в зимнее время китайские компании вынуждены будут переключаться на традиционные южные маршруты.

Другая проблема связана с габаритами торговых судов. Международная контейнерная логистика держится на гигантских кораблях, неспособных перемещаться через мелководные северные проливы (например, пролив Санникова) и в ледовых условиях. Поэтому здесь приходится использовать относительно небольшие суда, что заметно увеличивает себестоимость перевозки одного контейнера.

Следующая проблема: отсутствие на большей части маршрута оживленных рынков. Дело в том, что корабли по южному пути из Азии в Европу часто заходят в порты Индии, Ближнего Востока и Средиземноморья, постоянно выгружая товары и загружая новые контейнеры. По Северному морскому пути судам придется двигаться «до упора»: из точки А в точку Б вдоль практически безлюдного побережья, что сильно снижает гибкость коммерческой загрузки.

Тем не менее, несмотря на указанные сложности, Северный морской путь уже превратился в реально действующий сезонный экспресс-коридор, важность которого для мировой торговли возрастает по мере обострения ситуации на Ближнем Востоке. Говорить о полноценной конкуренции с Суэцким каналом пока что рано. Поэтому в ближайшее десятилетие этот маршрут будет развиваться как специализированная высокотехнологичная ниша для быстрой доставки в летние месяцы дорогих грузов (электроника, автокомпоненты, оборудование для ВИЭ-генерации и т.д.), а также как надежный стратегический дублер на случай мировых кризисов.

Показательно, что «Росатом» намеревается обзавестись сверхмощными атомными ледоколами класса «Лидер», чтобы в перспективе обеспечить круглогодичную навигацию для больших судов, например, для коммерческих танкеров-газовозов шириной до 50 метров (нынешние ледоколы имеют ширину 34 метра). То есть российская сторона делает ставку на то, чтобы превратить Северный морской путь в круглогодичную скоростную магистраль. Из-за дефицита мощных ледоколов в зимние месяцы на этом маршруте возникают вынужденные простои. Удастся ли решить эту задачу «Росатому», время покажет (пока что введение в строй новых ледоколов класса «Лидер» затягивается по ряду причин).

Интересно, что западные обозреватели не склонны переоценивать значение северного маршрута, подчеркивая, что он никогда не станет полноценной альтернативой традиционному маршруту через Суэцкий канал. Дескать, прецедент серьезный, но особо переживать нечего.

Несмотря на это, запуск регулярной китайской контейнерной линии через Северный морской путь вызвал у западных политиков резкую и тревожную реакцию, которая обнажила серьезные разногласия между политической линией нынешнего Вашингтона и выжидательной позицией европейского бизнеса. Официальные лица на Западе рассматривают этот шаг со стороны Китая отнюдь не как чисто коммерческий проект, а как оформление «Полярного шелкового пути» Пекина и Москвы, выводящий цепочки поставок критически важных компонентов из-под контроля западных стран.

Так, для руководства США появление китайских торговых судов в Арктике является откровенным геополитическим вызовом, поскольку арктическую зону американцы считают своим северным флангом. Белый дом выразил опасение, что под прикрытием контейнеровозов Китай будет тайно тестировать маршруты для развертывания своего военно-морского присутствия на североатлантических рубежах.

В этой связи администрация Трампа вновь поставила вопрос о необходимости фактического перехода Гренландии под контроль США, аргументируя это угрозой безопасности западного судоходства. По ходу дела американцы быстро заключили оборонное соглашение с Финляндией по совместному строительству ледокольного флота.  При этом американское руководство открыто признало, что на данный момент США сильно отстает от России и Китая в техническом освоении полярных вод.

Весьма симптоматичной оказалась реакция руководства ЕС. Учитывая, что конечной точкой маршрута китайского торгового судна являются европейские порты, отметать с ходу данный маршрут было бы нелепо по чисто прагматическим соображениям. И тем не менее, новое руководство европейской дипломатии выразило «обеспокоенность» по поводу того, что Китай может превратить северный маршрут и данную логистическую цепочку в «геополитическое оружие». Не имея юридических оснований запретить проход судов через суверенные воды России, руководство ЕС (как обычно) пытается использовать экологический прессинг, подключая к критике проекта соответствующие организации и эко-активистов. В западных СМИ уже начали обвинять китайских операторов в нарушении хрупкой арктической экосистемы и использовании тяжелого мазутного топлива, запрещенного в данном регионе. Такое давление со стороны регуляторов ЕС уже повлияло на крупнейших европейских морских перевозчиков, объявивших бойкот Северному морскому пути.

Однако, несмотря на жесткую риторику политиков, европейские порты всё равно принимают китайские суда, поскольку традиционные маршруты оказались парализованными: из-за кризиса в Красном море Суэцкий канал стал опасным, а обходной путь через Африку обходится бизнесу слишком дорого.

В силу указанных причин проход китайских судов по северному маршруту породил юридическую дилемму: сама перевозка легальна, а вот оплата ледокольных сборов «Росатому» балансирует на грани нарушения западных санкций. Поэтому юридические отделы европейских импортеров стараются всеми силами избежать вторичных санкций со стороны США.

В целом же данный прецедент уже начинают трактовать как геополитическое поражение Запада в Арктике. Санкционная блокада так и не смогла остановить развитие Северного морского пути, а экономические выгоды заставляют даже европейские порты становиться конечными точками нового, неподконтрольного Западу логистического коридора.

Самое забавное, что, когда из-за боевых действий образовался затор в Ормузском проливе, Госсекретарь США Марк Рубио предложил миру искать новые обходные пути. Однако вряд ли он имел в виду Северный морской путь. Но случилось именно так. Хотя, если бы американские лидеры внимательно отслеживали исследования китайских ученых на тему «обходного» северного маршрута (которые публикуются уже давно), они бы не испытали такого конфуза.

Андрей Колосов

Изображение создано нейросетью

Учёные Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) и Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») разработали методику исследования кристаллической структуры материалов непосредственно в процессе трения. Она поможет выяснить, как возникают и развиваются дефекты, приводящие к изнашиванию деталей. Следующий шаг – подготовка экспериментов для решения промышленных задач, в том числе повышения ресурса рельсов.

Об этой работе на брифинге в рамках международной конференции «Синхротронные исследования: Наука, Знания, Инновации, Будущее» (SKIF-2026) 19 октября рассказал научный сотрудник НГТУ и ЦКП «СКИФ», кандидат технических наук Кемал Эмурлаев.

При трении меняется не только поверхность детали, но и структура её приповерхностных слоёв. Накапливаются дефекты кристаллического строения, могут формироваться новые фазы. Эти преобразования влияют на свойства материала и его сопротивление изнашиванию. Изучая образец только после испытаний, исследователь видит итог, но не всю последовательность изменений.

Новая методика объединяет испытания на трение с регистрацией дифракционных картин с помощью синхротронного излучения. Предполагается, что по ним можно отслеживать фазовый состав, параметры кристаллической решётки и развитие дефектов непосредственно во время нагрузки.

Для экспериментов в НГТУ разработали специализированную машину трения со схемой «штифт – диск». Работоспособность установки и методики подтвердили в Европейском центре синхротронного излучения в Гренобле. Один из перспективных прикладных сценариев связан с рельсовым хозяйством. Здесь важно изучать контактную усталость при трении качения с долей проскальзывания. Учёные прорабатывают концепцию установки, которая позволит контролировать этот параметр и наблюдать за изменениями материала.

«Сейчас мы уже с ними прорабатываем техническое задание для проведения эксперимента, чтобы выявлять причины износа материалов, контактной усталости и повысить ресурс этих материалов», – рассказал Кемал Эмурлаев об интересе представителей отрасли.

Кроме того, в НГТУ уже изготовлена и проходит испытания установка для изучения материалов в условиях удара, качения и проскальзывания. Её планируют адаптировать для работы на «СКИФ». Интерес к таким испытаниям, по словам Кемала Эмурлаева, проявил Челябинский металлургический комбинат.

Фото - сайт ksonline.ru

Знаменитый предприниматель Стив Джобс, выступая в июне 2005 года на вручении дипломов выпускникам Стэнфорда, неожиданно вспомнил одно уникальное издание, связанное с контркультурным движением конца 1960-х и начала 1970-х годов. Это был широко известный в Америке «Каталог Всей Земли» (Whole Earth Catalog, WEC) – объемный справочник полезной информации, получивший распространение среди тогдашних хиппи. Джобс назвал его «одной из библий» своего поколения и сравнил с Интернет-поисковой системой Google, только в бумажном варианте.

В нашей стране движение хиппи до сих пор воспринимается слишком однобоко. По привычке их изображают как волосатых аутсайдеров, предпочитающих беззаботную жизнь, курящих марихуану и воспевающих ненасилие и свободную любовь. Как правило, за скобки выносится очень важный аспект их деятельности, прямо связанный… с сельским хозяйством!

Наверное, немногие из нас в курсе, что хиппи были ярыми сторонниками так называемого «органического земледелия» (то есть земледелия, где не применяется агрохимия). Именно они сформировали в США спрос на «органические» продукты питания, поспособствовав бурному развитию данного направления (которое в наши дни уже не ассоциируется с хиппи, став самостоятельным и весьма прибыльным сегментом экономики). Мало того, хиппи создали альтернативную систему распространения товаров от небольших производителей к покупателям, минуя посредников в виде крупных торговых сетей. А по большому счету, еще до появления Интернет-торговли они смогли сформировать ее основные контуры.

Какую роль сыграл в этом деле упомянутый выше «Каталог Всей Земли» и как он связан с движением хиппи?

Начнем с того, что в это движение вовлекались на какие-нибудь малограмотные маргиналы. Наоборот, его костяком были достаточно образованные люди из вполне благополучных семей, где было немало технической интеллигенции. В основной массе своей они были типичными горожанами, которых не устраивал современный индустриальный уклад, якобы навязанный людям алчными представителями крупного капитала. Именно против этого «капиталистического» уклада – со всей его системой ценностей - и взбунтовалась тогдашняя западная молодежь, породив то, что в социологии обозначается как «движение контркультуры». Американские хиппи оказались в авангарде этого движения.

Напомним, что эти молодые бунтари выдвинули лозунг: «Back-to-the Land» («Назад к земле»), после чего начали целыми коллективами покидать города, обустраиваясь на необжитых местах. Однако этот романтический настрой быстро столкнулся с суровой реальностью. Выяснилось, что типичным горожанам не так-то просто начинать жизнь с нуля в диком лесу или в поле. Срочно потребовались необходимые знания и навыки, способствующие на первых порах банальному выживанию. А к этим знаниям требовались конкретные физические инструменты.

Собственно, именно так у этих бунтарей сформировался спрос на практически полезную информацию. Здесь-то и пригодился упомянутый «Каталог», первый выпуск которого пришелся на 1 сентября 1968 года (последний выпуск состоялся в 1972 году). Идея такого издания принадлежит биологу, фотографу и писателю Стюарту Бранду. Бранд разделял философию контркультурного движения и стал первым редактором «Каталога», фактически, сказав новое слово в деле продвижения полезных товаров («инструментов», по выражения самого Бранда). Принципы, лежащие в основе такого продвижения, сегодня широко используются как раз в Интернет-торговле. 

Считается, что прообразом «Каталога» был магазин на колесах, наполненный инструментами. На этом грузовике Бранд со своей супругой разъезжали по стране в составе коммуны хиппи, участвуя в образовательных ярмарках. Позже возникла идея создать своего рода «печатную версию» такого автомагазина, куда можно поместить инструментов в десятки раз больше (отметим, что слово «инструмент» в трактовке Бранда предполагал не только физические орудия, но также полезные книги, чертежи и даже идеи).

Суть замысла заключалась в том, чтобы с помощью «Каталога» люди могли напрямую связываться с поставщиками товаров. При этом издатель брал на себя и образовательную функцию, рекомендуя именно те инструменты, которые, по его убеждению, реально хороши и позволят решить ту или иную задачу. Например, облегчат бурение колодца или помол муки. В каждом разделе «Каталога» были собраны обзоры лучших инструментов и книг – с изображениями, характеристиками, описанием способов применения и, что особенно важно, отзывами тех, кто ими уже пользовался. Другой важный момент: часть товаров читатель мог заказать непосредственно через этот каталог (то есть существовала прямая связь между «Каталогом» и поставщиком конкретного товара). По идее, там должен был находиться максимальный перечень инструментов, охватывающих практически все стороны самостоятельной (автономной) жизни. В конце книги помещался обширный указатель (индекс), по которому читатель мог быстро найти то, что ему было нужно. Именно эта модель, по замечанию Стива Джобса, как раз и роднит WEC с поисковой системой Google.

В «Каталоге» также размещались статьи на актуальные темы, связанные с важными событиями, с важными изобретениями, с описанием каких-то полезных устройств и т. д.  Например, уже тогда WEC поддерживал тему создания персональных компьютеров, публикуя материалы о компьютерных клубах и размещая информацию о новейших моделях калькуляторов. Помимо этого, делались обзоры программного обеспечения для домашних компьютеров. Также публиковались просьбы к подписчикам поддержать те или иные общественные инициативы, адресованные властям. Так, в номере, вышедшем в марте 1969 года, было обращение к читателям направить президенту Никсону письмо с настоятельной просьбой объявить всю планету Земля «национальным парком». Немалое внимание уделялось и теме экологии.

Данная форма коммуникаций, выстраиваемая создателями «Каталога», является (как нетрудно заметить) прообразом современных цифровых платформ, где существует возможность «перекрестного» общения в режиме онлайн. То есть WEC, по сути, заложил данный формат на бумаге и в таком - «бумажном» - варианте выполнял те функции, которые позже стали осуществляться через Интернет.

Бранд был уверен, что для нараставшего контркультурного движения полезная информация сама по себе является ценным товаром. Фактически, еще до появления Интернета он создал прецедент размещения на бумажном носителе пользовательского контента, созданного без привычной навязчивой рекламы. Выражаясь по-современному, он создал прообраз блогосферы. Поэтому неудивительно, отмечают исследователи, что «Каталог» и его более поздние вариации исчезли после того, как Интернет вошел в повседневную жизнь людей. Причина проста: задачи, которые первоначально решались через бумажные носители, гораздо лучше решаются через «цифру». Но основные принципы, еще раз подчеркнем, впервые были реализованы на бумаге еще до Интернета.

Важно отметить, что с помощью «Каталога» утверждалась новая концепция товара, отражающая мировоззрение представителей контркультурного движения. Для Бранда и его единомышленников товар рассматривался не как показатель статуса владельца, а как средство обретения личной свободы. Если ты покупаешь лопату, топор, бур или чертеж ветряка, то ты делаешь это не для наживы корпораций, а для того, чтобы выйти из их системы. Приобретенный инструмент, с точки зрения этой философии, позволял молодым бунтарям добиться автономии. Следовательно, продажа такого товара воспринималась как путь к свободе. В этом плане хиппи выступали не против торговли как таковой, а против засилья крупных корпораций. Отсюда – поддержка мелких («крафтовых») производителей. По этой причине WEC никогда не поддерживал товары массового спроса, «штампуемые» крупными корпорациями. Напротив, он стал витриной для сотен мелких фермеров, независимых книжных издательств и всевозможных «гаражных» изобретателей и мастеров. Так выстраивалась (в понимании хиппи) «альтернативная экономика» горизонтальных связей. И в этом случае «Каталог» выступал скорее не как магазин, а как информационный сервис.

Таким образом, отринув «буржуазную систему», молодые бунтари, отойдя от наивного романтизма начальной поры, начали вполне прагматично строить свой новый мир, где ключевым моментом стала «сознательная торговля». Вчерашние хиппи стали открывать первые кооперативы «органической» еды, магазины солнечных панелей, а позже – создавать IT-стартапы в Кремниевой долине. Деньги уже не воспринимались злом, если они направлялись на развитие человеческого потенциала.

Показательным моментом является то, что значительная часть прибыли от продаж «Каталога» (а он издавался миллионными тиражами) шла на поддержку IT-инфраструктуры – закупку серверов, компьютеров и оплату телефонных линий. И в 1985 году Бранд запустил первую цифровую экосистему The WELL, которая фактически сформировала современную культуру Интернета.

Такая связь между пропагандой «органического земледелия» и цифровыми технологиями может показаться парадоксальной (учитывая, что в нашем сознании эти вещи никак не ассоциируются). Но это только на первый взгляд. Если учесть, как представители контркультурного движения понимали компьютеризацию, всё сразу становится на свои места. Но об этом – в другой раз.

Константин Шабанов

В новосибирском Академгородке начала работу международная конференция «Синхротронные исследования: Наука, Знания, Инновации, Будущее» (SKIF-2026), приуроченная к открытию Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»).

Организаторы отметили, что несмотря на санкции в отношении России и значительное сокращение научного сотрудничества с странами Запада, интерес к нашим ученым в мире сохраняется и ввод в строй такой передовой инфраструктуры, как «СКИФ» только увеличивает его.

Наиболее радикальную позицию в этом отношении высказал вице-президент Российской Академии наук академик РАН Степан Калмыков, приехавший на открытие конференции.

«В случае со «СКИФОМ» санкции нам очень помогли, я считаю, что, если бы их не было, их стоило бы самим изобрести. Потому что, из-за санкций мы почти на 100 процентов сделали его силами своих научных институтов и предприятий. И теперь наша страна обладает технологиями, материалами своего производства, которые востребованы в промышленности. Мы умеем делать то, что умеют считанные страны в мире и делаем это на сопоставимом с ними уровне. А это не только дает нам определенный технологический суверенитет, но и повышает интерес к сотрудничеству с нами у других стран», - подчеркнул он.

Впрочем, и сам «СКИФ» должен стать источником создания новых технологий, материалов, знаний, выступив «драйвером» технологического развития отечественной экономики, о чем неоднократно было сказано во время открытия конференции. В последующие дни на конференции планируют детально обсудить конкретные исследовательские проекты на станциях сибирского синхротрона, первая из которых должна заработать до конца этого года, а до конца следующего - планируется запустить все станции первой очереди, сообщил директор Института катализа Сибирского отделения РАН (застройщик и заказчик СКИФа) академик РАН Валерий Бухтияров.

Исследовательский центр в сфере искусственного интеллекта Новосибирского государственного университета (Центр ИИ НГУ) завершил этап разработки алгоритмов для мониторинга атмосферного воздуха по заказу ООО «СитиЭйр». Решения позволяют повысить точность обработки показаний датчиков и снижают требования к самому вычислительному оборудованию. Полученный опыт создаёт основу для более широкого применения технологий центра в городских мониторинговых сетях.

О результатах совместной работы рассказал старший научный сотрудник Центра ИИ НГУ, кандидат технических наук Владислав Александрович Перепёлкин после презентации поста мониторинга атмосферного воздуха в Октябрьском районе Новосибирска. Пост был установлен на территории ФГБОУ ВО «НГАСУ (Сибстрин)» и дооснащён автоматизированным измерительным оборудованием. Мероприятие организовало Министерство природных ресурсов и экологии Новосибирской области.

— Работа была принята заказчиком, так что это завершённый этап работ по проекту, — отметил Владислав Александрович.

Система экологического мониторинга получает сведения о температуре воздуха, его составе, скорости и направлении ветра. Однако показания датчиков требуют обработки, прежде чем на их основе можно будет оценивать состояние атмосферы. На результаты измерений влияют температура, влажность и изменение этих параметров. Поэтому лабораторная калибровка не всегда обеспечивает одинаковую точность оборудования в разные сезоны и в разных климатических условиях.

Дополнительная проблема — постепенное изменение характеристик сенсоров вследствие физических и химических процессов. Со временем оборудование может давать менее точные показания, что требует повторной калибровки, обслуживания или замены. Специалисты центра разрабатывают адаптивные алгоритмы, которые учитывают внешние условия и помогают компенсировать часть этих изменений.

— Искусственный интеллект за счёт анализа истории наблюдений может отчасти компенсировать эти искажения и повышать точность конечного результата вычислений, — пояснил Владислав Александрович.

Другой частью задачи стало снижение вычислительной сложности обработки данных. По словам исследователя, классические методы нередко узкоспециализированы и требуют значительных вычислительных ресурсов. Применение искусственного интеллекта должно сделать анализ более гибким и открыть возможности для создания компактных программно-аппаратных комплексов, которым не нужны мощные компьютеры.

В перспективе такие устройства можно будет размещать на небольших площадках, в том числе на опорах городской инфраструктуры. Это позволит расширять сеть наблюдений без строительства отдельного павильона для каждой точки ведения наблюдений.

Для Центра искусственного интеллекта НГУ этот проект важен как переход от научных исследований к выполнению прикладных задач заказчика. Накопленный задел позволит адаптировать решения для других сетей мониторинга, хотя каждый новый проект потребует учёта условий эксплуатации и характеристик оборудования.

— Центр искусственного интеллекта получил соответствующий опыт. На основе этого задела можно разработать аналогичные решения для новых задач, — подчеркнул Владислав Александрович.

Текст и фото - пресс-служба Новосибирского государственного университета

Как мы уже упоминали ранее, сегодня в мировых СМИ – на фоне беспрецедентной европейской засухи - бурно обсуждается тема грядущего голода и прочих напастей, связанных с участившимися волнами аномальной жары. Причем, проблемы в сельском хозяйстве обострились не только в Европе (где уже намечается значительное падение урожайности традиционных зерновых, а также фруктов и винограда).  Ситуация в некоторых азиатских и африканских странах выглядит еще более драматично. Здесь проблемы для сельского хозяйства создают не только убийственная жара и засуха, но и аномальные осадки и ливневые паводки, наносящие ущерб сельхоз угодьям.

В настоящее время синоптики ООН выделяют как минимум 45 стран, где нехватка продовольствия может стать очень острой. Согласно прогнозу, до конца следующего года примерно 50 миллионов человек рискуют столкнуться с голодом. Это количество добавится к еще нескольким сотням миллионов людей, которые уже сейчас испытывают нехватку еды из-за сильной многолетней засухи, поразившей африканские страны, а также из-за боевых действий в районе Персидского залива (толкающих вверх цены на зерно).

Проблемы из-за погодных аномалий испытывает сельское хозяйство и нашей страны, включая южные регионы Западной Сибири (о чем мы писали). Однако, несмотря на определенные сложности на текущем этапе, в целом перспективы сибирских регионов в свете глобального потепления выглядят достаточно оптимистично. Таково мнение ученых, которые на данный момент единодушны в том, что Сибирь может ощутимо выиграть от климатических изменений.

Надо сказать, что такого же мнения еще полвека назад придерживался выдающийся советский климатолог с мировым именем Михаил Будыко. В свое время мы ему уже посвящали несколько публикаций. Напомним, что именно Михаил Будыко внес решающий вклад в саму теорию глобального потепления, вызванного антропогенными факторами. Самое интересное, что он заявлял об этом еще тогда, когда в мировом научном сообществе была популярна теория глобального похолодания, сформулированная ведущими американскими и европейскими климатологами. Последние утверждали, будто Земля движется к очередному ледниковому периоду, который будет вызван промышленными выбросами аэрозолей (пыли и сажи). Наш ученый вступил с ними в жесткую полемику, указывая на то, что аэрозоли быстро вымываются осадками. Что касается выбросов углекислого газа, то он накапливается в атмосфере столетиями, создавая парниковый эффект. Фактор углекислого газа, считал Будыко, многократно перевешивает влияние на климат аэрозолей. Отсюда следовал вывод о неизбежности глобального потепления.

Как прогнозировал ученый, глобальное потепление будет происходить неравномерно. Активнее всего данный процесс начнет разворачиваться в высоких широтах, захватывая Сибирь. Прежде всего будут расти зимние и ночные температуры, благодаря чему сибирский климат станет мягче. В 1988 году, выступая в Гамбурге на международной научной конференции, он прямо заявил о том, что глобальное изменение климата превратит тундру в высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья. По тогдашним расчетам ученого, границы зон, пригодных для эффективного земледелия, в ходе глобального потепления сдвинутся далеко на север. Это позволит нашей стране значительно расширить посевные площади и собирать рекордные урожаи.

Кроме того, Будыко предсказал стремительное сокращение ледяного покрова Северного ледовитого океана. По его оценкам, к 2020 году почти половина многолетних льдов будет потеряна. Данный прогноз сбылся с поразительной точностью. Примечательно, что буквально в нынешнем году китайское руководство презентовало маршрут Северного морского пути (из Китая – в Европу), который примерно на 40% короче южного морского пути через Суэцкий канал (14 тысяч км против 23 тысяч км). Этот прогноз также был сделан нашим ученым. И как мы можем судить, теперь он с точностью сбывается.

Тревожным моментом вплоть до сегодняшнего дня является таяние вечной мерзлоты, способное повлечь за собой инфраструктурные разрушения (здания, мосты, автотрассы, трубопроводы). Данная проблема существует уже не первый год. Она несет ощутимые убытки и вызывает у российского руководства наибольшую обеспокоенность. Понятно, что Михаил Будыко осознавал такие риски. И все же он не преувеличивал их значения, полагая, что временные локальные трудности, связанные с просадкой грунтов, станут незначительной ценой за те колоссальные выгоды, которые получит в итоге наша холодная страна и сибирские регионы – в особенности. Приобретение гигантских массивов плодородной земли – серьезная удача для страны. Особенно в условиях, когда традиционные сельскохозяйственные регионы планеты терпят упадок.

Тема изменения агроклиматических ресурсов Сибири вследствие глобального потепления стала серьезно изучаться в нашем столетии. Достаточно привести коллективное исследование «Agroclimatic potential across central Siberia in an altered twenty-first century» 2011 года, проведенное российскими учеными и их американскими коллегами в рамках совместного проекта NASA, РАН и других мировых агентств, изучающих климатические изменения в Северной Евразии. В исследовании прямо указывается, что сельское хозяйство традиционно холодной Сибири может получить выгоду от глобального потепления. Согласно прогнозу, к концу столетия до 85% Центральной Сибири станет климатически пригодной для сельского хозяйства. Главным же сдерживающим фактором для продвижения посевов на север станет потенциал почв. Что касается производства сельскохозяйственных культур, то он здесь вырастет вдвое. Помимо этого, улучшение агроклиматических ресурсов увеличит и само разнообразие выращиваемых растений. При этом традиционные для нынешней Сибири культуры могут сместиться примерно на 500 километров на север (то есть 50-70 км за десятилетие). Что касается засушливых южных регионов, то здесь осуществится переход на другие культуры, в настоящее время выращиваемые в теплых регионах страны.

Схожие выводы семь лет назад озвучили и ученые Института сельского хозяйства Красноярского научного центра СО РАН. Проанализировав изменчивость среднегодовой температуры и количество осадков за последние сто лет, они пришли к выводу, что уже сейчас можно наблюдать смещение границ природных зон. По их словам, изменение климатических условий в Сибири происходит быстрее, чем в России и на планете в целом. При этом наиболее интенсивное изменение отмечается в тундре и лесотундре. В условиях меняющегося климата увеличивается продолжительность вегетационного периода, что поспособствует выращиванию на северной границе сибирского земледелия таких теплолюбивых культур, как кукуруза (раннеспелых сортов), чечевица и соя.

Наконец, стоит упомянуть исследование 2022 года, проведенное учеными Сибирского федерального университета (Красноярск), которое посвящено влиянию климатических изменений на сельское хозяйство нашей страны. Как указывают авторы, влияние климата на сельское хозяйство в мировом масштабе неравномерно. Африка, Ближний Восток, Южная и Юго-Восточная Азия в настоящее время испытывают большие проблемы вследствие засух и сопутствующих явлений. В то же время регионы с высокими широтами (такие, как Россия) способны выиграть за счет увеличения продолжительности вегетационного периода. Уже сейчас прогнозируется увеличение урожайности зерновых в Ирландии, Финляндии и Канаде.

Если брать Россию, то здесь влияние климатических изменение также неоднородно, как и по всему миру. Некоторые регионы (Поволжье, регионы Южного федерального округа) могут сильно страдать от засух. Напротив, Центральная Сибирь с наибольшей вероятностью выиграет от изменений климата. В Красноярском крае, Республике Хакасия и Республики Тыва в XXI веке сельское хозяйство может удвоиться как раз вследствие глобального потепления. Выращивание таких традиционных культур, как зерновые, картофель и кукуруза (на силос) могут смеситься на 500 километров к северу, тогда как на юге можно будет выращивать виноград и абрикосы!

Как видим, восприятие глобального потепления не может быть абсолютно одинаковым для всех стран и народов. И если в традиционно теплых регионах планеты климатические изменения воспринимаются с тревогой и ужасом (теперь уже – даже в Европе), то для сибиряков ожидания прямо противоположные. Причем, подкрепленные научно.

Николай Нестеров

Изображение © commons.wikimedia.org by Ирина Гайворонская is licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International

Можно ли бесконтактно управлять активностью нейронов, в том числе в головном мозге? Именно над этой задачей работает коллаборация исследователей из нескольких крупных научных организаций страны. Главный инструмент ученых – биосовместимые наночастицы, способные при введении в организм активировать нервные клетки под действием низкочастотного магнитного поля. В будущем технология может помочь лечить пациентов с различными нарушениями – от болезни Альцгеймера до депрессии. Подробнее об исследованиях корреспонденту «Научной России» рассказали руководитель проекта доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Роман Викторович Чернозем, директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Роман Анатольевич Сурменев, а также старший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Александр Викторович Ромащенко.

Безопасная альтернатива

По словам Романа Анатольевича Сурменева, мощным импульсом для научно-исследовательских работ в области магнитоэлектрических наноматериалов для нейромодуляции, возглавляемых Романом Викторовичем Черноземом, стал мегагрант Правительства РФ. На эти средства был создан центр «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы», который возглавил Андрей Леонидович Холкин – ученый с мировым именем из Университета Авейру (Португалия), эксперт в области мультиферроиков и наноматериалов для биомедицинского применения и электроники.

Сегодня для электростимуляции нейронов при неврологических заболеваниях используют металлические электроды, имплантируемые хирургическим путем. Но этот метод сопряжен с рисками: занесением инфекции, повреждением тканей вследствие биомеханической несовместимости имплантата и ткани, последующим отторжением. Преодолеть эти риски могут помочь наночастицы. Связываясь вблизи клеточных мембран, они действуют как микроскопические локальные электроды. Это позволяет обеспечить более высокую пространственную точность, чем традиционные громоздкие системы для электростимуляции.

Команда отечественных исследователей работает над более безопасной технологией воздействия на нейроны. Создаваемые ими биосовместимые наночастицы преобразуют воздействие слабого магнитного поля в локализованные электрические импульсы, стимулирующие нервные клетки. Проект объединяет сразу несколько крупных научных организаций, включая Томский политехнический университет (ТПУ), Институт цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ СО РАН), Центр био- и медицинских технологий Сколтеха, Томский государственный университет, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Федеральное медико-биологическое агентство, ООО «Центр улучшения качества жизни с помощью технологий будущего» и Сычуаньский университет (Китай). Проект реализуется при поддержке Российского научного фонда (№ 24-43-00171).

Союз ядра и оболочки

Основная работа по изучению и получению наноструктур ведется в стенах Томского политехнического университета. Размеры синтезируемых учеными магнитоэлектрических наночастиц не превышают 30 нм – в сотни раз меньше клетки крови. Каждая такая частица включает магнитное ядро из феррита марганца и оболочку из пьезоэлектрического материала – модифицированного титаната бария. Полученные наноструктуры не содержат потенциально токсичные свинец и кобальт, повышающие риск побочных эффектов. Под воздействием магнитного поля частицы усиливают приток ионов кальция (Ca2+) в нейроны – процесс, играющий важную роль в работе нервной системы, функционировании памяти и обеспечении нейропластичности.

Секрет наноструктур – в союзе магнитного ядра и пьезоэлектрической оболочки. Ключевая особенность пьезоэлектриков состоит в том, что в ответ на механическое воздействие (сжатие, удар, звуковой импульс) их структура деформируется и материал поляризуется. Если воздействие имеет циклический характер, пьезоэлектрик генерирует электрическое поле, которое помогает наночастицам стимулировать нервные клетки.

Чтобы бесконтактно «включить» пьезоэлектрический материал, можно использовать ультразвук. Но когда наночастицы находятся внутри организма, это не самый безопасный и эффективный способ: ультразвуковые колебания могут перегревать ткани и усиливать их проницаемость, а их действие ослабевает с увеличением расстояния. Применение ультразвука все еще остается одним из вариантов, однако требует отработки специальных условий воздействия.

И здесь в игру вступает магнитное поле, представляющее собой одну из самых перспективных альтернатив ультразвуку. Оно не причиняет вреда здоровью и легко проникает в ткани в определенном диапазоне параметров. Но сама пьезоэлектрическая оболочка не реагирует на магнитное воздействие, поэтому в роли посредника между ними выступает ядро наночастицы. Оно изготовлено из магнитного материала, обладающего свойством магнитострикции – способностью изменять размеры под действием магнитного поля. Когда магнитное ядро деформируется под пьезоэлектрической оболочкой, последняя получает определенный механический импульс и в ответ в результате внутренней поляризации создает на своей поверхности электрическое поле, стимулирующее нейроны.

Подробнее об особенностях наночастиц и технологии их получения рассказал руководитель проекта РНФ кандидат физико-математических наук Роман Викторович Чернозем:

«Суперпарамагнитные ядра из феррита марганца намагничиваются в присутствии внешнего магнитного поля, а после его выключения намагниченность пропадает, что предотвращает слипание (агломерацию) наночастиц. Оболочка из пьезоэлектрического модифицированного титаната бария преобразует механическую деформацию от ядра в электрический сигнал. Вместе они работают как преобразователь магнитного поля в электрические импульсы. Переменное магнитное поле заставляет магнитное ядро деформироваться (эффект магнитострикции). Эта деформация передается на пьезоэлектрическую оболочку, генерирующую локальное электрическое поле (прямой пьезоэффект) прямо на поверхности нейрона. Это поле открывает кальциевые каналы в мембране, и ионы Ca²⁺ устремляются внутрь клетки, что и регистрируется как стимуляция».

Ультратонкая оболочка наночастиц, синтезируемых в Томском политехе, покрывает ядра равномерным тонким слоем. И это важно: в большинстве других исследований она распределяется неравномерно, что снижает эффективность действия частиц. Технология, разработанная учеными ТПУ, позволяет избежать этой проблемы. Более того, цельная оболочка лучше откликается на механический импульс от деформирующегося ядра, а ее небольшая толщина – несколько нанометров – приводит к усилению магнитоэлектрического эффекта.

Нос – ворота в мозг

Наночастицы уже прошли первые испытания на клетках и лабораторных животных. Результаты работы, проведенной учеными ТПУ и ИЦиГ СО РАН, были представлены в журнале Journal of Controlled Release. Ученые последовательно протестировали разработку на культуре нервных клеток, срезах гиппокампа и мышах. В экспериментах использовались две версии наночастиц: с оболочкой и без нее, и во всех случаях нейроны активировал только первый вариант наноструктур, что подтвердило ключевую роль магнитоэлектрического эффекта в стимуляции клеток. В экспериментах на мышах наночастицы вводились животным интраназально (закапывались в нос) и через обонятельные нейроны перемещались в мозг. Таким образом, подобные наноструктуры можно использовать не только для активации нервных клеток, но и для доставки в мозг лечебных препаратов, нагрузив ими частицы.

Деталями экспериментов на живых системах с корреспондентом «Научной России» поделился кандидат биологических наук Александр Викторович Ромащенко:

«Испытания прошли в несколько этапов: сначала мы убедились, что наночастицы безопасны (проведя цитотоксические эксперименты на клетках) и могут активировать нейроны (индуцировать токи ионов кальция на культуре гиппокампальных нейронов). Затем в экспериментах на мышах мы доказали, что частицы проникают из носа в мозг по аксонам нервных клеток, а с помощью слабого магнитного поля этим процессом можно управлять, ускоряя доставку “полезных грузов” (например, белков) прямо в нужные отделы мозга. Интраназальное введение выбрано нами неслучайно. Это единственный путь, позволяющий веществам попасть прямо в мозг в обход гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), который, с одной стороны, защищает мозг, но с другой – мешает доставлять туда лекарства. Нервы, идущие из носа, напрямую соединяют носовую полость с мозгом, и по ним или вдоль них по межклеточному пространству частицы перемещаются в центральную нервную систему (ЦНС). Это самый простой, безопасный и физиологичный способ добраться до ЦНС в обход ГЭБ.

Процесс выглядит максимально просто и безболезненно: мышь фиксируют в положении лежа на животе и с помощью обычной пипетки закапывают по 7 мкл раствора с наночастицами в каждую ноздрю. Это занимает секунды и не требует наркоза.

Другие способы введения (например, уколы в вену) в этом исследовании не применялись. Но в перспективе их можно использовать, если нужно доставить частицы не в мозг, а, скажем, к опухоли в другом органе. Однако именно для доставки в мозг нос – самый прямой и безопасный путь.

При этом, как нам удалось показать, частицы можно вводить и локально – напрямую в периферические нервы или зону травмы. Это особенно перспективно для реабилитации после травм, потому что, как было показано ранее, электрическая стимуляция (которую обеспечивают полученные наночастицы в переменном магнитном поле) значительно ускоряет восстановление нейронов. Наша платформа может быть адаптирована для лечения нейротравм, и общий принцип (управление кальциевым током и аксональным транспортом) работает везде – хоть в головном или спинном мозге, хоть в нервном корешке руки».

Эксперименты на мышах раскрыли еще одну полезную возможность технологии: оказалось, что стимуляция нейронов в носовой полости с помощью наночастиц сама по себе позволяет усиливать транспорт веществ из носа в мозг.

«Обеспечиваемая неинвазивная электростимуляция магнитоэлектрическими наночастицами в слабых магнитных полях открывает кальциевые каналы нейрона. Кальций внутри клетки активирует моторные белки (кинезины и динеины), в результате чего они начинают “бежать” быстрее, увлекая за собой пузырьки с грузом, в роли которого может выступать лекарственный препарат», – пояснил А.В. Ромащенко.

На пути к совершенству

Ученые Томского политеха активно совершенствуют полученные наночастицы. В результате экспериментов исследователи научились управлять структурой пьезоэлектрической оболочки частиц, усилив их воздействие на нервные клетки. Детали работы были представлены в журнале Ceramics International.

«Частицы получают “зеленым” методом микроволнового гидротермального автоклавирования на водных солевых растворах ионов металлов (без токсичных растворителей) в две стадии: сначала синтезируем ядра, а затем на них формируем кристаллическую оболочку модифицированного титаната бария, где ионы бария частично замещены ионами кальция, а ионы титана – ионами циркония (BCZT), – пояснил Р.В. Чернозем. – Ключевой результат этой работы заключается в том, что, варьируя температуру, время синтеза и содержание щелочи, можно менять структуру оболочки и ее дефектность, что влияет на физические свойства магнитоэлектрических наночастиц. Метод считается хорошо воспроизводимым и потенциально масштабируемым, так как не требует высокотемпературного обжига».

Лучшие результаты показали наночастицы, полученные при температуре 185 °С. Они продемонстрировали рекордный магнитоэлектрический эффект для частиц, не содержащих свинец и кобальт. Во время испытаний на культуре нейронов головного мозга эта версия наноструктур в три раза увеличила приток ионов кальция в клетки и активировала на 20% больше нейронов в сравнении с другими частицами-кандидатами. 

«Статья закладывает основу для управления физическими свойствами подобных наногетероструктур с помощью контроля параметров синтеза, а эти свойства уже оказывают прямое влияние на эффективность беспроводной нейростимуляции, как показано в нашем исследовании. В рамках этой работы частицы испытали in vitro на культуре гиппокампальных нейронов. Мы проверяли, насколько хорошо частицы, синтезированные при разных температурах, увеличивают приток ионов кальция в клетки под действием слабого магнитного поля, – отметил Р.В. Чернозем. – В экспериментах мы использовали комбинацию двух полей: переменного поля (до 6 мТл, 50 Гц) для прямой активации частиц и постоянного поля смещения (20 мТл) для усиления магнитоэлектрического отклика».

Взгляд в будущее

Авторы проекта подчеркивают: до использования новых наночастиц в клинике еще далеко. Р.В. Чернозем поясняет, что сначала разработка должна пройти систематические исследования безопасности на животных in vivo.

«Нужно проверить биосовместимость наночастиц с организмом на крупных животных, понять, как частицы выводятся из организма, а также разработать протоколы для клинических испытаний на людях. По самым оптимистичным оценкам, до первых клинических исследований может пройти пять-десять лет, а до появления готовой технологии в медицине – еще больше», – говорит А.В. Ромащенко.

В то же время уже сейчас можно назвать перспективные варианты использования подобных наноразмерных материалов. По словам Р.А. Сурменева, они могут помочь в восстановлении и реабилитации после инсульта, борьбе с нейродегенеративными заболеваниями (болезнями Альцгеймера и Паркинсона), восстановлении нервных волокон, подавлении болей и лечении депрессии.

«Однако данная работа не изучает эти клинические применения, – подчеркивает Р.В. Чернозем, говоря об исследовании в журнале Ceramics International. – Она представляет частицы как доказательную концепцию (proof-of-concept) для беспроводного интерфейса с нейронами. В перспективе такой инструмент может позволить точечно стимулировать нужные участки нервной ткани для решения этих задач, что требует дальнейших исследований».

Как электростимуляция с помощью наночастиц может помочь пациенту в случае с каждым из вышеперечисленных заболеваний? На этот вопрос корреспонденту «Научной России» ответил А.В. Ромащенко.

«Начнем с лечения болей. Обычные обезболивающие действуют на весь организм, в то время как при невралгиях (повреждениях нервов) боль возникает из-за хаотичных, патологических разрядов в конкретном нервном узле (ганглии). Мы можем ввести частицы локально в поврежденный нерв. Под воздействием магнитного поля они будут генерировать электрический потенциал, который нормализует кальциевый поток в узле, подавляя патологическую импульсацию, – объяснил А.В. Ромащенко. – Что касается депрессии, то при этой патологии нарушается активность глубоких структур мозга, например префронтальной коры или гиппокампа. Существует метод глубокой стимуляции мозга (DBS), но он подразумевает нейрохирургическую операцию по вживлению электродов, что рискованно и дорого. Мы можем ввести частицы через нос (они сами доберутся до лимбической системы) и, прикладывая низкочастотное магнитное поле к нужной зоне головы, стимулировать выработку нейротрофических факторов и восстановление нейронных связей в тех зонах, которые молчат (неактивны) при депрессии.

Болезни Альцгеймера и Паркинсона возникают вследствие агломерации в нейронах неправильно свернутых белков (альфа-синуклеина и бета-амилоида), так как нарушается внутренняя клеточная логистика – аксональный транспорт. Митохондрии не добираются до далеких отростков, и клетка умирает от деэнергизации (голода). Электрическая стимуляция усиливает процесс утилизации этих агломератов и доставку факторов роста к отросткам, что значительно увеличивает эффективность терапии и замедляет развитие заболевания.

Если говорить о повреждении нерва, в этом случае погибают аксоны нервных клеток и новому отростку нужно заново прорастать сквозь рубец по 1 мм в день. Часто он не доходит до мышцы, и атрофия сохраняется навсегда. Стимуляция помогает ускорить синтез белка в теле клетки и его транспорт к месту повреждения.

Наконец, в зоне вокруг инсульта (полутени, или пенумбре) нейроны не мертвы, а “обесточены” – у них нет энергии и нарушен ионный баланс. Если их вовремя активировать, они выживут и утраченные функции восстановится. Своевременная электрическая стимуляция способна значительно снизить размер ишемического очага. Кроме того, терапия инсульта требует создания новых связей между сохранившимися участками мозга. Наша технология позволяет делать это прицельно через стимуляцию конкретных нервных цепочек в мозгу. Еще один подход – нагрузка частиц препаратом, разрушающим тромб, и ускорение его транспорта именно к ишемизированной зоне (за счет аксонального транспорта через нос или магнитного притяжения), благодаря чему мы сможем увеличить терапевтическое окно для купирования последствий ишемии».

Текущие планы исследователей охватывают несколько ключевых направлений. Во-первых, ученые работают над улучшением магнитоэлектрического эффекта частиц. Во-вторых, важно повысить биосовместимость наноструктур, для чего требуется выбрать наиболее подходящие составы и поверхностный стабилизатор – вещество, наносимое на поверхность частиц и защищающее их от агломерации и выпадения в осадок. При этом выбранное соединение должно способствовать процессу электростимуляции и проникновению частиц внутрь клеток. Это, в частности, реализуется с использованием искусственного интеллекта и технологий машинного обучения. Отдельное внимание уделяется совершенствованию способов доставки наночастиц в организм для достижения необходимого терапевтического эффекта.

Как отмечает директор международного научного-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Роман Анатольевич Сурменев, магнитные и магнитоэлектрические наночастицы, все чаще называемые умными материалами наряду с биосовместимыми скаффолдами, – одни из самых широко исследуемых объектов исследований в мире. Подобные наноструктуры также высоко востребованы в областях адресной доставки лекарств, терапии и диагностики (тераностики) раковых заболеваний. Они используются в том числе в качестве высококонтрастных агентов для визуализации. Кроме того, магнитоэлектрические двумерные материалы и трехмерные композитные структуры с различными резонансными частотами исследуются в качестве основы для технологий регенерации различных тканей (костной, нервной и т.д.) и беспроводных нейроинтерфейсов (систем, связывающих мозг и компьютер). Последние в перспективе могут обеспечить не только электроактивацию отдельных строго заданных участков головного мозга с высокой пространственной и временной точностью, но и систему обратной связи для корректировки речи и улучшения зрения, а также способствовать очувствлению конечностей при параличе и выполнению других ключевых функций мозга, полностью или частично нарушенных. Одна из основных задач в этой области – отработка обратной связи, что необходимо для коррекции электростимуляции. Однако пока все эти технологии находятся на стадии активных фундаментальных исследований, и только будущее покажет, в каком виде подобные разработки дойдут до практического применения.

Статья подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ

Фото и изображения - сайт https://scientificrussia.ru

Ученые доказали существование грибов 550 миллионов лет назад. Их микроскопические остатки обнаружил сотрудник Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН (Якутск) в породах Березовского прогиба (юго-запад Якутии). До этого общепринятым временем появления первых грибов считался ордовикский период (460 млн лет), а все более ранние свидетельства оставались неубедительными. Статья об этом опубликована в журнале Paleontological Journal.

Сохраниться древним грибам помогло редкое стечение обстоятельств. Они оказались внутри строматолитов — древних образований столбчатой формы, которые формировались в мелководной прибрежной среде. Грибы участвовали в образовании строматолитов: вода, насыщенная кремнеземом, проникала в их структуру, а затем минералы постепенно замещали органическое вещество. Окремнение произошло достаточно быстро — еще до того, как органика погибших грибов успела разрушиться и разложиться. В обычных карбонатных породах такие микроскопические организмы, как правило, не сохраняются.

Судя по строению строматолитов, в период формирования в них существовала сложная пищевая цепь. Водоросли и цианобактерии производили органическое вещество, а грибы им питались. Вероятно, некоторые из древних дрожжевых грибов жили непосредственно на зеленых водорослях и могли проникать внутрь их слоевища. Анализ образцов под электронным микроскопом показал, что у грибов уже были развиты гифы — нитевидные структуры, характерные для современных мицелиальных грибов — и способность к спорообразованию для размножения.

«Это всё микроскопические организмы. Если описывать процесс визуально, то поверхность растущего строматолита временами напоминала бродящее тесто или пивное сусло. Когда при брожении образовывался углекислый газ, пузырьки выходили наружу, а густая среда тянулась за ними, оставляя характерные трубчатые отверстия. Под микроскопом видно, что вся поверхность буквально бурлила», – рассказал главный научный сотрудник лаборатории стратиграфии и палеонтологии Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН доктор геолого-минералогических наук Пётр Николаевич Колосов.

В водной среде древние грибы, похожие на современные дрожжи, могли получать питательные вещества всей поверхностью тела, поглощая растворенную органику из окружающей воды. Однако поскольку они жили в зоне приливов и отливов, то периодически оказывались вне воды и уже не могли получать пищу со всех сторон. По мнению ученого, именно постоянная смена водной и воздушной среды могла способствовать появлению новых способов питания. Грибы начали формировать мицелий — систему нитевидных структур, которые распространяются по субстрату и помогают находить органическое вещество. Такие структуры впоследствии стали одним из ключевых приспособлений грибов к жизни вне воды. Таким образом, уже в позднем докембрии (эдиакарии) могли одновременно существовать дрожжевые и мицелиальные формы грибов.

«Хороших доказательств того, что грибы 550 миллионов лет назад уже освоили сушу, пока нет, но мы видим четкие признаки адаптации к условиям суши именно в экосистеме строматолитов. Постоянная смена условий — то в воде, то на воздухе — и запустила формирование этих адаптаций, что, конечно же, повлияло на последующий выход на сушу», – объяснил Пётр Колосов.

Ученый предполагает, что грибы начали активно распространяться непосредственно перед кембрийским взрывом — относительно коротким периодом в начале кембрия, когда на Земле резко увеличилось разнообразие животных в результате приобретения ими твердого скелета и раковины. Появились многие группы беспозвоночных морских животных. При этом между распространением грибов и появлением твердых покровов у животных могла существовать связь. В эдиакарии преобладали мягкотелые (как медузы) животные. Бурно размножающиеся дрожжевые грибы, питающиеся готовым органическим веществом, потенциально могли поедать мягкотелых. Возможно, приобретение раковины стало одним из способов защиты от такого поедания. Однако прямых доказательств этой гипотезы пока нет.

«Главный вывод исследования можно разделить на три части. Во-первых, грибы появились на Земле гораздо раньше, чем в мире было принято считать — это первое в истории науки прямое доказательство их существования в таком древнем периоде. Во-вторых, они не просто жили в воде, а уже тогда учились выживать на суше: прямо в прибрежных камнях — строматолитах, которые то уходили под воду во время прилива, то высыхали на солнце. В-третьих, эти древние организмы умели запускать процесс брожения — сложную биохимическую реакцию, которую мы сегодня используем для создания хлеба или пива», — говорит Пётр Колосов.

Ирина Баранова

Изображения: предоставлены исследователем

Похоже на то, что нынешнее лето войдет в историю как «момент истины» для многих жителей планеты, сполна ощутивших шокирующие последствия глобального потепления. Об экстремальной жаре, чуть ли не ежегодно накатывающей на территории западных стран, мы уже писали неоднократно. Казалось бы, люди вполне могли бы смириться с таким явлением, приняв его за норму. Однако то, что случилось в Европе этим летом, способно потрясти воображение даже у самых несгибаемых климатических скептиков.

Описывать произошедшее мы здесь не будем, поскольку оно детально разобрано в многочисленных СМИ – как в зарубежных, так и в отечественных. Обмеление крупных европейских рек, проблемы судоходства, приостановка реакторов АЭС, разрушение транспортной инфраструктуры, лесные пожары, засуха и гибель посевов – всё это достаточно понятные явления, которые, надо сказать, предполагались заранее. Но больше всего пугают прогнозы ученых. Глобальное потепление и без того преподносилось в апокалиптических тонах. Нынешнее лето, конечно же, дало климатическим алармистам дополнительные «убийственные» аргументы в пользу ускоренной реализации «низкоуглеродной» стратегии. Бурных дискуссий на эту тему пока еще не наблюдается, однако с трибун ООН уже раздаются голоса в пользу реализации «зеленого курса».

Правда, уже не совсем ясно, хватит ли материальных ресурсов для глобальной «зеленой» трансформации? Да и так ли уж она эффективна, чтобы реально влиять на климатическую ситуацию? По крайней мере опыт показывает, что ускоренная декарбонизация никак не спасла европейцев от экстремальной жары. Мало того, привела к удорожанию электроэнергии настолько, что даже использование бытовых кондиционеров становится там не по карману.

Показательной особенностью нынешнего лета стало то, что блокирующий антициклон добрался и до Западной Сибири. В наших краях также установилась небывало длительная жара, хотя ее максимальные значения кажутся теперь достаточно умеренными по нынешним европейским меркам. Специально разбирать феномен сибирского «теплового купола» мы здесь также не будем, поскольку ему были уделены отдельные публикации.

Казалось бы, сибирякам надлежит приготовиться к жаркому «экстриму» вслед за европейцами. Отчасти это верно, тем более что ученые давно уже отмечают, что климат в Сибири меняется быстрее, чем в целом по планете. Конечно, затяжные волны тепла вызывают у местных жителей некоторый дискомфорт, особенно в ночное время, если температура не падает ниже 20 градусов Цельсия. Но в целом лето характеризуется обычными людьми как «замечательное». Понятно, что это чисто субъективное и чисто «обывательское» (я бы сказал – «бытовое») восприятие ситуации, учитывая, что сибиряки традиционно устремляются летом в жаркие края из-за дефицита тепла. Нынешнее лето в какой-то мере положительно ответило на их ожидания, и не приходится сомневаться в том, что пугающие прогнозы сибирских ученых-климатологов о регулярном повторении таких событий будут ими восприняты не с тревогой, а с надеждой на лучшее.

Тревожные ожидания, скорее всего, есть у сибирских аграриев. Причины понятны: по некоторым данным, аномальная затяжная жара вызвала жесткую почвенную засуху, что привело к падению урожайности основных культур на 30% и выше. Как нетрудно догадаться, больше всего пострадали степные районы Алтайского Края, Новосибирской и Омской областей (можно сказать – главные житницы Сибири). Дефицит влаги отрицательно сказался на всхожести. К тому же избыточная жара вызвала у растений стресс, что привело к преждевременному завершению вегетации, не позволив им набрать необходимую биомассу. Мало того, обилие тепла вызвало небывалую активизацию вредителей, уничтоживших ослабленные побеги.

В настоящее время аграрии фиксируют печальные итоги сезона: у зерновых культур колос сформировался мелким и щуплым, у бобовых (например, гороха) из-за нехватки влаги на растениях было от одного до трех стручков, что катастрофически мало. Клубни картофеля из-за жары остановились в развитии, и потому товарность урожая ожидается низкой. Сильно пострадали посевы рапса: сухая почва снизила усвоение азотных удобрений. Наибольшую стойкость показал подсолнечник, однако дефицит влаги снизил потенциал масличности.

Впрочем, специалисты отмечают, что указанные проблемы носили так называемый «очаговый» характер. В отдельных районах критического снижения уровня осадков не наблюдалось, поэтому тотального режима ЧС для Западной Сибири не потребовалось. Тем не менее, ожидается рост цен на зерно и тот же картофель (примерно на 15-20 процентов). То есть с хозяйственной точки зрения лето оказалось не таким уж «замечательным». Даже дачники столкнулись с этими проблемами – особенно те из них, у которых не оказалось возможности осуществлять регулярные поливы своих посадок.

В общем, если блокирующие антициклоны станут для Западной Сибири обычным явлением, это серьезно обострит проблему продовольственной безопасности. Полагаю, с этим не приходится спорить. В то же время ситуация не является совершенно безнадежной. Выход можно найти всегда. Вопрос лишь в том, насколько к таким переменам готовы сами аграрии.

Специалисты некоторых организаций СО РАН (например, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН») уже сейчас рекомендуют активнее внедрять селекционные сорта пшеницы, ячменя и овса, устойчивых к дефициту влаги на ранних стадиях роста. Параллельно можно расширять посевы теплолюбивых культур вроде кукурузы, сои, рапса и подсолнечника в тех районах, где им обычно не хватало для вызревания суммы активных температур. Также можно увеличить долю посевов озимых культур (пшеницы и ржи), которые успеют использовать весеннюю влагу от талых вод еще до того, как территории накроет «тепловой купол».

В целом, необходимо признать, что сельскохозяйственные районы Западной Сибири не испытывают каких-то проблем, которые ранее не испытывали наши традиционные житницы юго-западной части страны. По сути, здесь нет ничего нового. Засухи и затяжная сильная жара наносили ущерб сельскому хозяйству южнорусской степной зоны еще с царских времен. Эту проблему пытались решить наши выдающие ученые – от Василия Докучаева, Ивана Овсинского и до Василия Вильямса включительно (о чем мы достаточно много писали). В советские годы как раз для решения этой проблемы был выдвинут грандиозный «Сталинский план преобразования природы» (о чем мы также писали).

По большому счету, для юга Западной Сибири становятся предельно актуальными те наработки, что в свое время были столь же актуальны для южных сельскохозяйственных регионов страны. Уже сейчас приходится слышать о том, что традиционная глубокая вспашка с переворотом пласта в условиях засухи приводит к быстрой потере почвенной влаги. По этой причине сибирские агрономы рассматривают возможность применения новых методов обработки почвы. В частности, речь идет о технологии нулевой или минимальной обработки с оставлением на поверхности пожнивных остатков, играющих роль мульчи. Такое естественное покрытие способно защитить землю от перегрева и снизить испарение воды на 30-40 процентов (фактически, здесь воспроизводятся рекомендации Ивана Овсинского для южнорусских степей).

Параллельно проводится восстановление лесозащитных полос с целью удержания снега. Напомним, что лесополосы изначально создавались как раз для южных регионов в целях борьбы с засухой. Опыт оказался положительным, и теперь он будет очень сильно востребован и для Сибири. Кроме этих методов, проверенных временем, учеными ставится вопрос о цифровом мониторинге, когда с помощью спутниковых данных и данных с дронов осуществляется оценка уровня влажности почвы. Это позволяет «точечно» вносить удобрения и рассчитывать полив, снижая общую нагрузку на экосистему. В этом случае рекомендуется внедрение систем капельного и мелкодисперсного полива, которые сводят к минимуму потери воды на испарение. В настоящее время сибирские ученые разрабатывают сценарии адаптации оросительных каналов Западной Сибири с учетом изменения речного стока.

Как видим, представители науки вполне определились с тем, каким должен быть ответ на климатические изменения применительно к нашим регионам. Но также важно и то, что глобальное потепление открывает для сибирского сельского хозяйства новые возможности. Ученые называют это «территориальным маневром», или сдвигом на Север. Согласно прогнозам климатологов, где-то к середине или к концу нынешнего столетия значительная часть центральной и даже северной Сибири станет пригодной для активного земледелия. Об этом климатологи говорили еще в прошлом веке, а в наше время появились достаточно развернутые точные исследования об изменении агроклиматического потенциала Сибири.

Учитывая важность данной темы, мы рассмотрим ее чуть позже более подробно.  

Константин Шабанов

Изображение создано нейросетью

Коллектив исследователей из ИАиЭ СО РАН, НГУ, Университета Латакии (Сирия) и IPM (Иран) разработал метод, который позволяет получать максимум информации из квантовых измерений и при этом в десятки тысяч раз сократить число повторных измерений без потери точности. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research (Q1).

Квантовые измерения применяют, когда требуется предельно точно определить значение неизвестного физического параметра и заметить малейшие его изменения. На этих принципах работают, например, квантовые магнитометры, измеряющие малые магнитные поля, или квантовые навигационные приборы, фиксирующие ускорение и поворот. Эффективность работы таких устройств напрямую зависит от качества данных: чем больше полезной информации ученым удается извлечь за один замер, тем надежнее итоговая оценка. Однако квантовые частицы крайне “хрупки”: каждый контакт с измерительным прибором безвозвратно разрушает их исходное состояние, и для каждого замера нужно создавать новые частицы с нуля, повторяя один и тот же эксперимент множество раз.

Чтобы не перегружать измерительные приборы множеством замеров, используют постселекцию – фильтр, при котором из общего потока отбирают только самые информативные частицы, а остальные отбрасывают. Физики называют такой процесс «квантовой компрессией». Однако у постселекции до сих пор существовал серьезный недостаток: отсекая не полезную часть данных, исследователи неизбежно теряли и полезную информацию, из-за чего падала общая точность измерений.

Авторы работы нашли способ свести к нулю потери полезной информации. Они доказали, что фильтр отбора можно настроить так, чтобы дополнительный фазовый сдвиг в точности совпал с геометрической фазой Панчаратнама, которую частица естественным образом приобретает при взаимодействии с прибором. При таком совпадении полезная информация не исчезает, а число необходимых измерений сокращается в десятки тысяч раз.

«Главная ценность нашего метода – борьба с обстоятельствами, которые мешают проведению замеров: с неидеальностями приготовления квантовых состояний, с аппаратными шумами. Чем больше измерений проводишь, тем больше эти факторы влияют на результат. С новым методом – измерений будет в десятки тысяч раз меньше, а значит и мешающие факторы будут меньше влиять на результат. В рассмотренном нами примере в статье число необходимых измерений удалось сократить примерно в 40 тысяч раз. Кроме того, сокращая число измерений, мы экономим и достаточно много времени», – пояснил соавтор исследования, старший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН, к.ф-м.н. Владимир Томилин.

Расчеты ученых также показали, что эффект можно усилить, используя кудиты – многомерные квантовые системы, которые являются обобщением привычных кубитов. Если кубит может находиться в двух базовых состояниях, то кудит способен использовать большее число состояний. Увеличение размерности системы дает дополнительный выигрыш в объеме информации, получаемой за один удачный опыт.

В дальнейшем авторы планируют выяснить, для каких именно типов квантовых систем применим предложенный метод.

Авторы благодарят профессора Леонида Ильичёва за ценные обсуждения работы.

Исследование выполнено в Институте автоматики и электрометрии СО РАН в рамках государственного задания (проект № 124041700105-5).

Изображение: пресс-служба ИАиЭ СО РАН