В конце прошлой недели жители Академгородка заметили новый арт-объект, который появился на территории сквера в станции Сеятель (улица Разъездная, 20). Одним из первых о скульптуре «Кот ученый» редакции «Академ.Инфо» сообщил краевед Евгений Козионов.

«А эта скульптура возле Сеятеля давно появилась? Я что-то не помню нигде новостей или сообщений о ее открытии», – поинтересовался краевед у редакции. Действительно, о появлении малой архитектурной формы нигде не сообщалось.

Скульптуру местные жители уже назвали «Котом ученым». Это второй арт-объект в виде кота: первый находится в зимнем саду Дома ученых и представляет собой деревянную лавочку.

«Кот ученый», вероятно, друг «Мыши, вяжущей ДНК». Эту скульптуру установили у Института цитологии и генетики в 2013 году.

«Памятник представляет собой лабораторную мышь в сдвинутых на кончик носа очках, она сидит на гранитном постаменте. В лапках у мыши спицы, она вяжет двойную спираль ДНК», – говорится в описании памятника мыши.

Кроме «Кота ученого», в микрорайоне Щ есть арт-объект «Зеленая белка», установленный на территории будущего сквера местными жителями. Белка критиковалась и подвергалась актами вандализма, но, тем не менее, прижилась. 

фото редакции

Почти два месяца подряд на юге Западной Сибири столбик термометра впечатляет высокими показаниями. Сейчас жара наконец немного отступила, пошли дожди. По словам ученых, погода, которая еще недавно казалась исключением, может всё чаще появляться в Сибири. Волны жары и засухи будут учащаться, ожидаются и более резкие контрасты — быстрые переходы от долгой жары к периодам сильных дождей. О причинах этой аномалии и о том, как может измениться климат Сибири в будущем, мы поговорили со старшим научным сотрудником Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск) кандидатом географических наук Натальей Николаевной Чередько.

Жара июня-июля 2026 года не просто аномальная, она бьет рекорды. Согласно данным о средней температуре месяца, июнь 2026 года стал самым знойным для юга Западной Сибири за весь период метеонаблюдений. В Новосибирске и Барнауле этот показатель побил прежний рекорд 2012 года. В Томске значение оказалось вторым за всю историю наблюдений и уступило только 2012-му, и то всего на 0,1 градуса. Есть и другой показатель — абсолютный суточный максимум, по нему рекорды прошлых лет пока устояли. С осадками ситуация также была нетипичной: в Новосибирске за июнь выпало только 20 % месячной нормы дождя, в Томске — около половины.

Всё началось в первую декаду июня. Тогда над регионом сформировался блокирующий процесс — так метеорологи называют устойчивый, почти неподвижный антициклон, область высокого давления, которая создает условия для постоянного притока разогретого сухого воздуха из Центральной Азии. Временами приходили циклоны с грозами и ливнями, потом снова наступал зной. Так, 16 июня в селе Онгудай в Республике Алтай за три часа выпало 30 мм осадков. Для этой части региона, подверженной селям, такой ливень — уже опасное явление. Юг Сибири одновременно тонул в ливнях в одних районах и жарился в других. Причина заключается в атмосферных волнах, которые управляют всей погодой на планете. Ученые называют их волнами Россби.

«Эта большая волнистая река течет в атмосфере где-то на высоте пяти-восьми километров. Скорости потоков очень большие, они могут быть до 200 километров в час. Когда волна усиливается, образуется гребень, мощный, как гора, которая не дает насыщенному влагой потоку воздуха с Атлантики попасть в Западную Сибирь. Пока такая воздушная «гора» стоит на месте, ее постоянно подпитывает теплый воздух со Средней Азии. Она не ослабевает, даже усиливает сама себя. В безоблачную или малооблачную погоду влага, которая есть в почве, испаряется, земля становится суше, повышает свою температуру еще сильнее и нагревает приземный слой воздуха», — объясняет Наталья Николаевна.

Сдвинуть атмосферный блок способен только по-настоящему мощный атлантический циклон. Но летом подобные гости добираются до юга Западной Сибири нечасто: поля давления в это время года без больших контрастов (метеорологи говорят — “малоградиентные”), и западные потоки в целом слабые. Кроме того, разрушить блокировку может вторжение холодного арктического воздуха, что произошло восьмого июля и принесло долгожданное снижение температуры.

Большинство ученых отмечает, что на фоне глобального потепления волны жары и засухи учащаются. В будущем они, по прогнозам, станут еще интенсивнее и продолжительнее. Ожидаются и более резкие контрасты — быстрые переходы от долгой жары к периодам сильных дождей.

«Точно оценить вклад глобального потепления в какой-либо процесс можно только с помощью климатических моделей. Поставить лабораторный эксперимент, как в других науках, климатологи не могут, поскольку климатическая система Земли слишком сложна, чтобы ее скопировать и провести опыты. Поэтому в модель загружают два сценария. Первый — реальные современные условия с нынешней концентрацией парниковых газов. Второй — воображаемые условия конца XIX века, как будто промышленность так и не начала развиваться. Разница в частоте и силе волн жары между этими сценариями и считается вкладом глобального потепления. Похожим образом сравнивают сегодняшний климат с климатом будущего при разных уровнях выбросов парниковых газов», — прокомментировала Наталья Николаевна.

Изменение климата влияет не только на частоту и силу волн жары, но и на то, как ведут себя другие экстремальные явления, например сильные осадки после засушливых периодов. Казалось бы, дождь после долгой жары должен принести облегчение. На деле нередко выходит наоборот. Ливни после затяжной засухи — это много воды за короткое время. Пересохшая почва становится твердой, как асфальт, и не успевает впитать влагу. Вода стекает бурными потоками, а городские ливневки не справляются с такой нагрузкой. Одновременно перегретая земля быстро испаряет попавшую на нее влагу, и воздух становится еще более влажным.

«Повышенная влажность после таких ливней влияет не только на состояние почвы и воздуха, но и на способность организма охлаждаться. При почти стопроцентной влажности пот не может испаряться, а значит, охлаждающая система тела перестает работать. Вместо облегчения после дождя человек чувствует, что стало еще более душно. Отдельная проблема заключается в теплых ночах. Если бы ночью было прохладно, воздух бы остывал, и человеческий организм мог бы успеть восстановиться. Но в эту жару всё усугублялось тем, что ночи тоже были теплыми, поэтому жара оказалась такой изматывающей, с большим количеством вызовов скорой помощи», — прокомментировала Наталья Николаевна.
Долгая жара запускает целую цепочку последствий, часть из них проявляется не сразу. Водоемы мелеют и цветут, уровень воды в реках падает. Пересохшая растительность создает условия для крупных лесных пожаров, страдает и сельское хозяйство. Один из самых неожиданных отложенных рисков — паводки. Пересушенная твердая почва при первом же сильном дожде не впитывает воду, а быстро сбрасывает ее в реки, которые могут выйти из берегов.

«Если нынешние тенденции сохранятся, лето в Сибири будет становиться жарче и контрастнее, засушливые периоды станут резче сменяться дождливыми. Правда, пока более сухие сезоны всё же чередуются с более влажными, у природы много механизмов самовосстановления. Ситуация изменится, если климатическая система пройдет критическую точку, после которой прежние механизмы перестанут работать. Тогда ей придется долго перестраиваться под новые условия», — рассказала Наталья Чередько.

Дать точный прогноз ученым мешает нехватка данных. Расстояние между метеостанциями в Томской области около 200 километров, а между аэрологическими станциями, которые измеряют параметры атмосферы на разных высотах, еще больше. Для точных прогнозов нужно, чтобы станции располагались через 40—50 километров друг от друга. Из-за таких белых пятен в исходных данных неопределенность климатических прогнозов остается высокой.

Быстро оценить жару июня 2026 года по горячим следам ученые пока не могут, в открытом доступе есть в основном только спутниковые данные. Они не такие точные, как наземные наблюдения, зато поступают в реальном времени и позволяют следить даже за океаном. Температура океана тоже влияет на погоду на суше, порой за тысячи километров от берега.

По словам исследовательницы, властям стоит сохранять и расширять зеленые зоны в городах, а заодно пересматривать нормы застройки. Город сам по себе — дополнительный источник тепла, и это усиливает жару по сравнению с загородными районами. Кондиционеры в общественных местах и транспорте, современные ливневки, готовность здравоохранения к росту нагрузки в жару — часть необходимой подготовки к следующим сезонам. Врачи советуют: в такую погоду стоит пить больше воды, носить светлую одежду из натуральных тканей и головные уборы, поменьше находиться на солнце в дневные часы и отказаться от крепких напитков, включая кофе и чай.

Анастасия Шамова, студентка 4-го курса направления подготовки «Журналистика» Гуманитарного института НГУ

Фото Ольги Ивановой

Тафономический анализ рыб раннего мелового периода (ок. 124 миллионов лет назад), найденных в геологическом разрезе на р. Турга (обнажение Миддендорфа в Восточном Забайкалье), впервые провели ученые Новосибирского государственного университета и Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН. На основании различий в сохранности рыб и составе ориктоценозов (совокупностей окаменелых остатков ископаемых растений и животных, находящихся в определенном геологическом слое или месте) они реконструировали особенности захоронений рыб и беспозвоночных в этом палеоозере, в результате которых сформировался Тургинский лагерштетт. Исследование проводилось при поддержке Гранта РНФ (№25-77-10059), его результаты опубликованы в журнале НГУ «Геология и геофизика».

Лагерштетт — особый тип захоронения окаменелостей, которые в них представлены большим количеством, и часто отмечаются исключительной сохранностью. Иногда благодаря особым условиям сохраняются не только твёрдые части скелетных форм, но также и отпечатки мягких тканей. Тургинский лагерштетт (обнажение Миддендорфа) — знаменитый раннемеловой геологический и палеонтологический памятник в Восточном Забайкалье, впервые исследованный в середине XIX в. Находки ископаемой биоты отсюда известны с 1846 года после экспедиции путешественника и ученого А. Ф. Миддендорфа. Местонахождение относится к раннемеловому периоду (около 125 млн лет). Найденные на нем окаменелости характеризуются исключительной сохранностью: у ископаемых рыб отлично сохраняются скелет, все кости черепа и чешуя, а у рачков-конхостраков — хитиновый скелет и кладки с яйцами.

Выявление факторов, влияющих на высокую сохранность обитателей конкретных палеоводоемов, поможет ученым в изучении других лагерштеттов, где данные факторы также могут действовать. Либо же это исследование поможет исследовать палеоозера, где влияние на сохранность остатков древней флоры и фауны оказывают другие факторы. В Тургинском лагерштетте прекрасная сохранность отмечается и у беспозвоночных, и у позвоночных, то есть рыб. Обилие остатков последних позволило ученым использовать палеонтологические находки для реконструкции условий, в которых древние существа захоранивались.

— Если в каком-либо палеоозере хорошо захоранивались одни позвоночные, есть вероятность, что могут сохраниться другие. Такие, как, например, черепахи, динозавры, птерозавры и другие, которые могли разными путями и при различных обстоятельствах попасть в данный водоем. Поэтому, выявив факторы, влияющие на хорошую сохранность рыб, можно предсказать, что в этом же месте есть вероятность найти и других представителей животного мира мелового периода, — пояснил инженер научно-образовательного центра НГУ «Эволюция Земли», младший научный сотрудник лаборатории палеонтологии и стратиграфии мезозоя и кайнозоя Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН Всеволод Ефременко.

Ученый подчеркнул, что тафономические исследования лагерштеттов в России и в мире проводятся довольно редко. Это обусловлено сложностью работы с лагерштеттами и необходимостью изучения большого объема теоретического материала и данных о факторах среды. Не проводилось такое исследование и для Тургинского лагерштетта, хотя история его изучения насчитывает 180 лет. Насчет уникальной сохранности рыб и беспозвоночных существовали лишь предположения, однако не основанные на изучении конкретного материала и обращения к экспериментальным данным. Новосибирские ученые взяли крупную выборку палеонтологических образцов, применили современные методики, сравнили результаты с экспериментами по захоронению рыб и привлекли собственные данные об этом палеоозере, чтобы восстановить условия, которые действовали в этих местах 125 миллионов лет назад.

— Во второй половине прошлого века в связи с открытием нескольких местонахождений, богатых ископаемыми рыбами, в США и Германии активно проводились контролируемые эксперименты над остатками рыб, при которых ученые старались выявить влияние таких факторов, как температура, давление, соленость воды на скорость разложения тел рыб. Изучению подвергалась и явление посмертного всплытия рыб. Было выявлено, при каких условиях погибшая рыба всплывает на поверхность, а в каких погружается на дно. Впоследствии эти данные сравнивались с тем, что мы наблюдаем в геологических слоях. Данные об экспериментах и гигантский объем ископаемых рыб с мезозойских и кайнозойских местонахождений мира стали теоретической основой нашего исследования, — рассказал ученый.

При изучении обширной коллекции ископаемых рыб из Тургинского лагерштетта, ученые обращали внимание на полноту скелета и его сохранность, отмечая степень сочленения костей или их разбросанность по субстрату, положению чешуи и наличию поблизости других рыб,  беспозвоночных или других ассоциаций, полезных для установления особенностей захоронения.

Также исследовался размер рыб, что также важно для установления сезона захоронения и реконструкции палеопопуляции. В качестве размера рыбы использовали длину от хвоста до головы, независимо от того, в каком положении данная рыба — вытянутом или изогнутом. Восстанавливали даже размеры частично сохранившихся рыб. Это было необходимо, чтобы отличать захоронения с преимущественно мелкими, средними и крупными рыбами, их окружением и сохранностью. Таким образом важными величинами для исследования были размеры рыб, наличие их ассоциаций с беспозвоночными и степень сохранности.

Для реконструкции климата на территории данного палеоозера ученые использовали полученные ранее данные споро-пыльцевого анализа и данные седиментологии, указывающие, как происходило осадконакопление —  быстро или медленно, на удаленной части от берега и на близкой к нему. Также применили данные органической геохимии — ранее изучали органическое вещество, оставшееся в породах со времен мезозоя. Используя эти данные, ученые выясняли, какая жизнь обитала в этом палеоозере, каким было содержание кислорода в воде, присутствовала ли стратификация водного столба.

— Существует зависимость между скоростью разложения рыбы и температурой воды палеоозера. Если оно теплое, погибшая рыба всплывает «брюхом кверху» из-за накопления газов, которые являются продуктами деятельности бактериального разложения. В зависшем в толще воды состоянии она начинает разлагаться. Процесс начинается с головы, и рыба сначала теряет кости черепа. Когда процесс разложения достигает брюшной области, рыба падает на дно. В таком случае у нее очень мало шансов сохраниться в ископаемой летописи. Что удивительно, в нашей выборке палеонтологического материала не было рыб, которые демонстрировали бы длительное разложение в толще воды или длительное разложение вообще. Это значит, что погибшая рыба не всплывала, а сразу же падала на дно и там какое-то время лежала на субстрате. Мы обнаружили образцы с несколькими рыбами разной степени сохранности в пределах одного миллиметрового слойка. Это значит, они падали на дно последовательно и быстрого захоронения не происходило. Они некоторое время просто лежали на дне, и, скорее всего, медленно разлагались. Значит, действовал какой-то фактор, который мог препятствовать быстрому разложению рыб в данном палеоозере. По данным экспериментов эти факторы хорошо известны: температура, соленость воды, уровень ее рН и глубина палеоозера, — пояснил Всеволод Ефременко.

Исходя из состава фауны, а именно личинок насекомых (поденок) и ракообразных (филлопод) ученые сделали вывод, что палеоозеро было неглубоким, так как эти животные обитали только в относительно мелководных водоемах. В пользу этой гипотезы свидетельствовало большое количество небольших рыб, наличие микрофауны, данные седиментологии и органической геохимии. Вероятно, Тургинское палеоозеро было обширным по площади и его глубина не превышала 15 метров. Следовательно, глубина не являлась фактором, влияющим на посмертное погружение рыб на дно. 

Данные споро-пыльцевого анализа свидетельствуют об умеренном теплом климате, переходном к субтропическому. В этом климате в летнее время легко достигаются температуры, достаточные для разложения рыбы в толще воды (16-18॰), но ученые находят захоронения рыб вместе с слойками, забитыми раковинами ракообразных. Такие захоронения раковин могут возникать только в летний период, потому что именно в это время года данные беспозвоночные переживают пик численности. В пользу именно этого времени года свидетельствует наличие в захоронениях большого количества мальков.

Захоронения из Тургинского палеоозера уникальны именно наличием в них рыб в соседстве с ракообразными. В палеоозерах Китая рыбы в них отсутствуют. В данном случае они имеются в больших количествах и обладают хорошей сохранностью. А это значит, на их сохранность влиял не температурный фактор. Ученые пришли к выводу, что этим фактором является щелочность воды — то есть показатель Ph. Может показаться, что щелочные озера некомфортны для жизни и биоразнообразие их скудное. В Тургинском палеоозере были обнаружены остатки рыб всего двух таксонов (родов Lycoptera и Stichopterus), и один из которых явно преобладает в выборке — на сотню образцов одного рода встречается всего один образец другого.

— Экспериментально показано, что при выветривании вулканических пород могут образовываться щелочи, попадающие впоследствии в палеобассейн и влияющие на химизм его вод. Основание Тургинского палеоозера, а если точнее — впадина, в которой оно находилось, сложено щелочными базальтами. Вероятно, при их выветривании озеро наполнялось щелочами, что формировало определенную геохимическую среду, в которой рыбы могли захораниваться с высокой степенью сохранности даже в летнее время. Удивительно, но ранее в тафономических моделях для подобных палеоозер этот фактор не рассматривался. Мы в работе столкнулись с противоречием — рыбы в слоях с ракообразными сохраняться не должны были вообще, но в нашем случае они почему-то сохранились. И уровень Ph воды неплохо согласуется с данными о геологическом строении впадины Тургинского палеоозера и результатами тафономических экспериментов, показавшим, что при уровне Ph воды, равном 8.6, мертвая рыба не всплывает, а лежит на дне на протяжении более месяца, почти не разлагаясь. 

Косвенным признаком того, что в Тургинском палеоозере уровень Ph был высоким, свидетельствует очень высокая численность ракообразных — филлопод, которые достигают максимальной численности именно в щелочной воде. В пресной или кислой воде она снижается вплоть до исчезновения. 

В результате исследования ученые выявили летние захоронения, содержащие рыб, ракообразных с остатками мальков и насекомых, а также, вероятно, зимние захоронения, состоящие преимущественно из крупных рыб очень хорошей сохранности, лишенных соседства беспозвоночных и насекомых.

— Мы установили, что главными факторами, отвечающими за высокую степень сохранности представителей фауны мелового периода в Тургинском палеоозере, является отсутствие гидродинамического воздействия, дефицит кислорода в придонном слое и щелочность воды. Важным фактором сохранности является отсутствие длительного посмертного нахождения рыбы в толще воды. В исследуемом нами древнем водоеме зимой всплытию тел мертвых рыб препятствовала низкая температура воды, а в теплое время года посмертное их всплытие предотвращал повышенный уровень рН. Поверхности напластования, содержащие раковинные мостовые из конхострак Eosestheria middendorfii, накапливались в летний период. В них мы во множестве находим остатки рыб небольшого размера. Более крупные рыбы были захоронены во время осеннего и зимнего сезонов. Рядом с ними беспозвоночных не наблюдается, — рассказал Всеволод Ефременко.

Текст и фото - пресс-служба Новосибирского государственного университета

Международный эксперимент Belle II реализуется на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB в Лаборатории физики высоких энергий (KEK) в Цукубе (Япония). Его физическая задача заключается в прецизионной проверке современной теории элементарных частиц – Стандартной модели (СМ). Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) принимали участие в подготовке эксперимента, а сейчас занимаются обработкой и анализом экспериментальных данных. Одно из направлений физической программы, которым заняты новосибирские физики, – экспериментальное исследование структуры и свойств боттомония. В простейшем представлении боттомоний – это мезон, состоящий из прелестного (beauty, или b) кварка и его антикварка. Недавно полученные результаты позволяют российским ученым предполагать, что при определенных энергиях некоторые состояния боттомония могут быть не чистой парой b-кварка и b-антикварка, как считалось ранее, а содержать примеси состояний с дополнительными легкими кварками, то есть с парой легкий кварк – легкий антикварк.

Существующая теория микромира – Стандартная модель – хорошо описывает фундаментальные взаимодействия элементарных частиц, но некоторые астрофизические наблюдения указывают на то, что она не полностью объясняет физическую картину мира. Целью эксперимента Belle II является исследование нарушения CP-четности, а также физики редких распадов B-мезонов и D-мезонов, которые могут дать ключ к поиску явлений, не укладывающихся в СМ.

«Стандартная модель не объясняет нам, например, почему наблюдаются именно три поколения элементарных фермионов и почему во Вселенной возникла наблюдаемая асимметрия материи и антиматерии, – прокомментировал младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Евгений Коваленко. – Кроме того, СМ содержит много свободных параметров: их значения и возможная связь между ними не объясняются самой теорией и не выводятся из более фундаментальных принципов. Поэтому в том числе на Belle II ведутся поиски проявлений Новой физики – частиц и процессов, выходящих за рамки СМ. В основном физическая программа эксперимента нацелена на изучение распадов B-мезонов – частиц, состоящих из тяжелого и легкого кварков, моя же часть работы связана с изучением боттомония. Это тоже мезон, но в простейшей картине он состоит из пары тяжелых прелестных кварков: b-кварка и b-антикварка».

Боттомоний рождается в процессе столкновения частиц, например, при аннигиляции электрона и позитрона. Сначала из чистой энергии рождается виртуальный фотон, а потом b-кварк и b-антикварк. Эти тяжелые кварки не могут разлететься как свободные частицы: сильное взаимодействие удерживает их рядом – так формируется боттомоний. Боттомоний интересен ученым в качестве объекта исследования, потому что он состоит из тяжелых кварков. «Тяжесть» и относительная «медлительность» кварков позволяют описывать такую систему более простыми теориями и делать предсказания о ее структуре и взаимодействиях кварков внутри нее.

«Когда мы говорим про боттомоний, то обычно подразумеваем состояние b-кварка и b-антикварка, – добавил Евгений Коваленко. – Но наш анализ экспериментальных данных, полученных в эксперименте Belle, касающийся адронных переходов боттомония, показывает, что в некоторых возбужденных состояниях могут быть примеси компонентов с более легкими кварками. Иными словами, боттомоний в таких состояниях может оказаться устроен сложнее, чем простая пара b-кварка и b-антикварка».

Адронный переход – это процесс, при котором одно состояние боттомония испускает один или несколько легких адронов – например, π-мезоны или η-мезон – и переходит в другое состояние боттомония с меньшей энергией. Именно при изучении таких процессов новосибирские физики получили указание на возможные примеси компонентов с легкими кварками в некоторых состояниях боттомония.

«Теория предсказывает, что переходы с испусканием пары π-мезонов должны встречаться значительно чаще, чем переходы с испусканием η-мезона, – пояснил Евгений Коваленко. – В эксперименте η-переходы действительно наблюдаются реже, но не настолько редко, как ожидалось. Их вероятность оказалась значительно выше некоторых теоретических оценок — примерно на два порядка. Это может быть важным сигналом того, что структура исследуемого состояния сложнее, чем предполагалось. На данный момент мы не можем сделать строгое заявление о структуре боттомония, но мы видим расхождение, и наличие компонентов с легкими кварками могло бы его объяснить. Чтобы проверить эту гипотезу, нужно измерять схожие адронные переходы и набрать большую статистику на Belle II. Если аномально большие вероятности будут повторяться именно для возбужденных состояний, где ожидаются такие примеси, это станет серьезным аргументом в пользу более сложной структуры боттомония».

Пресс-служба Института ядерной физики

Фото Т. Морозовой

Часть первая

Часть вторая

Часть Третья: «Матрица» эко-поселений будущего

Нельзя сказать, что проект биоэкопоселений принимается всеми на «ура» без исключений. Есть и критика, причем, во многом справедливая. Так, критики обращают внимание на то, что арктический биоэкопоселок со всеми его сложнейшими системами может превратиться в «золотую клетку» для проживающих в нем людей, рискующих попасть в тотальную зависимость от дорогой эксплуатации и не менее дорогого технического обслуживания всех его «умных» агрегатов.

Безусловно, такие опасения имеют место. Как мы уже говорили в первой части, этот технологический комплекс должен пройти «обкатку» в экстремальных условиях Арктики, чтобы потом на его основе создавать обитаемые лунные базы. Космический замах вполне логично ведет нас к «космической» сложности самого объекта.

Однако надо понимать, что используемая здесь модель функционирования основных систем жизнеобеспечения вполне может стать образцом и для земных эко-поселений, распространяясь на более благоприятные для жизни климатические зоны. То есть модель в состоянии развиваться как в сторону усложнения - если речь идет об освоении космоса, так и, наоборот, она может получить более дешевые «облегченные» варианты, если речь идет об умеренных и тропических широтах нашей планеты. Иными словами, на ее основе мы вполне можем проектировать футуристические эко-поселения для многих регионов как нашей страны, так и для других стран. Таким путем вместо «золотой клетки» мы получим вполне рентабельный проект «зеленого» поселения будущего, где во главу угла также будет поставлен принцип природоподобия.

Очевидно, что если биотехнологический замкнутый цикл покажет стабильную работу в условиях экстремального полярного холода, дефицита солнечного света и практически полной изоляции, то его перемещение в более мягкие климатические условия произойдут с достаточно высоким запасом прочности и, соответственно, с существенным удешевлением. Как отмечают специалисты Курчатовского института, проектирование систем под экстремальных холод заставляет инженеров закладывать максимальный коэффициент надежности. По этой причине масштабирование данной модели в умеренные и тропические широты будет иметь свои уникальные особенности и выгоды.

В отличие от Арктики, в умеренных широтах есть нормальное «полноценное» лето и естественная смена дня и ночи в течение всего года. Соответственно, фотобиореакторы будут получать это естественное освещение, а значит, отпадет необходимость в круглосуточном использовании осветительных систем. В зимнее время затраты тепла на обогрев биореакторов снижаются в разы.

Благодаря более продолжительному теплому периоду, «атомная батарейки» перестает быть безальтернативным вариантом энергоснабжения. Это существенно снижает как капитальные затраты, так и стоимость обслуживания. В умеренных широтах акцент переносится на альтернативные возобновляемые источники энергии. В этих условиях гибридная энергосистема может опираться на биомассу, получаемую из отходов сельского хозяйства и деревопереработки, а также на ветрогенерацию. То есть энергетическая биомасса и ветряки станут дополнять друг друга. Серьезную роль могут играть малые локальные ТЭЦ, работающие на биометане из очистных реакторов (как мы помним, в замкнутой системе таким путем решается проблема утилизации бытовых органических отходов и стоков).

Уже сейчас модели биоэкопоселений Курчатовского института могут лечь в основу «умных эко-пригородов». При налаженной работе утилизации и переработки органики в замкнутом цикле резко снизится нагрузка на городские очистные сооружения. А главное – не понадобится вывоз мусора на полигоны. В «умном эко-поселке» фактически каждый жилой квартал сможет автономно очищать свои стоки, утилизировать углекислый газ из местных котельных и возвращать энергию в жилые дома.

Если применить модель биоэкопоселений к условиям тропиков (а такой вариант также рассматривается), то здесь арктическая система претерпевает зеркальные изменения – обогрев меняется на охлаждение, и при этом лавинообразно возрастает эффективность биореакторов. Благодаря круглогодичному интенсивному солнечному освещению и высокой базовой температуре создаются просто идеальные условия для роста микроводорослей. В тропических странах скорость поглощения углекислого газа и прироста биомассы микроводорослей в фотобиореакторах возрастает почти пятикратно в сравнении с условиями Арктики. В результате чего данная система утилизации CO₂ становится сверхэффективным заводом по производству протеина и биотоплива.

Кроме того, в засушливых и пустынных тропических регионах замкнутый цикл с очисткой стоков и коммунальных отходов, разработанный Курчатовским институтом, становится главным источником оборотной воды. Данная система способна превращать канализационные и технические стоки в чистую питьевую воду и воду для орошения теплиц, сведя при этом внешнее водопотребление почти к нулю. И что еще очень важно: избыток энергии в тропиках направляется не на отопление, а на работу абсорбционных холодильных машин, которые используют тепло для выработки холода, в том числе – на охлаждение биореакторов.

Когда эти технологии пройдут проверку арктическим климатом, их внедрение в умеренных широтах России или в жарких засушливых регионах стран БРИКС (например, в Африке или на Ближнем Востоке) станет коммерчески привлекательным проектом. Иначе говоря, данная система вполне может стать высокотехнологичным российским продуктом, производимым, в том числе, и на экспорт, в тропические страны.

Отметим, что продвижением этой концепции за рубежом активно занимается вице-президент Общества биотехнологов России Раиф Василов. Так, на технологических форумах и саммитах БРИКС российские замкнутые биотехнологические системы уже сейчас позиционируются как готовое решение для стран Глобального Юга, страдающих от дефицита пресной воды и пытающихся решить проблему продовольственной безопасности.

Наибольший интерес к технологиям Курчатовского института проявляют как минимум три группы стран, расположенных в тропическом поясе. Сюда входят, например, страны Ближнего Востока (ОАЭ, Саудовская Аравия, Оман). Их интерес напрямую диктуется нехваткой пресной воды и плодородных почв. Разумеется, «атомная батарейка» им не нужна, зато им жизненно необходим биореактивный контур утилизации стоков. Еще раз напомним, что российские микробные и водорослевые системы способны превратить канализационные воды городов, расположенных посреди пустыни, в совершенно чистую техническую воду для орошения, а избыточный ил – в биогумус для создания искусственных почв. И что не менее важно: в условиях аравийской жары и солнца водоросли растут с пиковой скоростью, эффективно улавливая огромные объемы углекислого газа с нефтеперерабатывающих заводов.

Не меньший интерес к таким системам проявляет и Индия, столкнувшаяся сейчас с проблемой очистки стоков Ганга. Параллельно эта страна испытывает колоссальную потребность в качественных, но дешевых удобрениях. В настоящее время Нью-Дели рассматривает вопрос масштабирования российской концепции модульных биореакторов для очистки сточных вод крупных агломераций. В частности, индийская сторона заинтересована в совместно доработке микробных топливных элементов, которые позволят извлекать электричество прямо из очистки городских стоков, снижая тем самым энергодефицит в бедных регионах!

Наконец, африканские страны (включая Эфиопию и Египет как новых членов БРИКС) намерены с помощью таких технологий решить проблему нехватки доступного протеина для населения и проблему деградации пастбищ. Конкретно в поле зрения попал проект замкнутых вертикальных ферм Курчатовского института, где органические отходы превращаются в корм для рыбы, а рыба – в пищу. Этот проект идеален для засушливых регионов с истощенной землей. Модульный принцип: «собери эко-поселение за месяц из контейнеров», - рассматривается в этих странах как инструмент быстрого создания агропромышленных хабов в жарких полупустынных зонах.

Как видим, российских проект биоэколопоселения вполне может иметь глобальное значение, поскольку четко соответствует актуальным технологическим трендам. Впрочем, необходимо заметить, что сами принципы, заложенные в основу данной модели, взяты не с потолка. Они проговариваются уже не один десяток лет. Причем, в обосновании этих принципов принимали активное участие ученые из новосибирского Академгородка, инициировавшие в свое время проект «Экодом», о котором мы много писали. Проект биоэкопоселений Курчатовского института по ряду ключевых позиций четко пересекается с новосибирским проектом Экодома. Связь здесь, безусловно, навеяна самой динамикой социально-экономического и культурно-исторического развития. О том, в каких моментах пересекаются оба проекта, мы когда-нибудь поговорим отдельно.

Николай Нестеров

Изображение сгенерировано нейросетью

Продолжение. Начало здесь

Часть Вторая: Природная экосистема в миниатюре

Биореакторный комплекс в проекте арктических биоэкопоселених является, пожалуй, еще более впечатляющим агрегатом данной модели, нежели «атомная батарейка». Причем хронологически он разрабатывался раньше и уже присутствовал в упомянутой выше экспериментальной системе «БИОС-3».

Именно этот комплекс во многом является ярким воплощением основных аспектов биоэкономики, максимально соответствуя принципам Шестого технологического уклада. По большому счету, речь идет о системе, способной масштабироваться до уровня глобальной экономики, где, ни много, ни мало, сосредоточены ключевые представления о том, как должны функционировать «зеленые» поселения будущего.

В этой модели биореакторный комплекс выполняет сразу несколько важнейших функций: 1) производство «натуральных» продуктов питания; 2) производство биомассы, способной стать либо источником «альтернативной» пищи, либо источником энергетического сырья; 3) утилизация и переработка органических отходов; 4) регенерация воды, воздуха и почвы. Все эти процессы осуществляются в замкнутом цикле, что соответствует (как мы уже отмечали) фундаментальным законам живой природы.

Теперь переходим к конкретике и рассмотрим всё по порядку.

В модели биоэкопоселений Курчатовский институт делает ставку на биологическую конверсию углекислого газа вместо принятых на Западе дорогостоящих систем улавливания с последующим захоронением. Для этих целей используются фотобиореакторы на микроводорослях. Поселковые выбросы CO₂ направляются в эти установки, заселенные высокопродуктивными штаммами микроводорослей (например, хлореллы). Благодаря обильному теплу от «атомной батарейки» микроводоросли размножаются с огромной скоростью (увеличивая массу в несколько раз за сутки), поглощая углерод.

Таким путем получается большое количество биомассы, которую можно перерабатывать в зависимости от поставленных целей. Например, из нее можно получать высокобелковые кормовые добавки, органические удобрения и даже биопластик.

Идем далее. В проекте биоэкопоселений твердые бытовые отходы (пищевые остатки, отходы деревопереработки и отходы местного растениеводства) не вывозятся на полигоны, а подвергаются ферментации. Для этого используются специально выведенные селективные микробные консорциумы, способные расщеплять сложные, устойчивые соединения – лигнин и целлюлозу. В специальных биогазовых установках анаэробные бактерии превращают всю эту органику в биогаз и высококачественный стерильный гумус для арктических закрытых вертикальных ферм.

Следующий агрегат. Для арктических биоэкопоселений предусмотрен замкнутый водный контур, так как сброс неочищенных стоков в вечную мерзлоту чреват экологической катастрофой. В созданных для этих целей очистных сооружениях применяются адаптированные к условиям станции биореакторы. Специализированные бактериальные маты очищают «серые» и «черные» сточные воды до технического состояния, делая ее пригодной для полива агрокомплекса и других технических нужд.

Теперь рассмотрим, как в целом доложен работать весь этот комплекс.

Начнем с того, для чего здесь такое серьезное внимание уделяется биомассе из микроводорослей. Какую роль она будет играть в жизни биоэкопоселения?

Отметим, что генетики Курчатовского института методами направленного мутагенеза и метаболической инженерии создали штаммы микроводорослей, которые эффективнее поглощают свет в плотных слоях суспензии в биореакторе. Также они устойчивы к полярным температурным шокам и способны эффективно расщеплять углекислый газ при его экстремально высоких концентрациях (выступая в роли «живого» газоочистителя).

Часть этой быстрорастущей массы микроводорослей (той же «улучшенной» хлореллы) после обезвоживания и экстракции масел отправляется на гранулирование. Высушенная биомасса прессуется и превращается в высококалорийные топливные пеллеты. По своей теплотворной способности они приравниваются к высокосортному каменному углю. В биоэкопоселении такие топливные гранулы могут использоваться в сопутствующих технологических процессах – например, для сушки сельскохозяйственной продукции в аквапонных теплицах или в локальных котельных вспомогательных производственных блоков.

Другая часть биомассы из микроводорослей направляется на получение кормового и пищевого белка. Для этих целей созданы специальные «съедобные» штаммы хлореллы и спирулина. Водоросли улавливают углекислый газ, а также метан из контура утилизации органических отходов, давая на выходе биомассу, на 50 – 70 процентов состоящую из чистейшего растительного протеина. Эта биомасса фильтруется, высушивается и становится питательной основой. На первом этапе ее будут использовать в качестве корма для рыбы, выращиваемой в аквапонных замкнутых бассейнах. В перспективе же выделенный из биомассы белок пойдет напрямую в пищу человека как ценная пищевая добавка.

Интересно, что в Курчатовском институте уже сейчас ведут разработки по созданию биореакторов тканевой инженерии. В таких биореакторах культивируются изолированные клетки мышечной и жировой ткани животных или рыб. Питательной средой для роста этих клеток служат гидролизаты, как раз полученные из биомассы микроводорослей, утилизирующих углекислый газ. Полученную конечную клеточную массу структурируют с помощью пищевого 3D-принтера, воссоздавая текстуру котлет или рыбного филе! Можно сказать, что перед нами – первый опыт по созданию футуристического высокотехнологичного «животноводства» и «рыбоводства».

Правда, пока это всё происходит на уровне достаточно дорогих экспериментов. Что же касается аквакультуры, то на текущем этапе она является важным элементом в системе пищевого обеспечения биоэкопоселения. Внутри защищенного купола разместятся установки замкнутого водоснабжения (УЗВ) для выращивания ценных пород рыбы – арктического гольца, форели и осетровых, а также ракообразных (например, креветок). Как мы уже сказали, для рыб белковый корм получают на месте – из биомассы микроводорослей. В свою очередь, вода из рыбных бассейнов, загрязненная продуктами их жизнедеятельности (аммиаком и фосфором) перекачивается в анаэробные биореакторы доочистки, где с помощью специальных бактерий токсичный аммиак превращается в питательные для растений нитраты.

Далее обогащенная этими нитратами вода направляется в многоярусные вертикальные теплицы, оснащенные системой гидропоники и аквапоники. Корни растений в этом случае работают как природный фильтр, полностью поглощая из воды азот и фосфор, после чего идеально очищенная растениями вода возвращается обратно в бассейны к рыбе. Именно так воплощается принцип замкнутого цикла в производстве еды.

Здесь возникает закономерный вопрос: за счет чего осуществляется подсветка растений, особенно в условиях долгой полярной ночи? Как мы знаем, «атомная батарейка» выдает тепла в 15 раз больше (по мощности), чем электричества. При таком соотношении она не может рассматриваться в качестве единственного источника электроэнергии. Соответственно, необходим дополнительный источник, чтобы обеспечить бесперебойную работу многоярусных теплиц и биореакторов с микроводорослями.

По этой причине система непрерывного энергообеспечения биоэкопоселений формируется по «гибридной» схеме. Данная схема заложена в саму суть концепции природоподобных технологий Курчатовского института. Практически вся биомасса, продуцируемая поселением, рассматривается в качестве параллельного возобновляемого источника энергии. Главную роль здесь играют анаэробные реакторы по переработке органических отходов. Получаемый с их помощью биогаз используется для производства дополнительной электроэнергии. Тем самым он позволяет выровнять необходимый баланс.

Параллельно сотрудники Курчатовского института разработали и внедрили в контур биоэкопоселения технологию микробных топливных элементов. В таких генераторах электричество напрямую извлекается из метаболизма бактерий, расщепляющих жидкие органические отходы и жидкую фракцию биомассы. Электроны, выделяющиеся при дыхании микроорганизмов, улавливаются на аноде реактора. Так мы получаем низкоинтенсивный, но при этом – совершенно непрерывный источник постоянного тока, способный питать слаботочную автоматику, датчики и саму систему цифрового управления биореакторного комплекса.

Показательно, что вице-президент Курчатовского института по биоэкономике Раиф Василов позиционирует данный проект как переход к «энергетике будущего» и созданию «автотрофного человечества», где отходы жизнедеятельности непрерывно превращаются в киловатты.

На первый взгляд может сложиться впечатление, что нам предлагают невероятно сложный и очень дорогой проект. В этом есть доля правды. Однако надо исходить из того, что данная модель – со всеми ее базовыми «биоэкономическими» принципами – будет проходить жесткий тест в экстремальных условиях Крайнего Севера. И если биореакторный комплекс покажет свою работоспособность, это станет большим плюсом в отношении самих принципов, на которых эта модель построена. А уже дальше ее можно легко адаптировать к регионам с более благоприятными условиями жизни.

Кстати, такие разговоры уже идут. Как это может быть и что это даст на практике, поговорим в заключительной части.

Николай Нестеров

Изображение сгенерировано нейросетью

Окончание следует

Часть Первая: Система космического уровня

Ранее мы писали о том, что в этом году была официально утверждена долгосрочная стратегия развития биоэкономики до 2036 года. В рамках этой стратегии 2 мая этого года Президент РФ Владимир Путин дал поручение правительству рассмотреть вопрос создания сети автономных биоэкопоселений вдоль Северного морского пути (Трансарктического транспортного коридора).

Напомним, что этот документ вошел в перечень президентских поручений по итогам февральского пленарного заседания Форума будущих технологий и встречи Президента с учеными. В конце августа этого года Кабинет Министров должен представить Главе государства доклад о проработке указанного проекта. Эту задачу правительство РФ будет выполнять при участии НИЦ «Курчатовский институт», который играет здесь ключевую роль, реализую разработанную им концепцию упомянутых биоэкопоселений.

Важно отметить, что сама концепция не взялась ниоткуда. Отдельные ее положения проговаривались представителями Курчатовского института ранее (о чем мы писали еще три года назад). Что касается президентского распоряжения о создании сети таких биоэкопоселений, то оно стало логическим развитием личной встречи Владимира Путина с президентом НИЦ Михаилом Ковальчуком в сентябре 2024 года. Именно тогда Главе государства были детально презентованы возможности гражданского использования одной важнейшей разработки Курчатовского института – атомной станции малой мощности (АСММ) «Елена-АМ». Специалисты предлагают использовать эту «атомную батарейку» для освоения труднодоступных районов Арктики и Сибири по руслам крупных рек – Оби, Енисея и Лены. На февральском Форуме будущих технологий данная концепция получила статус масштабного национального проекта.

Пожалуй, самым интригующим моментом стало то, что сама модель арктического биоэкопоселения приобретает не просто глобальное, но даже космическое измерение. Так, в апреле этого года на Российском космическом форуме директор Курчатовского института Юлия Дьякова объявила о том, что эта модель пройдет своего рода «обкатку» в экстремальных условиях российского севера, после чего на ее основе будет развернута обитаемая база на Луне!

Напомним, что Курчатовский институт участвует в совместном российско-китайском проекте строительства лунной атомной электростанции малой мощности. В этой связи вполне логично провести «натурное» испытание такой системы на Земле, но в таких местах, где физические условия для нормальной жизни малоблагоприятны. Как мы понимаем, суровые северные территории нашей страны максимально подходят для решения такой задачи. По большому счету, создание комфортных поселений в таких местах само по себе неизбежно требует каких-то особых «космических» технологий. Именно их и пытаются применить, разработав под такие условия модель биоэкопоселения.

Разумеется, эта работа ведется не с чистого листа. Если говорить о первых заделах, то они появились еще в советское время, как раз во время первой «лунной гонки» 1960-х годов. Именно в эти годы зародилась концепция жизнеобеспечения людей в экстремальных условиях путем связки «мирного атома» и замкнутого биологического цикла. Эта концепция легла в основу знаменитого комплекса «БИОС-3», созданного в 1960-е годы в Институте физики СО АН СССР в Красноярске. Данный комплекс стал первой в мире экологической системой жизнедеятельности, где с помощью хлореллы и высших растений полностью утилизировали углекислый газ и регенерировали воду. Правда, такой важный элемент, как атомный реактор, здесь отсутствовал. Электричество получали из сети.

Позже, в 1970-80-е годы Институт атомной энергии (бывшее название Курчатовского института) инициировал проект «Елена». Речь как раз шла о создании атомной станции малой мощности, а точнее – «атомной батарейке» для удаленных объектов Министерства обороны и полярных станций. В 1982 году была запущена установка «Гамма», доказавшая возможность снабжать энергией (тепловой и электрической) удаленный объект в течение десятилетий без всякого обслуживания. Параллельно была высказана мысль о том, что избыточное тепло от реактора можно использовать для работы полярных гидропонных теплиц.

К началу 2000-х годов указанные темы перешли из секретных лабораторий в чисто гражданский сектор. Схему совмещения энергии АСММ с системой биологического замкнутого цикла попытались применить к созданию арктических поселений нового типа, где уже учитывались проблемы экологии. Обычно в таких случаях было принято использовать возобновляемые источники энергии (ветер и солнце), но в условиях Арктики с ее длинной полярной ночью эффективность ветряков и солнечных панелей была крайне низкой.

Точкой окончательного слияния АСММ и биотехнологий стал 2025 год, когда Курчатовский институт презентовал проект арктических биоэкопоселений. Главный научный принцип, на котором базируется данный проект, обозначен как НБИКС-конвергенция, где объединяются нано-, био-, инфо-, когнитивные и социо-гуманитарные технологии. Идея таких поселений была представлена на нескольких крупных государственных и научных площадках, в том числе – на Форуме будущих технологий в феврале этого года и на апрельском Форуме космических технологий. Конкретно в этом проекте наши ученые впервые соединили в едином промышленном контуре модернизированный советский атомный реактор «Елена-М/АМ» и биореактор по выращиванию специально выведенных микроводорослей. В связке в биореактором атомная установка играет роль источника стабильного тепла и электрической энергии, критически необходимых для поддержания жизни микроорганизмов в условиях полярной ночи и экстремальных морозов. Причем, весь этот технологический комплекс будет управляться с помощью искусственного интеллекта.

Несколько слов об упомянутой «атомной батарейке», которую Курчатовский институт разрабатывал вместе с «Росатомом». Главная ее особенность – прямое преобразование тепла в электричество с помощью термоэлектрических генераторов. То есть здесь нет никаких турбин и вращающихся механизмов, благодаря чему такая установка может работать в автономном режиме без постоянного присутствия человека. Станция в состоянии непрерывно работать в течение 40 лет без перезагрузки топлива, выдавая до 1 МВт электрической и до 15 МВт тепловой энергии. Как было сказано выше, прототипом данной установки была экспериментальная установка «Гамма», испытанная еще в 1982 году. Она наглядно продемонстрировала работоспособность самой концепции и, что самое интересное, до сих пор находится в работоспособном демонстрационном состоянии. То есть риск «второй Фукусимы» в таких поселениях полностью отсутствует.

Еще один важный момент. Разработчики не планируют осуществлять физическое увеличение размера реактора для повышения его мощности. Вместо этого будет использоваться модульный принцип, то есть когда наращивание мощности (при необходимости) осуществляется через увеличение общего количества таких «атомных батареек». Скажем, если будущему поселению потребуется три мегаватта электроэнергии, то на площадку доставят и подключат параллельно несколько готовых блоков «Елена-АМ».

Интересно, что для быстрого развертывания сети станций Курчатовский институт начал внедрять технологию 3D-печати корпусов реакторов специальными сплавами. Такой метод позволит собирать атомные реакторы как на конвейере, серьезно увеличивая скорость масштабирования технологии. Чтобы была понятна его актуальность, отметим, что освоение Арктики потребует (согласно предварительным расчетам) порядка четырехсот (!) реакторов данного типа. Напомним, что речь идет о создании целой сети таких «атомных» поселений. Проект уже масштабируется на межрегиональном уровне. Так, правительства Чукотки и Якутии уже ведут совместную работу по планированию агломерации Певек-Билибино-Баимское-Черский (при участии МЧС России). Как раз в этой зоне собираются развернуть сеть опорных биоэкопоселений.

После того, как АСММ «Елена-АМ» отслужит свой сорокалетний срок, она будет демонтирована и вывезена из Арктики. То есть никакого складирования радиоактивных отходов в полярной экосистеме не предполагается. Именно поэтому конструкция станции изначально разрабатывалась с расчетом на возможность быстрой и безопасной эвакуации. Отметим, что сам реакторный блок «Елена-АМ» представляет собой монолитную герметичную капсулу. Отработанное ядерное топливо не извлекается на месте – оно так и остается «запечатанным» в капсуле в процессе обратной транспортировки.

Когда капсулу доставят на специализированное предприятие «Росатома», отработавшее ядерное топливо будет извлечено и направлено на переработку в рамках замкнутого ядерного топливного цикла для создания другого ядерного топлива для реакторов на быстрых нейтронах. Благодаря такой схеме арктическая почва в зоне биоэкопоселений остается чистой от радиации, а ценные компоненты ядерного топлива возвращаются в экономику страны.

В данном случае мы имеем дело с принципиально новым подходом к ресурсам в рамках биоэкономики, соответствующей основными принципам Шестого технологического уклада. Создание таких замкнутых циклов происходит в точном соответствии с базовыми законами Природы. Поэтому указанное обращение с ядерными отходами – яркий пример использования природоподобных технологий. Это в одинаковой степени относится как к схеме использования «мирного атома», так и к работе помянутых выше биореакторов.

О биореакторах мы подробнее поговорим в следующий раз.

Николай Нестеров

Изображение сгенерировано нейросетью

Продолжение следует

В № 4 «Вавиловского журнала генетики и селекции» опубликована статья о создании новых яровых гибридов твёрдой пшеницы и полбы с фиолетовыми зёрнами, богатыми антоцианами, которые пригодны для производства функциональных продуктов питания. Исследование выполнено Институтом цитологии и генетики СО РАН в сотрудничестве с коллегами из Всероссийского института генетических ресурсов растений и Института общей генетики РАН.

Оно направлено на то, чтобы соединить в одном растении повышенное содержание белка и антиоксидантов, устойчивость к болезням и удобство переработки зерна. Сейчас первые отобранные линии уже переданы селекционерам для полевых испытаний и в перспективе могут стать основой для новых сортов и продуктов из цельного зерна.

Учёные использовали фиолетовозёрную твёрдую пшеницу Ethiopian durum и две формы полбы Triticum dicoccum – голозёрный полбяно‑пшеничный сорт Греммэ и плёнчатую полбу К‑25516 из коллекции ВИР. Полба была выбрана как донор ценных признаков: в ней больше белка, микроэлементов, витаминов и антиоксидантов, она лучше противостоит патогенам и менее требовательна к обработке химическими средствами.

«Мы хотели не просто придать зерну фиолетовую окраску, но и передать ему гены устойчивости к заболеваниям, а также полезные свойства зерна, которые присущи полбе», – объяснила научный сотрудник сектора функциональной генетики злаков Института цитологии и генетики СО РАН, к.б.н. Елена Гордеева.

Параллельно пришлось решать другую сложную задачу: добиться приемлемой урожайности и технологичности. Первые гибриды оказались перспективными по содержанию антоцианов, но имели серьёзные недостатки для сельхозпроизводства: низкую урожайность и плёнчатость, из‑за которой зёрна плохо отделялись от оболочек при обмолоте.

Чтобы улучшить материал, команда провела возвратное скрещивание (беккроссирование): три лучших фиолетовозёрных гибрида скрестили с высокоурожайным белозёрным голозёрным сортом Греммэ. Далее включили маркер‑контролируемую селекцию: использовали молекулярные маркеры как «метки» в ДНК, чтобы отбирать растения, несущие доминантные аллели генов, отвечающих за антоциановую окраску оболочки семян. Одновременно растения отбирали по признаку голозёрности или полуголозёрности (насколько легко зёрна вымолачиваются), а также по ряду агрономических характеристик, включая размер и массу зерна.

В результате за два года работы в тепличном комплексе была сформирована коллекция из 25 яровых фиолетовозёрных пшенично‑полбяных линий. Среди них есть голозёрные и полуголозёрные формы с содержанием белка 18–22% и различиями по срокам созревания, размеру зерна, урожайности и антиоксидантной активности. Эти линии сочетают в себе пищевую ценность (антоцианы, белок, антиоксиданты) и хозяйственно важные признаки, что делает их удобной исходной базой для дальнейшей селекции твёрдой пшеницы и создания сортов для производства функциональных продуктов.

«Прежде всего, мы рассматривали в этом плане крупы и каши из цельного фиолетового зерна, в том числе по типу булгура, которые могут использоваться как элементы здорового рациона. Но в перспективе, можно создавать и сорта, которые обеспечат отечественных производителей макаронной продукции сырьем, не уступающим по качеству зарубежным аналогам», — отметила Елена Гордеева.

Этим летом пять наиболее перспективных линий были высажены в поля СибНИИ растениеводства и селекции (филиал ИЦиГ СО РАН), где под руководством Петра Стёпочкина начались сортовые испытания. Обычно они занимают не менее трёх–четырёх лет, в течение которых будут оцениваться урожайность, устойчивость к болезням, качество зерна и стабильность окраски в разных условиях.

В случае успешных испытаний новые линии станут основой для зарегистрированных сортов, пригодных для промышленного возделывания и переработки в крупы, макаронные и другие изделия из цельнозерновой муки с повышенной антиоксидантной активностью.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН

Фото предоставлены исследовательницей

Причины одной из самых разрушительных эпидемий в истории Мезоамерики долгое время оставались загадкой. Речь идет о так называемой коколицтли – серии эпидемий, которые резко сократили численность коренного населения после конкисты. Наиболее тяжелая вспышка, начавшаяся в 1545 году, по современным оценкам могла унести более 4 миллионов жизней, а в целом эпидемии XVI века стали одним из факторов коллапса ацтекского мира.

Исторические источники описывают страшную картину: высокая температура, сильная головная боль, кровоизлияния, быстрая смерть в течение нескольких дней. При этом ученые до сих пор спорят, шла ли речь об одной инфекции или о смешанной вспышке, где участвовали сразу несколько патогенов.

Сегодня ученые все ближе подходят к ответу на вопрос, что именно убило миллионы жителей Новой Испании в XVI веке после прихода испанцев. Исследования древней ДНК показывают, что катастрофа 1545 года могла быть связана с бактерией Salmonella enterica serovar Paratyphi C – возбудителем паратифа С, который ранее в американских погребениях не находили.

Именно современные генетические методы позволили сдвинуть расследование с мертвой точки. В 2017 году международная группа исследователей изучила древнюю ДНК из зубов людей, похороненных на кладбище Тепосколула Юкундаа в Оахаке, в Мексике. В пульпе зубов нашли следы Salmonella enterica Paratyphi C. Это стало первым прямым молекулярным свидетельством того, что бактерия могла быть причастна к одной из самых смертоносных эпидемий колониальной эпохи в Америке.

Однако важность этого исследования не сводится только к одному заболеванию. Сегодня древняя ДНК стала одним из главных инструментов в изучении эпидемий прошлого. Такой подход уже помог понять происхождение и эволюцию других страшных болезней. Например, именно анализ ДНК из человеческих останков позволил доказать, что средневековую «Черную смерть» вызывала Yersinia pestis. В других исследованиях специалисты находили следы вирусов, которые могли быть занесены в колониальную Америку через Атлантику и сыграли роль в эпидемиях Нового Света. Все это показывает: старые эпидемии можно изучать не только по хроникам, но и буквально по молекулярным следам, сохранившимся в костях и зубах.

Для историков и медиков это принципиально новый уровень точности. Раньше о причинах старых эпидемий судили по описаниям симптомов, а такие источники всегда оставляют простор для споров. Одни и те же признаки могли относить к тифу, оспе, кори или геморрагической лихорадке. Теперь же древняя ДНК позволяет хотя бы частично выйти за пределы догадок. Именно поэтому исследование мексиканской эпидемии 1545 года стало таким важным: оно дало первый надежный молекулярный след одного из возможных возбудителей и открыло новый путь к реконструкции колониальных катастроф.

Исторические последствия этих эпидемий были огромными. После контакта с европейцами население Америки оказалось беззащитным перед инфекциями Старого Света. В ряде регионов Мексики и Центральной Америки смертность была катастрофической, а демографический удар тянулся десятилетиями. Болезни убивали не только простых жителей, но и правителей, жрецов, ремесленников, носителей памяти и власти. Это разрушало политическую систему, ослабляло города и делало сопротивление завоевателям гораздо труднее.

Именно здесь особенно хорошо видно, почему современные исследования прошлого важны не только для истории, но и для науки о болезнях. Когда ученые сопоставляют древние образцы из разных эпох, они могут прослеживать, как патогены менялись со временем, где возникали их опасные линии и как они распространялись вместе с миграциями людей. Такой подход уже используют при изучении древних туберкулезных инфекций, чумы и других эпидемий, а в будущем он, вероятно, поможет точнее понимать и современные вспышки.

В случае с Новой Испанией исследования древней ДНК помогли еще и иначе взглянуть на конкисту. Раньше ее обычно описывали как столкновение армий, цивилизаций и религий. Теперь все яснее, что важнейшим участником этого процесса стали инфекции. Болезни действовали медленно, но чрезвычайно эффективно: они разрушали социальные связи, подрывали хозяйство, изменяли структуру власти и формировали новую колониальную реальность.

При этом коколицтли 1545–1548 годов, вероятно, не сводилась к одному патогену. Источники описывают кровоизлияния и тяжелое течение болезни, что не вполне укладывается в картину одного только паратифа С. Поэтому многие исследователи допускают, что речь могла идти о смешанной инфекции, где бактерия была лишь частью более сложного процесса. Для истории эпидемий это важное напоминание: массовые вспышки редко бывают «чистыми» и часто складываются из нескольких факторов – от патогенов до голода, стресса и разрушения санитарной среды.

Сегодня именно такой междисциплинарный подход – сочетание археологии, генетики, микробиологии и истории – позволяет заново переписывать эпидемическую историю прошлого. И эпидемия 1545 года в Мексике стала одним из самых ярких примеров того, как молекулярная биология может раскрыть тайну события, которое веками оставалось лишь мрачной страницей хроник.

Сергей Исаев

Изображение сгенерировано нейросетью

Центр искусственного интеллекта Новосибирского государственного университета совместно с агрокомпанией «Дары Ордынска» тестирует систему, которая с помощью беспилотника и нейросетей ищет колорадского жука на картофельных полях и точно локализует очаги заражения. Разработка должна помочь аграриям перейти от сплошной химической обработки к точечному контролю вредителя – более экономичному и безопасному для окружающей среды подходу, который соответствует идеологии точного земледелия.

Колорадский жук остается одним из самых опасных вредителей картофеля в России: в научных публикациях его прямо называют основным и самым опасным вредителем этой культуры. Для картофелеводства это не только биологическая, но и экономическая проблема: чем раньше обнаружен очаг, тем меньше площадь обработки и меньше расход инсектицидов, а значит, ниже затраты и меньше нагрузка на поле. Именно на это и нацелен «Колорад-детектор» – система, которая должна находить не следы повреждений, а самих насекомых, пока они еще не успели массово повредить растения.

Сегодня агрономы нередко осматривают поле выборочно – например, проходят его по диагонали. Такой метод дает общее представление о ситуации, но не гарантирует, что локальные очаги вредителя будут замечены вовремя. «Если их точно определить, можно локально обработать участок и не заливать химией всё поле», – объяснил инженер Центра искусственного интеллекта НГУ Максим Магеров. По его словам, именно раннее обнаружение позволяет перевести защиту растений из режима «обработать всё» в режим «обработать только то, что действительно заражено».

Проект опирается на уже накопленные компетенции центра в области бортовой обработки данных с беспилотных летательных аппаратов. Ранее команда работала над системой поиска людей с использованием БПЛА, где нейросеть анализировала видеопоток прямо на борту, а на землю передавалась уже обработанная информация. В аграрном проекте тот же подход адаптировали под задачу мониторинга картофельных посадок: на базе существующего коптера разработан специальный модуль из четырех камер, расположенных веерно, чтобы за один проход охватывать максимально широкую полосу поля.

Сейчас дрон летает на высоте примерно 3–4 метров над кустами, а разработчики подбирают оптимальную конфигурацию съемки. На борту установлен одноплатный компьютер повышенной мощности, который получает изображения с камер, анализирует их алгоритмами машинного зрения и детектирует взрослых особей колорадского жука. Важная особенность системы в том, что она не ориентируется на поврежденные листья, а ищет непосредственно насекомых: если ждать заметной дефолиации, можно потерять время.

«Личинки с воздуха увидеть сложнее, поскольку они часто находятся под листьями, и текущая версия алгоритма на них не обучена. Зато взрослые жуки, сидящие на верхней части растений, могут быть обнаружены поштучно», – отметил Магеров.

После обработки изображения на борту результаты передаются по цифровому каналу на наземную станцию. У агронома на ноутбуке открывается веб-приложение с картой поля, где отмечены точки обнаружения жуков. Это дает возможность быстро принять решение о локальной обработке конкретных участков, снизить расход инсектицидов и уменьшить нагрузку на окружающую среду. Такая схема полностью укладывается в логику точного земледелия – системы управления посевами, которая использует GPS, геоинформационные системы, спутниковую фотосъемку и другие цифровые инструменты для точечного и более эффективного управления полем. В российской практике это направление уже рассматривают как один из ключевых инструментов повышения продуктивности землепользования и экономии ресурсов.

Система находится на стадии активных полевых испытаний: разработчики регулярно выезжают на реальные поля, корректируют параметры съемки, собирают новые данные и тестируют алгоритмы в рабочих условиях. Ключевая задача ближайшего этапа – расширение обучающей выборки. До сих пор нейросеть обучалась преимущественно на синтетических изображениях жука, а реальных кадров было мало. «Сейчас проводятся полевые испытания, где мы не только подбираем оптимальные параметры работы, например, высоту полета, но и накапливаем изображения, полученные в реальных условиях, по которым сможем дообучить нейросеть», – рассказал инженер.

Это особенно важно, потому что в поле система должна работать в самых разных условиях: при разном освещении, на разных фазах роста картофеля, при различном фоне и с разных ракурсов. Мировая практика показывает, что синтетические данные могут повысить качество детекторов, но для реального применения почти всегда нужны и реальные изображения, собранные в рабочей среде. Чем разнообразнее обучающая база, тем надежнее система будет различать жука в живом поле, а не только в лаборатории.

По планам команды нынешний сезон уйдет на отладку аппаратного комплекса, сбор данных и повышение точности моделей. Осенью и зимой разработчики рассчитывают заняться доработкой технологии, оформлением прав на нее и подготовкой к масштабированию решения. В дальнейшем «Колорад-детектор» планируют предложить и другим аграрным производителям. Первым заказчиком останется «Дары Ордынска», но авторы проекта рассчитывают, что интерес к системе проявят и другие хозяйства, которые хотят сократить расходы на химзащиту и перейти к более точному контролю вредителей.

В более широком смысле проект показывает, как технологии искусственного интеллекта и бортовой обработки данных на беспилотниках переходят из задач спасения людей и мониторинга территорий в прикладные решения для сельского хозяйства и городской инфраструктуры. Для российского картофелеводства это особенно актуально: колорадский жук остается массовым и устойчивым вредителем, а значит, любые инструменты раннего обнаружения и точечной обработки могут дать заметный эффект и в экономике, и в экологии.

Сергей Исаев

Фото предоставлено исследователем