Исследователи из Новосибирского государственного университета, Института автоматики и электрометрии СО РАН и Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН при поддержке Российского научного фонда разрабатывают новую технологию диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта. Специалисты создают устройство, которое позволит проводить процедуру быстро, точно и безболезненно. Статья об этом опубликована в международном журнале Diagnostics.

Заболевания желудочно-кишечного тракта, включая рак, встречаются очень часто и занимают одно из ведущих мест среди причин смертности. Классическая диагностика часто сопряжена с процедурой биопсии — забора образца ткани для анализа, что довольно болезненно и требует специальной подготовки. Ученые объединили физику, биологию и искусственный интеллект, чтобы создать метод, который поможет диагностировать заболевания прямо во время процесса обследования. Основная цель — добиться, чтобы оптический метод позволял выявлять все стадии заболеваний, включая самые ранние. Это даст возможность применять более щадящие и эффективные способы лечения. 

Как заглянуть внутрь ткани?

«Обычный микроскоп работает на просвет: ткань освещают и рассматривают через увеличительное стекло. Однако толстые слои биоматериала непрозрачны для видимого света, поэтому исследовать удается лишь очень тонкие срезы или поверхность, так как свет не проникает вглубь. Гораздо эффективнее использовать инфракрасное излучение. Оно невидимо для глаза, но лучше проходит сквозь ткани на глубину до сотен микрон. В отличие от видимого света, который сильно отражается от верхних слоев поверхности, инфракрасные лучи позволяют заглянуть внутрь образца и изучить его структуру. Специальный лазер посылает очень короткие, но мощные вспышки, длительность импульсов измеряется фемтосекундами (это миллионные доли миллиардной доли секунды), они позволяют подсветить ткань изнутри, не обжигая ее», — рассказывает ведущий научный сотрудник ИАиЭ СО РАН кандидат физико-математических наук Денис Сергеевич Харенко.

Именно этот принцип лежит в основе многофотонной микроскопии, которую ученые планируют использовать для анализа образцов. Суть метода в том, что для подсветки ткани используются сразу два фотона с длиной волны в два раза больше, чем необходимо для однофотонного процесса. Это позволяет возбудить свечение (автофлуоресценцию) внутри образца, не разрушая его. Однако, чтобы процесс сработал, нужен очень мощный, но при этом безопасный для ткани свет. Важно найти идеальный баланс — луч должен быть достаточно сильным, чтобы получить четкий сигнал, но не настолько мощным, чтобы обжечь или повредить живые клетки. Именно этот поиск баланса значительно усложняет конструкцию прибора и сами эксперименты.

От микроскопа к эндоскопу

Специалисты создают установку, которая представляет собой портативную модификацию многофотонного микроскопа для эндоскопических исследований, то есть для работы внутри организма. Диагностический зонд должен быть компактным, чтобы использовать его в ограниченном пространстве. Ключевая особенность будущего устройства — возможность доставки лазерного излучения внутрь организма и сбора слабого оптического сигнала с помощью оптического волокна.

«В настоящее время остается наиболее распространенной классическая световая эндоскопия, при которой врач визуально оценивает состояние тканей, однако этот метод нередко позволяет определить отклонения лишь на поздних стадиях. Даже высокая квалификация специалиста не всегда дает возможность точно определить характер нарушений», — говорит старший научный сотрудник отдела регуляции генетических процессов ИМКБ СО РАН кандидат биологических наук Лидия Валерьевна Болдырева.

Многофотонная микроскопия лишена этого недостатка. «Главное преимущество проекта — реализация подхода in situ, то есть получение информации на клеточном уровне о ранних признаках патологических изменений ткани непосредственно в процессе эндоскопического обследования пациента. Это позволяет выявлять предвестники злокачественного перерождения задолго до развития опухоли, ведь раку предшествуют длительные патологические процессы, включающие хроническое воспаление», — подчеркивает исследовательница.

Проект направлен на поиск новых маркеров этих ранних изменений и адаптацию многофотонной микроскопии для эндоскопии. Основная цель — получать точные данные в режиме реального времени без таких вмешательств, как контрастирование и забор биопсии.

Роль искусственного интеллекта

Для анализа полученных изображений потребуется использовать методы машинного обучения и искусственного интеллекта, поскольку выявить различия между здоровой и больной тканью на глаз крайне сложно. Нейросеть будут обучать на известных примерах, чтобы она могла автоматически находить характерные признаки заболеваний в трехмерных структурах ткани. Это особенно важно, так как новый метод позволяет исследовать большие объемы тканей без повреждения, в отличие от классической биопсии, где анализ возможен только для ограниченного числа участков. 

«Конечно, наша технология не заменит все медицинские процедуры и также не исключит необходимость врачебных консилиумов для принятия решения о хирургическом вмешательстве в неоднозначных случаях. Однако главная задача проекта — существенно расширить возможности, увеличить скорость и точность диагностики, обеспечив техническую возможность для проведения малоинвазивных исследований и лечения в режиме реального времени. Разработка позволит не только выявлять все пораженные участки, но и сразу воздействовать на них: например, модулируя мощность лазера. В рамках проекта будет апробирована и современная технология применения холодной плазмы на здоровых и раковых клетках кишечника для борьбы со злокачественными образованиями. После обработки прибор позволит также в реальном времени отслеживать восстановление тканей и контролировать процесс выздоровления», — комментирует Лидия Болдырева.

Этапы исследования

Работа над проектом ведется сразу по нескольким направлениям. В первую очередь команда занимается разработкой самого прибора: подбирает компоненты и тестирует макет. Параллельно ученые исследуют воздействие на ткани и модельные объекты классическими методами. Особое внимание уделяется анализу влияния холодной плазмы (как прямого воздействия, так и через раствор) и термического эффекта от лазера. Чтобы понять, как тепло распространяется в тканях и не вызывает ли оно ожогов, специалисты используют специальные фантомы живых тканей — искусственные материалы с вмонтированными температурными датчиками.

Для получения достоверных результатов исследование ведется по принципу «от простого к сложному». Сначала эксперименты проводятся на культурах клеток, затем — на 3D-моделях (органоидах), а завершающим этапом становятся опыты на живых мышах с моделями воспаления.

«Сейчас у нас есть только отдельные части будущего прибора, а собрать их в единый рабочий эндоскоп мы планируем на следующих этапах. Пока мы отрабатываем новую методику под контролем классических подходов. К концу проекта мы рассчитываем создать лабораторный стенд, на котором будет продемонстрирована эндоскопическая диагностика различных стадий заболеваний и подобраны параметры оптимального воздействия на ткани», — уточняет Денис Харенко.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 25-72-31018).

Ирина Баранова

Фото предоставлено исследователями

Как мы уже неоднократно отмечали, до того, как советское руководство взяло курс на тотальную «химизацию» сельского хозяйства, наши ученые разрабатывали агротехнические приемы, в ряде аспектов предвосхищающие то, что сегодня принято относить к так называемому «углеродному» земледелию (то есть земледелию, способствующему восстановлению почв и связыванию углерода).

Мысль советских ученых когда-то двигалась в том же направлении, правда, без всякой привязки к климатической проблеме (о которой тогда еще не помышляли). Поэтому, когда мы сегодня говорим о научно обоснованных практиках и технологиях, надо уточнять, с позиции какой «науки» делается такое обоснование. Точнее, что конкретно в этом обосновании положено во главу угла. Есть учитывается только валовый сбор, то это одна история. Если во внимание принимается не только урожайность, но и последствия для природы, то здесь уже несколько иная история.

Насколько мы можем судить, в период до повальной «химизации» последствия для природы, для почв в той или иной мере учитывались. Мало того, небезызвестный «Сталинский план преобразования природы» как раз ставил во главу угла сохранение почв. Именно по этой причине он перекликается с сегодняшней темой «углеродного» земледелия, где сохранность почв также имеет первейшее значение. То есть, по сути, модные современные тенденции в сельском хозяйстве, активно пропагандируемые сейчас на Западе, в какой-то степени являются возрождением старых наработок, в создании которых когда-то участвовали наши ученые. Получатся, что это творческое наследие сегодня возвращается к нам таким вот долгим «окружным» путем. Как раз поэтому мы обращаем свой взгляд назад, пытаясь разобраться с самим «оригиналом».

Отметим, что наши ученые уделяли внимание не только пашням, но также кормовым угодьям – сенокосам и пастбищам, стремясь улучшить их состояние с позиций науки. Сенокосы и пастбища рассматривались как важный резерв для увеличения производства кормов. Их площадь в нашей стране измерялась миллионами гектаров, и при правильном уходе они в состоянии были дать огромное количество ценного сена и силосной массы.

Тем не менее, удельный вес кормов, получаемых с этих площадей, был невелик. Об этом наши ученые писали еще в начале 1950-х годов. Данное обстоятельство объяснялось тем, что урожайность естественных кормовых угодий (за исключением заливных лугов) была невысока, да и сами травы не отличались высоким качеством. Кроме того, поверхность многих лугов была покрыта кочками и кустарниками, что мешало проведению механизированных работ по уборке сена.

Между тем, полагали ученые, луга являются важным кормовым ресурсом для скота. Поэтому вопрос об их улучшении имел первостепенное значение для развития отечественного животноводства.

По словам ученых, кормовые угодья сильно различаются по своему качественному состоянию. В образовании растительного покрова лугов принимает участие до 15 тысяч видов растений! Все это прямо связано с условиями окружающей среды. Большое значение здесь имел рельеф, оказывая влияние на обеспеченность растений влагой и питательными веществами. Отсюда вытекали различия в плане урожайности и в плане качества трав. Так, на абсолютных суходолах влага стекает по склону, на нормальных – просачивается в почву, тогда как в поймах больших рек расположены луга, дополнительно увлажняемые по время разливов (и получающие дополнительное питание в результате отложения в весенний период мелких плодородных частиц). Поэтому наилучшими считаются заливные и пойменные луга.

Отметим, что в нашей стране процесс изменения травостоя был детально исследован академиком Василием Вильямсом. В частности, он показал, что под покровом травянистой растительности в почве происходят сложные изменения, в результате которых почвенная среда ухудшается и становится неблагоприятной для роста ценных трав (ценных с точки зрения продуктивного животноводства). Он определил в жизни луга три ярко выраженные стадии: развитие корневищных растений в рыхлой, воздухопроницаемой почве; развитие рыхлокустовых злаков по мере уплотнения почвы и, наконец, господство плотнокустовых злаков. Наиболее ценными являются растения первой и, особенно, второй стадии. В дальнейшем урожайность трав снижается, качество травостоя ухудшается и сенокос в естественном состоянии приходит в полную негодность.

Так вот, при пользовании сенокосом человек может либо ускорять, либо замедлять эти процессы. На этот счет сельскохозяйственная наука к началу 1950-х годов разработала много различных способов улучшения природных кормовых площадей. Обычно эти способы разделялись на приемы поверхностного улучшения и на приемы коренного улучшения лугов. Поверхностное улучшение сенокосов и пастбищ было эффективно только в том случае, если в травостое еще сохранились ценные злаковые и бобовые травы. Улучшение таких лугов осуществлялось путем регулирования водного режима (для лучшего роста ценных трав). Для этого либо осуществляли задержку талых вод (в степных и лесостепных районах), либо направляя воду ключей и родников на орошаемые участки (на склонах). И наоборот, в некоторых местах во избежание застоя лишней воды ее следовало отводить с помощью открытых канав или закрытых дренажей.

Еще одним важным приемом повышения урожая трав было использование органических и минеральных удобрений. Благодаря удобрениям урожайность заливных лугов увеличивалась примерно на 10-12 центнеров на гектар. Причем, было отмечено, что наибольший эффект дает внесение органических удобрений – компоста, навоза или навозной жижи. Как объясняли ученые, органические вещества содержат все элементы питания растений и активизируют деятельность почвенных бактерий. Перепревший навоз или компост, внесенный раз в 3 - 4 года, делал дернину сенокоса рыхлой, воздухопроницаемой, улучшая качество травостоя. Согласно рекомендациям ученых, внесение органических удобрений чередовалось с внесением минеральных удобрений. При правильной подкормке с одного гектара можно было собрать 60-80 центнеров качественного сена. 

Как мы отметили выше, такие приемы относятся к поверхностному улучшению лугов, где есть ценные травы. Однако таких лугов, констатировали ученые, в целом по стране немного. Большая часть сенокосов и пастбищ имела травостой низкого качества, состоящий из малоценных злаков и разнотравья. Расходовать удобрения на подкормку этих трав было бы нерационально. Такие луга нуждались в «коренном улучшении», которое проводилось в системе кормовых севооборотов.

Для этого применялось два способа. Первый состоял в том, что после подъема целины на лугу в течение 3 – 4 лет высевались технические или зерновые культуры, овощи и корнеплоды. Цель таких посевов состояла в том, чтобы минерализовать массу органических веществ дернины и использовать их для получения высоких урожаев однолетних растений. Под последнюю культуру (обычно – овес) подсевали смесь из четырех-шести видов луговых трав. На следующий год после уборки овса этим сеяным лугом начинали пользоваться. На заливных лугах период использования сеяных трав длился 5-8 лет, на суходольных – 3-4 года.

Главным недостатком такого способа был слишком растянутый срок ожидания сеяных трав. Поэтому ему на смену стал приходить ускоренный способ, когда вслед за обработкой дернины сразу же высевались многолетние травы. Сев обычно проводился во второй половине июля, и до осенних заморозков посеянные травы успевали раскуститься, окрепнуть, благодаря чему на следующий год они давали по 50-70 центнеров сена с гектара. Для ускоренного метода была даже подобрана необходимая спецтехника, поскольку без механизации правильно обрабатывать пласты целины было непросто.

Отметим, что эффективность ускоренного улучшения лугов к началу 1950-х годов была проверена многими научными учреждениями страны и подтверждена практикой передовых хозяйств (как в Нечерноземье, так и в степных областях). При этом сама организация таких работ рассматривалась как неотъемлемая составляющая советского животноводства.

Для наших дней поразительным моментом является то, что методы ускоренного улучшения лугов, разработанные советскими ученым еще в послевоенные годы, во многом совпадают с ключевыми принципами современного «углеродного» земледелия. Было ли это гениальным предвосхищением или же просто бережный подход к биоресурсам приводит к схожим методикам, сказать пока не беремся. Но важно то, что разработки советских ученых, которые считались «несовременными» в эпоху «химического бума», становятся востребованными в наши дни.

Константин Шабанов

Фото - https://ru.wikipedia.org

Проблему эволюции состояния мерзлоты в условиях происходящих климатических изменений рассмотрели участники заседания Президиума РАН. В дискуссии участвовали ученые-мерзлотоведы, геологи, материаловеды, представители профильных федеральных министерств и ведомств. С основным докладом на тему «Реакция криолитозоны на изменения климата. Мониторинг вечной мерзлоты РФ, состояние и перспективы развития» выступил директор Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН член-корреспондент РАН Михаил Железняк.

Он напомнил масштабы многолетней мерзлоты: ее суммарная площадь, включая Гренландию, составляет 30% поверхности планеты.

— Климат, несомненно, является одним из значимых факторов формирования природной среды, его изменения приводят к преобразованию мерзлых толщ. Однако говорить об одномерной корреляционной связи климата и мерзлоты неверно, — отметил Михаил Николаевич, перечислив иные факторы, влияющие на таяние льдов: температура приземного воздуха, растительность, снег, свойства грунтов, термодинамические процессы, связанные с фазовыми переходами воды и др.

По словам ученого, «в мерзлых толщах лед образует породу, и своеобразие грунтов подчеркивается динамичными изменениями их свойств. Это определяет состояние и устойчивость оснований и геодинамических конструкций». Дисперсные грунты под воздействием температуры и давления перестают быть полускальными породами, по которым инженеры привыкли рассчитывать основания сооружений, и становятся мягко связанными.

Докладчик привел примеры деформации сооружений в зоне вечной мерзлоты — нефтепроводов, дорог, жилых построек — и рассказал о том, что в декабре 2020 года по заказу Министерства по развитию Арктики и Дальнего Востока был подготовлен научно-технический отчет по анализу состояния вечной мерзлоты, рассчитаны тенденции ее изменения и социально-экономические последствия. Был проанализирован ущерб народному хозяйству и разработаны методические и методологические подходы в организации и создании контроля состояния и оценки динамики криолитозоны.

В дальнейшем Президент РФ утвердил перечень поручений по итогам пленарного заседания Восточного экономического форума, и правительству было поручено обеспечить внесение в законодательство изменений, направленных на создание государственной системы мониторинга состояния многолетней мерзлоты. В марте 2025 года на Международном арктическом форуме было предложено создать специальный федеральный научный центр, рассказал М.Железняк.

Он представил коллегам идею системы государственного мониторинга вечной мерзлоты. Это должна быть межведомственная система долгосрочных наблюдений, сбора, обработки и анализа данных. Ее задача - контроль современного состояния и оценка динамики криолитозоны для обеспечения прогноза.

— Мы должны увидеть, что будет завтра, и подобрать проектные решения сегодня, — отметил член-корреспондент РАН. — Создание государственной системы мониторинга состояния вечной мерзлоты, которая сегодня разрабатывается Росгидрометом, требует методической доработки и расширения комплекса наблюдений.

Он также представил вышедшую в июне 2024 года монографию «Мониторинг вечной мерзлоты», в которой были не только проанализированы происходящие изменения, но и впервые предметно оценен возможный ущерб для экономики. По данным специалистов, совокупная стоимость зданий и инженерных сооружений, стоящих на вечной мерзлоте в Арктической зоне России, достигает 9,6 триллиона рублей.

Фото портала "Поиск"

Сотрудники Центра НТИ по новым функциональным материалам (ЦНФМ) НГУ разработали и зарегистрировали в Роспатенте программу для обработки спектров электрохимического импеданса углеродных наноматериалов. Новый софт создан благодаря финансовой поддержке Фонда НТИ, позволяет существенно ускорить анализ данных и помогает исследователям быстрее выбирать перспективные материалы для будущих промышленных применений.

— Программа помогает анализировать данные, получаемые при тестировании различных электрохимически активных материалов, в частности, углеродных материалов, акцент на разработку и исследование которых сделан в ЦНФМ в последнее время, — объяснил разработчик, сотрудник ЦНФМ Данил Польских.

По его словам, софт позволяет оценивать не только сопротивление вещества току, но и то, что происходит на границе раздела фаз между электродом и электролитом:

— Это даёт возможность разделить собственные свойства материала и параметры процесса, и по отдельности оценить вклад разных явлений в общую картину.

Углеродные наноматериалы, и в особенности многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) в НГУ поставляет Институт катализа СО РАН в рамках совместного гранта. Получаемые материалы используются в Li-ion аккумуляторах, суперконденсаторах, сенсорах, электролизерах, а также в составе специальных паст и покрытий. Они помогают создавать более лёгкие и прочные компоненты, улучшать проводимость и долговечность устройств, а также экономить энергию в самых разных отраслях промышленности — от энергетики до электроники. Поэтому точное понимание их электрохимических свойств напрямую влияет на скорость разработки новых технологий.

— В НГУ из МУНТ вначале изготавливают рабочие электроды, которые затем тестируют в целевых процессах — например, в электрохимической генерации пероксида водорода, или в многократном циклировании Li-ion аккумуляторов и суперконденсаторов с целью определения их долговечности, — прокомментировал директор ЦНФМ НГУ Денис Козлов.

Аналогичные программы в мире есть, но, как отмечают разработчики, главный вопрос — удобство.

— Большинство программ сделано так, что их использование подразумевает ручной режим обработки данных, а наша программа, наоборот, автоматизирована. С её помощью я могу получить 30–40–50 спектров за день и за 15–20 минут их все проанализировать, а не тратить 15–20 минут на обработку каждого спектра, — подчеркнул Данил Польских.

По его оценке, ряд операций новая программа выполняет в десятки раз быстрее, чем многие представленные на рынке решения.

Работа над программой заняла около трёх лет — от первого шаблона до текущей версии, которая уже используется в ЦНФМ на реальных объектах. Сейчас это один исполняемый файл, который можно установить и сразу применять в расчетах. Программа пока не выкладывалась в открытый доступ и используется как рабочий инструмент ЦНФМ; вопрос передачи внешним индустриальным партнёрам будет решаться на уровне Центра.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Фото предоставлено пресс-службой НГУ

Команда Института физики прочности и материаловедения СО РАН смогла получить уникальные слоисто-градиентные керамические композитные материалы. Их основой стали оксид алюминия и карбид циркония, имеющие разные коэффициенты теплового расширения. Результаты работы были опубликованы в журнале Materials Characterization.

Уникальная керамика очень стойка к высоким температурам — она выдерживает нагрев свыше 3 тыс. градусов. Благодаря этому ее можно использовать для защиты оборудования, работающего в экстремальных условиях, например, для сохранения тепла или предотвращения перегрева.

"Главной особенностью таких керамических композитов является их градиентная структура, которая обеспечивает плавное изменение свойств от одного слоя к другому. Материалы в этом случае наносятся послойно методом горячего прессования в вакууме: от чистого оксида алюминия постепенно переходя к чистому карбиду циркония, а между этими слоями располагаются промежуточные слои, состоящие из смеси обоих материалов в различных пропорциях", – рассказал научный сотрудник лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов контроля ИФПМ СО РАН, кандидат физико-математических наук Алесь Буяков.

Оксид алюминия и карбид циркония по-разному реагируют на нагрев и охлаждение, что влияет на то, как в них появляются и распространяются трещины. Карбид циркония как бы «сжимает» материал, замедляя трещины, а оксид алюминия, наоборот, «растягивает», ускоряя их рост. Если же правильно подобрать соотношение этих материалов, можно добиться прочности, объединив их разные свойства.

В создании материалов используется принцип палитры. Со сменой состава слоев они становятся более устойчивыми к разрушению. Это и позволяет избежать в том числе трещин. Оптимальное количество слоев для керамических композитов — от пяти до шести.

Из таких керамических композитных материалов с постепенно меняющимся составом можно изготавливать детали с необычными характеристиками. Можно настроить их так, чтобы детали хорошо или, наоборот, плохо проводили электричество и тепло, а также чтобы они были устойчивы к воздействию агрессивных веществ. Благодаря подобным характеристикам такие материалы очень ценны в производстве электроники, оборудования для энергетики и в авиакосмической промышленности.

Фото - Пресс-служба Томского научного центра СО РАН

В свое время мы уже писали о том, как в Советском Союзе еще до войны возникло одно очень актуальное направление в науке – так называемая «агрономическая физика». Эта наука занималась изучением основных физических факторов (свет, тепло, вода, воздух), влияющих на продуктивность земледелия. С этой целью в 1932 году в Ленинграде открылся Агрофизический научно-исследовательский институт, на тот момент – единственная в мире научная организация такого рода.

Напомним, что инициатором создания этого Института был академик Абрам Иоффе. Он же впервые предложил на системном уровне применить методы фундаментальной физики в сельском хозяйстве. В данном случае ученый исходил из того, что растения являются сложной физической системой, на которую можно влиять через свет, тепло и электричество. Отметим, что уже в довоенный период были сделаны важные наработки, особенно в области светокультуры. В частности, Иоффе рассматривал возможность круглогодичного выращивания овощей в тепличных хозяйствах, где использовалось искусственное освещение.

В послевоенные годы исследования продолжились, охватывая круг таких вопросов, как режимы освещения растений, способы изменения теплового, водного и воздушного режимов в почве и в приземном воздухе, а также вопросы создания новых методов и приборов для исследования важных физических явлений в земледелии.

Практических результатов оказалось достаточно много. Так, к началу 1950-х годов в теплицах уже применялось досвечивание растений электрическими лампами. Эффективность данного приема как раз была доказана лабораторными опытами Агрофизического института. Дальнейшие работы, проводимые уже после войны, показали, что если обеспечить достаточно мощное освещение (порядка 200 ватт на квадратный метр), то растения будут развиваться сильнее, чем под лучами солнца. Например, в одной лаборатории под мощными электроустановками томаты вызревали за 60-70 суток вместо 140-150, необходимых в естественных условиях. Огурцы вызревали за 37-40 суток вместо 60-70, ветвистая пшеница – за 70 суток вместо обычных 120-140.

Единственным препятствием к широкому использованию такого приема была его дороговизна. В то время (в начале 1950-х) еще не были найдены эффективные источники света для растений. Специальных «ботанических ламп», как отмечалось в публикациях тех лет, не было. Не было и соответствующих научных данных, хотя работа в этом направлении намечалась.

Параллельно осуществлялись разработки по технике обогрева парников и открытого грунта. Необходимо было дать научное обоснование количества потребляемого тепла в зависимости от погоды. Например, выяснить, как и на какой глубине размещать обогревательные приборы, чтобы растения наиболее полно использовали тепло. Также было важно решить вопрос о способности парника отражать, излучать и поглощать солнечные лучи.

Детального изучения требовал и световой режим парника. Задача сводилась к тому, чтобы растения в парниках освещались так же, как и в естественных полевых условиях. Считалось, что обычное стекло пропускает недостаточно света, особенно – невидимых ультрафиолетовых лучей. Чтобы решить проблему, сотрудники Агрофизического института предложили вставлять в рамы парников специальную ацетилцеллюлозную пленку, которая намного легче стекла и обладает большой прозрачностью не только в видимой, но и в ультрафиолетовой областях. В парниках, где применили такую пленку, резко повысился урожай. Например, урожай салата вырос на 55%, огурцов – на 66%, томатов – на 25 процентов. При этом созревание указанных культур ускорилось на 10-15 дней.

Особое значения имели исследования проблемы влияния на растения теплового фактора. Как известно, на растения влияют отрицательно как слишком высокие, так и слишком низкие температуры. В начале 1950-х годов систематическое изучение теплового режима почв и приземного воздуха только начиналось. Полных данных относительно тепловых характеристик почв Советского Союза еще не было. Без таких сведений, отмечали ученые, невозможно судить о процессах теплообмена и аккумуляции тепла и проектировать мероприятия по осушению или орошению территорий. Поэтому изучению теплового баланса на поверхности почвы уделялось серьезное внимание.

Учитывая, что большая часть территории страны находилась в зоне холодного климата, проблема теплового режима роста растений имела особую остроту. Уже тогда, к началу 1950-х, ученые приступали к регулированию этих условий непосредственно на полях. Серьезного опыта в таких делах еще не было, и все же нашим ученым удалось получить неплохие результаты. Так, в условиях Крайнего Севера главным препятствием для земледелия были ранние заморозки, нередко наступавшие в первой половине августа и даже в конце июля. Из-за заморозков страдает верхняя часть картофеля и прекращает рост. Опыты, проведенные сотрудниками Агрофизического института показали, что при заморозках ботва сильно излучает тепло и потому чрезмерно охлаждается, тогда как температура почвы и приземного слоя воздуха остается выше нуля.

Тогда ученые предложили сажать картофель на гребнях с расширенными междурядьями. Данный прием обеспечивал более полное использование почвенного тепла для обогрева растений и лучшее продувание их теплым воздухом. При такой посадке на опытных участках в совхозах Мурманской области от заморозков погибало всего 10-20 процентов картофеля, тогда как при обычных посадках погибало 70-90 процентов.

Дальнейшие исследования показали, что посадка картофеля на гребнях создает более благоприятные условия для роста растений, так как в длинные весенние дни гребни накапливают больше тепла, чем ровная поверхность. Причем, избыток тепла не успевал расходоваться за короткую ночь. Тот же прием довольно успешно использовался и в Ленинградкой области, где весной почвенного тепла часто не хватает. Помимо того, что гребнистая поверхность изменяет тепловой режим плантации, она также меняет и водный режим, устраняя избыточную влагу (что для Северо-Запада страны не менее актуально).

Помимо указанного способа были предложены и другие не особо сложные примы управления тепловым режимом почвы. Например, мульчирование земли черной бумагой, торфом, соломой и т.д. При таком способе солнечные лучи лучше поглощались, а ночью земля медленнее остывала.

Еще одно интересное наблюдение. Было установлено, что воздействие на поверхностный слой почвы может вызывать важные, иногда – коренные изменения во всех явлениях, происходящих в ней. Так, аграрии всегда стремятся поддерживать верхний слой в мелкокомковатом, рыхлом виде. Этот агротехнический прием служит своего рода защитой от непроизводительного испарения влаги. К началу 1950-х годов у нас были разработаны методы, позволявшие быстро создавать мелкокомковатую структуру поверхностного слоя почвы. Например, для этого применялся торф, обработанный разбавленный раствором едкого калия. Образовавшуюся щелочную вытяжку вносили в почву и тщательно перемешивали до образования комочков. Устойчивость таких комочков к размывающему действию воды была такая же, как у лучших черноземов. Кроме того, при этом заметно усиливалась деятельность почвенных микроорганизмов.

Еще один пример эффективного воздействия на поверхностный слой земли. Так, в пустынях и полупустынях для борьбы с выдуванием используют посадки трав, кустарников и деревьев. Однако неукоренившиеся всходы сами нуждаются в защите от ветра. Для этих целей традиционно использовались настилы из стеблей, веток, заборчики из камыша и т.д. Но такие приемы достаточно трудоемки и требуют большого количества материалов. Сотрудники Агрофизического института предложили связывать песчинки между собой путем нанесения на песок тонкого слоя битума. Из него изготовляли водную битумную эмульсию, равномерно распределяя ее на поверхности песка. С помощью такой защиты в начале 1950-х годов на Нижне-Днепровских песках, а также в Кара-Кумах удалось вырастить десятки гектаров лесопосадок.

Здесь мы перечислили только часть тех изобретений, что были предложены нашим агрофизиками в послевоенные годы. Полагаем, нет смысла отрицать, что такие предложения сохраняют актуальность для отечественного земледелия и в наши дни. Правда, не совсем ясно, насколько всё это используется в современных хозяйствах страны. Агрофизический институт до сих пор продолжает свою работу. Кое-что даже широко освещалось в прессе. Например, «Антарктический огород» - автоматизированный фито-технологический комплекс-оранжерея, работающий на станции «Восток». К началу 2026 года здесь с помощью особых технологий было выращено более 200 сортов растений (в основном – огурцы, томаты, перец, зелень и даже арбузы). И как явствует из отчетов, Антарктидой наши ученые не ограничатся. Речь уже идет об отработке технологий для будущих лунных и марсианских баз!

Этот космический размах, конечно же, впечатляет. Однако лишенные всякого пафоса простые «земные» технологии послевоенной поры впечатляют ничуть не меньше. А если говорить об актуальности, то все же реальные поля на Земле кажутся куда важнее для жизни людей, чем футуристические марсианские теплицы.

Николай Нестеров

Фотография из открытого источника

В Новосибирском государственном университете прошла научно‑практическая конференция «Высокотехнологичная диагностика как основа научного поиска», где показали, как компьютерная томография и искусственный интеллект помогают в области бинарных медицинских технологий и поиска новых подходов к лечению рака и нейродегенеративных заболеваний.

Заведующий лабораторией ядерной и инновационной медицины Физического факультета НГУ, к.м.н. Владимир Каныгин отметил, что высокотехнологичные методы давно вошли в научную практику, но именно междисциплинарные исследования сегодня дают наибольший эффект. По его словам, томографическое оборудование НГУ активно используется не только в биологии и медицине, но и в археологии:

— Использование томографии в археологической практике неожиданно показало достаточно высокие результаты, которые представляют определённый интерес.

Например, учёные сканируют древние черепа, не разрушая артефакты, и получают трёхмерные модели для реконструкций.

Отдельный акцент конференции — бинарные технологии, применяемые прежде всего в онкотерапии. Бинарная технология в медицине предполагает сочетание двух по отдельности относительно безопасных факторов (препарата и физического воздействия), которые вместе дают мощный терапевтический эффект. Пример — бор‑нейтронозахватная терапия: сначала в опухолевые клетки накапливаются наночастицы бора, затем опухоль облучают нейтронами, и в результате локальной ядерной реакции клетки рака разрушаются, а окружающие ткани повреждаются меньше. Похожий принцип лежит и в основе фотодинамической терапии, и в других комбинированных методах.

— Все эти работы укладываются как в направление нейтронозахватной терапии, так и ряда других бинарных технологий, которые являются основополагающими в нашей работе, — подчеркнул Владимир Каныгин.

Лаборатория НГУ, по его словам, уже широко использует препараты на основе бора и гадолиния, а также планирует развивать подходы с использованием соединений висмута, лития и других элементов. Важной особенностью стратегии НГУ он назвал переход от классических лабораторных моделей к работе со спонтанными опухолями у домашних животных: сотрудничество с ветеринарными клиниками позволяет приближать эксперимент к реальной клинической ситуации и проверять бинарные методики в условиях, более близких к человеческой медицине.

На конференции также прозвучали доклады о применении искусственного интеллекта в ранней КТ-диагностике различных заболеваний, включая нейродегенеративные. Доктор биологических наук, заведующая лабораторией молекулярных механизмов патологических процессов ФИЦ Фундаментальной и трансляционной медицины Елена Колдышева рассказала о совместном проекте с лабораторией ядерной и инновационной медицины НГУ.

— Сейчас мы ведём разработку нового алгоритма для диагностики нейродегенеративных изменений в мозге с помощью компьютерного томографа и искусственного интеллекта. Речь идёт об алгоритмах глубокого обучения, которые в перспективе должны помочь врачам более точно и рано выявлять патологические изменения, — отметила она.

На текущем этапе команда проекта создаёт обучающий набор данных (дата-сет) на лабораторных животных. Гистологи вручную размечают множество сканов срезов мозга: отдельно помечают амилоидные бляшки, нейрофибриллярные клубки, нормальные и повреждённые нейроны.

— Создание дата‑сета — это очень муторная, тяжёлая работа для гистолога. Нам нужны не десятки и не сотни, а тысячи снимков, которые мы должны вручную разметить, и по ним обучить, — пояснила Елена Колдышева.

После этапа на животных исследователи планируют искать подходящий набор данных по людям и «наложить одно на другое», чтобы адаптировать алгоритм к человеческому материалу.

По словам Владимира Каныгина, в отборе докладов важную роль сыграл и кадровый аспект: в большинстве коллективов участвуют действующие сотрудники, выпускники и нынешние магистранты НГУ, прежде всего по направлению «Медицинская физика». Это, как он отмечает, подтверждает, что университет сохраняет статус «кузницы научных кадров» в области ядерной медицины, высокотехнологичной диагностики и бинарных технологий. В совокупности доклады конференции показали, что НГУ не только осваивает передовые методы КТ и ИИ, но и формирует вокруг них сильную междисциплинарную школу, способную работать на стыке физики, биологии, медицины и даже археологии.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Фото предоставлены пресс-службой НГУ

Учёные НИИ клинической и экспериментальной лимфологии (филиал Института цитологии и генетики СО РАН) начинают серию исследований, посвящённых роли врождённых лимфоидных клеток (ILC) в развитии ревматических заболеваний, чтобы в перспективе создать более точные подходы к терапии таких болезней, как ревматоидный артрит, псориатический артрит и спондилоартрит. Первым шагом стал обзор современных работ, который помогает спланировать собственные эксперименты новосибирской группы, опубликованный в свежем номере «Сибирского научного медицинского журнала».

«Наша статья – это обзор литературы, следующий этап уже будет на наших данных. Мы взяли исследования по нескольким ревматическим заболеваниям и посмотрели, как меняется качественный и количественный состав ILC-клеток при каждом из них», -рассказал один из авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клинической фармакологии Виктор Овчинников.

По его словам, у врождённых лимфоидных клеток выделяют три субпопуляции – ILC1, ILC2 и ILC3: одни из них поддерживают воспаление, другие, наоборот, обладают противовоспалительным эффектом.

Лейкоциты – белые клетки крови, отвечающие за иммунитет, делятся на несколько крупных групп, одна из них – лимфоциты. Среди лимфоцитов есть отдельная линия – врождённые лимфоидные клетки, «родственники» Т‑ и В‑лимфоцитов, которые обитают преимущественно в тканях, реагируют первыми на патогены и повреждения, регулируя воспаление и регенерацию, умеют быстро запускать и усиливать ответ иммунной системы. В последние годы всё больше исследований указывает на то, что ILC участвуют в поддержании хронического воспаления в суставах и других органах‑мишенях при ревматических болезнях, влияют на разрушение хряща, костной ткани и патологическое ре-моделирование.

Авторы обзора показывают, что при ревматоидном артрите, псориатическом артрите, аксиальном спондилоартрите и других нозологиях соотношение разных групп ILC меняется по‑разному. Провоспалительные клетки могут накапливаться в тканях сустава и продолжать выделять воспалительные молекулы даже тогда, когда симптомы у пациента заметно уменьшились на фоне лечения. «Есть предположение, что остаётся небольшой пул ILC‑клеток где‑то в суставах или других органах, они поддерживают базовый уровень воспаления и не дают полностью снять все симптомы. Литература местами это подтверждает, местами опровергает, но все сходятся на том, что ILC каким-то образом участвуют в этих процессах», – отметил Овчинников.

Отдельный интерес вызывает то, как таргетная терапия – современные препараты, блокирующие отдельные цитокины или сигнальные пути, – влияет на ILC. Обзор показывает, что под действием лечения меняется субпопуляционный состав этих клеток, однако данные разных групп пока не всегда совпадают. В мире уже обсуждаются подходы, которые нацелены именно на ILC, например, ингибиторы сигнального пути JAK‑STAT и антагонисты IL‑17, и первые результаты выглядят многообещающими.

Следующим этапом станут собственные клинические исследования на базе ревматологического отделения НИИКЭЛ.

«Благодаря наличию собственной клиники, у нас есть уникальная возможность посмотреть пациентов до начала лечения, во время его проведения и после, и проследить, как конкретная терапия влияет на ILC‑клетки», – подчеркнул ученый.

Команда планирует изучать ILC в крови пациентов с различными ревматическими диагнозами, а при возможности – и в синовиальной жидкости суставов, хотя такие клетки сложно анализировать: вне организма они очень быстро погибают.

Особенность новосибирского проекта – длительное наблюдение и привязка данных по ILC к конкретным режимам терапии у реальных пациентов. В перспективе это позволит понять, можно ли использовать профиль врождённых лимфоидных клеток как дополнительный маркёр для подбора лечения и контроля остаточного воспаления. Если роль ILC в поддержании болезни удастся убедительно доказать, следующим шагом станут поиски способов прямо на них воздействовать и интеграция таких подходов в персонализированную терапию ревматических заболеваний. Данная работа выполняется в коллаборации с НИИ фундаментальной и клинической иммунологии.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН

Фото из архива НИИКЭЛ. Изображение создано с помощью нейросети Шедеврум

Заседание наблюдательного совета НОЦ мирового уровня «Сибирский биотехнологический научно-образовательный центр» провёл Губернатор Новосибирской области Андрей Травников.

Как доложил главе региона министр науки и инновационной политики Вадим Васильев, участниками программы СиббиоНОЦ сейчас являются 99 организаций: шесть вузов, 11 научных организаций и 82 организации реального сектора экономики. Они реализуют 104 проекта.  

В 2025 году в двух Центрах развития компетенций СиббиоНОЦ прошли обучение более пятисот человек: 375 в НГУ-ИЦиГ, 223 человека – в Университете биотехнологий (НГАУ). В НГУ разработаны и реализуются междисциплинарные образовательные программы в области генетики и генетических технологий, биоинформатики и медицины. А в Университете биотехнологий -- программы в области внедрения цифровых технологий в систему управления производством, переработки продукции животноводства, органического земледелия, управления БАС и робототехника.  

В рамках выездных мероприятий продолжается работа по продвижению и популяризации проектов программы деятельности СиббиоНОЦ, в том числе и созданной инновационной продукции.  

Также участники совещания рассмотрели ряд проектов, реализующихся в рамках СиббиоНОЦ. Директор по научной и технической деятельности ЗАО «Сибирский научно-исследовательский и испытательный центр медицинской техники» Александр Шекалов рассказал о реализации проекта по разработке аппарата электрохирургического высокочастотного «Прометей» и перспективах его развития.  

«Прометей» — это современное медицинское устройство, предназначенное для рассечения тканей и коагуляции сосудов, в том числе с использованием аргоноплазменного режима. Обеспечивает безопасное и эффективное выполнение широкого спектра оперативных вмешательств благодаря высокой частоте тока и самодиагностике.  

Разработку и серийное производство медицинских изделий для хирургии и реабилитации СибНИИЦМТ ведёт уже более 30 лет. Проект по разработке, созданию аппарата «Прометей» был включен в программу СиббиоНОЦ в 2019 году. Аппарат, прошедший все необходимые технические испытания, токсикологические исследования, был клинически испытан на базе НГМУ. И в 2023-м году впервые применен в клинической практике при содействии НГМУ на базе ГКБ №1 в отделении гнойной хирургии. В дальнейшем испытания изделия были успешно проведены на базе многих новосибирских лечебных учреждений различного профиля.  

В 2026 году СибНИИЦМТ центр запустил проект по разработке электрохирургического аппарата уровня лучших мировых аналогов для общей и малоинвазивной хирургии.  

О деятельности Центра развития компетенций руководителей научных, научно-технических проектов и лабораторий СиббиоНОЦ и развитии технологического предпринимательства на базе Университета биотехнологий» на заседании наблюдательного совета доложил проректор по научной работе ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет инженерии и биотехнологий» Константин Жучаев.  

В частности, он рассказал, что в начале этого года Университет биотехнологий совместно с Городским центром развития предпринимательства и при поддержке Правительства Новосибирской области открыл бизнес-инкубатор.  

Его резиденты – студенты Университета – уже активно запускают собственные проекты и готовы масштабировать идеи в реальные продукты и сервисы. В числе проектов, например, – разработка препарата для поддержания жизненно важных функций у млекопитающих геронтологического возраста – «лекарство от старения» для кошек, собак и других домашних животных.  

Также участники совещания обсудили реализацию проекта «Системы менеджмента гидропонных и аэропонных сити-ферм и теплиц OverGrower», реализуемого ООО «Современные системы выращивания».

Информацию и фото предоставила пресс-служба Министерства науки и инновационной политики Новосибирской области

Международный коллектив ученых установил, что по изменению химического состава примесей в речной воде можно с высокой точностью определять давность лесных пожаров и масштаб протаивания вечной мерзлоты в Центральной Сибири. Это позволит прогнозировать, как быстро восстанавливаются сибирские леса, насколько активно деградирует многолетняя мерзлота и сколько растворенных веществ будет попадать в Северный Ледовитый океан на фоне глобального потепления. Результаты исследования опубликованы в журнале CATENA.

Лесные пожары становятся все более серьезной проблемой для бореальных лесов планеты. Сильные пожары катастрофически влияют на лесные ресурсы, вызывают негативные социальные и экономические последствия, а также подрывают способность лесов накапливать углерод из атмосферы и снижают биоразнообразие на выгоревших территориях. Помимо того, пожары влияют на круговорот химических веществ в биосфере. Это приводит к долгосрочным биогеохимическим последствиям, которые могут сохраняться десятилетиями. Зола от лесных пожаров обогащена различными элементами. Многие из них находятся в водорастворимых формах, поэтому легко могут оказаться в ручьях. Особенно уязвимы регионы с многолетней мерзлотой, где протаивание мерзлотного слоя после пожара способствует более активному вымыванию элементов в воды рек и ручьев.

Ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из ФИЦ комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова УрО РАН и специалистами из Франции, Канады и США выяснили, что по изменению в речной воде концентрации анионов — минеральных соединений с отрицательным зарядом — можно с высокой точностью определить, как давно горел лес, и оценить масштаб протаивания многолетней мерзлоты.

Специалисты оценили, как лесные пожары влияют на содержание основных анионов (бикарбоната, хлорида, сульфата) и питательных элементов (нитрата и фосфата) в водосборных бассейнах центральной части Сибири, где доминируют лиственничные и березовые леса на многолетней мерзлоте. Изучив участки с различной историей пожаров, от нескольких дней до 129 лет после возгорания, биологи проанализировали миграцию растворенных веществ из пирогенных слоев в почву и далее в речную сеть.

Оказалось, что концентрации элементов, попавших в реки после пожара, по-разному изменяются со временем, что позволяет использовать их как маркеры истории пожаров. Например, сульфаты служат наиболее надежным индикатором времени, прошедшего с момента пожара: их уровень резко возрастает после пожарного воздействия и возвращается к фоновым значениям примерно через 20 лет. Бикарбонат, напротив, достигает пика в ручьях лишь спустя два десятилетия, сигнализируя о том, насколько глубже стала оттаивать мерзлота. Нитраты максимальны в первое десятилетие, а затем снижаются по мере восстановления растительности. Концентрации нитратов могут отражать темпы восстановления наземной растительности в сгоревшем лесу. Таким образом, главные анионы, образующиеся после пожаров, могут служить надежными индикаторами интенсивности пожара и времени, прошедшего с момента возгорания.

«Наши результаты имеют важное значение для прогнозирования реакции ландшафта на увеличение частоты лесных пожаров и глобальное потепление. Они позволят лучше понять будущие изменения в функционировании экосистемы сибирской тайги и выносе неорганических растворенных веществ в Северный Ледовитый океан. Поскольку изменение климата увеличивает частоту и интенсивность пожаров, а также глубину протаивания мерзлоты, вынос неорганических растворенных веществ в Северный Ледовитый океан будет усиливаться. Предложенный метод анализа анионов в ручьях позволяет создать эффективную, пространственно-интегрированную систему мониторинга. Включение динамики анионов в региональные системы мониторинга может предложить эффективный инструмент для отслеживания режимов пожаров, восстановления экосистем и стабильности многолетней мерзлоты в быстро нагревающихся бореальных и арктических регионах Сибири», — отмечает Ирина Токарева, кандидат биологических наук, научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

В то же время авторы призывают экстраполировать результаты с осторожностью, учитывая различия природных условий Центральной Сибири. Тем не менее анализ речной воды может стать важным инструментом для оценки масштабов лесных пожаров и скоростей восстановления экосистем в быстро нагревающихся арктических и бореальных регионах.

Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН