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

Знали ли вы, что у молнии могут быть как положительно, так и отрицательно заряженными? Одинаково ли их удары будут воздействовать на предметы инфраструктуры и человека? Опасно ли во время сильной грозы находиться в автомобиле и почему не рекомендуют прятаться под деревом? И наконец, как лучше защитить себя от молнии, если в небе всё сверкает и громыхает, а ты случайно оказался на открытом пространстве?

«Молния — это более бытовое понятие, которое относится только к некоторым типам электрических разрядов в атмосфере, на самом деле их разнообразие значительно шире», — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории физики климатических систем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск), доцент и старший научный сотрудник Томского государственного университета кандидат физико-математических наук Константин Николаевич Пустовалов.

Все электрические разряды в атмосфере делятся на три основные группы. Первая — коронные разряды, известные в метеорологии как огни святого Эльма. Они проявляются в предгрозовых условиях в виде свечения на вершинах объектов с высокой электрической проводимостью: ветках деревьев, радио-, теле- и корабельных мачтах. Вторая, наиболее многочисленная группа — разряды в кучево-дождевых (грозовых) облаках и их окрестностях. Третья группа — разряды, возникающие в пепловых шлейфах при извержениях вулканов и в сильных пыльных (песчаных) бурях и метелях. Разряды в пепловых и пылевых облаках часто называют «грязными молниями», поскольку они образуются в аэрозольных средах.

Грозовые разряды подразделяются на следующие основные подтипы: линейные, шаровые и чёточные. Первая подгруппа включается в себя вспышки квазилинейной формы, которые представляют собой молнии в их классическом понимании, знакомые большинству людей. Вторая группа — шаровые разряды (молнии), представляющие собой сферические сгустки плазмы, которые изучены довольно слабо; на сегодняшний день количество гипотез о них превышает число подтвержденных фактов. Третья группа — чёточные разряды (молнии) — представляет собой некую комбинацию первого и второго подтипов и выглядит как чётки (бусы): это линейный разряд, на который нанизаны светящиеся «бусины».

Для линейных разрядов дополнительно существует несколько классификаций. С точки зрения расположения и геометрии линейные разряды подразделяются на следующие подтипы. Выделяют внутриоблачные разряды, которые возникают и заканчиваются внутри одного облака (как правило, между его нижней и верхней частями, где сосредоточены разноименные объемные заряды). Такие разряды легко наблюдать при грозе с открытого пространства. Разряды «облако — облако» происходят между противоположно заряженными частями двух соседних облаков через безоблачное пространство. Разряды «облако — воздух» представляют собой перенос электрического заряда из облака в скопления аэрозоля в безоблачном пространстве, где также сосредоточен некоторый объемный заряд. Наконец, разряды «облако — земля» — это классические молнии, которые мы видим чаще всего. Они представляют наибольшую опасность для человека и хозяйственной деятельности, поскольку непосредственно попадают в землю и расположенные на ней объекты.

В свою очередь, разряды «облако — земля» по направлению делятся на нисходящие и восходящие. Подавляющее большинство молний являются нисходящими, то есть их «дерево» идет от облака к земле. Основной яркий канал, называемый лидером, имеет боковые отростки — стримеры, направление его ветвления указывает на направление распространения разряда. «Восходящие разряды визуально стартуют от земли в направлении облака. Чаще всего они возникают не на открытой местности, а от вершин гор или высоких зданий, особенно телебашен. Визуально такой разряд напоминает дерево, основание которого находится на вершине сооружения, а ветвление направлено в сторону грозового облака», — объясняет Константин Пустовалов.

Нисходящие разряды «облако — земля» также классифицируют с точки зрения полярности переносимого заряда. Выделяют отрицательно и положительно заряженные молнии. Первых значительно больше — около 90 %. Положительных меньше, но зачастую они обладают большей разрушительной силой. «Сила тока в канале положительного разряда может в десять и более раз превосходить силу тока отрицательного разряда. Поскольку от силы тока зависят как температура нагрева канала, так и воздействие на точку удара, положительные разряды приводят к значительно более серьезным последствиям: возгораниям объектов (включая постройки и деревья) и повреждениям электросетей и подстанций. Один положительный разряд может причинить ущерб, превышающий последствия десятка отрицательных», — рассказывает Константин Пустовалов.

Визуально отрицательный и положительный разряды также отличаются. Первый стартует из нижней части грозового облака вертикально вниз и сильно ветвится, напоминая прямое дерево с множеством веток. Положительный разряд стартует из верхней части облака, но не может распространяться вертикально, поскольку экранирован нижележащими слоями облака. Поэтому он сначала идет по кривой вбок, а затем бьет вниз. Такой разряд слабо ветвится и выглядит как кривое дерево практически без веток. «Траектория положительно заряженной молнии тоже может нести дополнительную разрушающую силу. Если отрицательные разряды бьют вертикально вниз — туда, где уже выпали ливневые осадки, то положительные разряды часто попадают в области, где осадков не было — сухие и пересушенные участки. Именно с ними связаны так называемые сухие грозы. Сочетание высокой силы тока, температуры и сухой поверхности повышает вероятность возгорания на порядки», — отмечает Константин Пустовалов.

Для человека удар положительно заряженной молнии тоже с большей вероятностью будет смертельным, однако тяжесть последствий зависит от многих дополнительных условий. Сухая обувь и одежда, особенно резиновая, служит хорошим изолятором между телом и землей. Мокрая одежда, напротив, значительно повышает риск поражения. «Молния всегда выбирает путь наименьшего электрического сопротивления, поэтому объект с более высоким сопротивлением является менее привлекательной мишенью», — рассказывает ученый.

Если во время грозы вы оказались на открытой местности без возможности найти укрытие, следует пригнуться, приняв позу эмбриона, чтобы уменьшить свою высоту при минимальном контакте с почвой — чаще всего молния бьет в наиболее высокий объект. Надежным укрытием служит автомобиль. Его металлический корпус действует как клетка Фарадея: даже при прямом попадании разряд проходит по поверхности автомобиля, не проникая внутрь, человеку достаточно не касаться металлических конструкций.

Особую опасность во время грозы представляют отдельно стоящие деревья. «Хотя дерево выше человека и примет удар на себя, при попадании молнии заряд распространяется по влажному высокопроводящему слою древесины — камбию (тонкий слой насыщенных соком живых клеток между корой и древесиной). Влага в этих слоях мгновенно вскипает, что приводит к взрывному расширению тканей. Внешние слои древесины разлетаются в стороны, как картечь, и могут нанести человеку тяжелые травмы вплоть до смертельных. Основная опасность заключается в поражающих элементах (щепках), разлетающихся с большой скоростью. Дополнительную опасность создает шаговое напряжение, связанное с тем, что заряд молнии не сразу уходит в землю, а распределяется по корневой системе дерева, создавая большую радиальную разность потенциалов на расстоянии до нескольких десятков метров вокруг ствола дерева. Под ее влиянием ток может пойти через тело человека — от одной ноги к другой. Наконец, возможен перескок молнии от ствола дерева в человека с последующим уходом через его тело в землю», — объясняет Константин Пустовалов.

Ученый отмечает, что в лесу риск быть ударенным молнией или подвергнуться ее негативным последствиям значительно ниже. Вероятность того, что она попадет в конкретное дерево, возле которого находится человек, ничтожно мала, особенно если это дерево не самое высокое. Поэтому при невозможности укрыться в здании или автомобиле лучше уйти в лес, чем оставаться на открытой местности.

Диана Хомякова

Фото Артёма Лаптева

Научные сотрудники молодежной лаборатории экспериментальной и клинической фармакологии НИИКЭЛ – филиал ИЦиГ СО РАН разработали и протестировали на лабораторных животных прототип лекарственного средства на основе тестикулярной гиалуронидазы. Лекарственное средство обладает антиоксидантным, противовоспалительным и иммуномодулирующим действиями. Особенностью разработки стала более удобная по сравнению с существующими аналогами форма выпуска: в виде таблеток или капсул.

Гиалуронидазы — семейство ферментов, расщепляющих гиалуроновую кислоту (основной субстрат соединительной ткани) на моносахариды. В организме человека гиалуронидазы присутствуют во многих органах и жидкостях. В медицине препараты гиалуронидазы применяются на протяжении полувека при заболеваниях, сопровождающихся ростом соединительной ткани, а также для увеличения биодоступности лекарств и вакцин. Однако в настоящее время такие препараты выпускаются только в виде свечей и растворов для внутримышечного введения или ингаляций. Идея ученых НИИКЭЛ заключалась в том, чтобы создать препарат в виде таблеток или капсул, который пациентам будет удобно принимать самостоятельно.

Разработанный прототип лекарственного средства представляет собой тестикулярную гиалуронидазу H20, подвергнутую электронно-лучевой иммобилизации на полиэтиленгликоле – пегилированная гиалуронидаза (ПЭГ-ГИАЛ). Иммобилизация понадобилась для того, чтобы избежать возможного аллергического действия, которым обладают многие препараты белкового происхождения, а также для увеличения стабильности препарата на основе ферментов (в чистом виде такие препараты быстро выводятся из организма).

Иммобилизированная гиалуронидаза обладает антиоксидантным, хелатирующим, противовоспалительным и иммуномодулирующим действиями. Такой препарат может не только изменять структуру сформированных соединительно-тканных образований – спаек, рубцов, фиброзную ткань, но и способствовать снижению интенсивности их формирования. Под воздействием препарата уменьшается отечность ткани и происходит реконструкция самого межклеточного матрикса. Участки зарубцевавшейся ткани при этом становятся эластичнее, размягчаются и уплощаются. А подавляя воспалительный процесс, препарат устраняет причину разрастания соединительной ткани.

ПЭГ-ГИАЛ представляет собой высушенный особым способом порошок светло-серого цвета. После проведения доклинических и клинических исследований порошку можно будет придать нужную форму (таблетки или капсулы).

Подтвердив противовоспалительную активность ПЭГ-ГИАЛ, ученые приступили к оценке ее безопасности. Доклинические испытания на острую и субхроническую токсичность препарата прошли на культуре клеток и на лабораторных животных. Сначала эксперименты проводились на крысах, потом на более крупных животных – кроликах.

- Мы вводили кроликам ПЭГ-ГИАЛ в течение 28 дней, постоянно контролируя состояние животных, регулярно взвешивая их. Каких-либо отклонений от нормы эти эксперименты не выявили, все кролики были в хорошей форме. Биохимические показатели крови также не отличались от контрольных значений – это говорит о том, что введение ПЭГ-ГИАЛ не оказывает токсического влияния на функции печени. Другие внутренние органы контрольных и экспериментальных животных после окончания эксперимента также имели обычное строение, - рассказывает младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клинической фармакологии Александра Швецова. Все это позволяет говорить о безопасности разрабатываемого препарата.

В дальнейшем ученым предстоит проверить патофизиологическое действие: на животных моделях ученые посмотрят, оказывает ли препарат положительное влияние на тимус, печень, поджелудочную железу и кровеносные сосуды при старении. Если предполагаемые эффекты подтвердятся, ПЭГ-ГИАЛ можно будет использовать в качестве саногенетического средства при возраст-ассоциированных заболеваниях тимуса. После успешного проведения всего комплекса доклинических исследований ученые смогут перейти к клиническим испытаниям препарата. В перспективе разработка новосибирских ученых может применяться при острых панкреатитах, при лечении хронического гепатита и дистрофических заболеваниях печени, а также в терапии последствий легочных заболеваний и в офтальмологии для более тонкого рубцевания пораженных участков роговицы, при разных видах ретинопатии.

Результаты своей работы молодые ученые представили на постерной сессии 15-й Международной конференции «Биоинформатике регуляции и структуры геномов / системная биология» (Bioinformatics of Genome Regulation and Structure\Systems Biology, BGRS\SB-2026). Разработка включена в государственное задание молодежной лаборатории в составе СибБИОНОЦ.

Пресс-служба НИИКЭЛ – филиал Института цитологии и генетики СО РАН

Изображение создано нейросетью

 Браузерный симулятор «Компьютер Ершова», в котором игрок, не имеющий опыта и специальных знаний, с нуля собирает работающий 8-битный микропроцессор из базовых логических вентилей, настраивает периферию и пишет для него игру на встроенном ассемблере, создал выпускник Новосибирского государственного университета Дмитрий Калашников. В отличие от абстрактных логических головоломок, его разработка направлена на формирование у игроков реалистичного аппаратного опыта. Созданная им интерактивная образовательная среда предназначена для школьников и студентов первых курсов, и может применяться в образовательных учреждениях различного уровня. Базовая версия симулятора бесплатна для самостоятельного изучения и доступна по ссылке.

— Название проекта отражает его главную цель — собственными руками, шаг за шагом, собрать полноценный работающий компьютер. Отдельные узлы и вентили, как детали конструктора, складываются в процессор, способный выполнять настоящие программы. Свой проект я назвал в честь академика Андрея Петровича Ершова — пионера отечественного программирования и создателя первой школьной программы по информатике, — объяснил Дмитрий Калашников.  

Обучение в симуляторе построено на принципе bottom-up (снизу вверх) и начинается с классической тройки вентилей (AND, OR, NOT), что гораздо ближе к университетским курсам схемотехники. Главное отличие — честная работа с «железом». Игрок не просто соединяет абстрактные блоки, а своими руками настраивает периферию через Memory-Mapped I/O, использует адресный дешифратор и решает конфликты на шинах. Шаг за шагом, конструируя сумматоры, триггеры памяти и АЛУ, он доходит до создания полноценной Гарвардской архитектуры.

Для этого не требуется даже начальных знаний, данный процесс можно начать буквально с нуля — в игру встроены учебник с теорией и справочник компонентов (Даташиты). А внутренняя экономика транзисторов, поощряющая самостоятельную сборку, превращает «Компьютер Ершова» из простого конструктора в настоящий интерактивный курс. За самостоятельное прохождение 47 уровней начисляется валюта — «Транзисторы», а за использование автосборки игрок получает штраф. Это стимулирует глубокое вовлечение в процесс.

— Работает эта система просто: вы собираете схему из логических элементов (вентили И, ИЛИ, НЕ, мультиплексоры, триггеры) прямо на холсте в браузере, соединяя их проводами. Встроенная система валидации автоматически сравнивает поведение вашей собранной схемы с целевой таблицей истинности текущего уровня. По мере прохождения уровней открываются новые, более сложные компоненты. Мелкие схемы упаковываются в чипы, а задачи усложняются вплоть до написания программ для собственного процессора на языке ассемблера, — пояснил разработчик.  

Идея создания интерактивного тренажера возникла у Дмитрия Калашникова из наблюдения за мировыми образовательными трендами. В их числе — программа «Один студент — один чип» (One Student One Chip, сокр. YSYX). Это передовая образовательная инициатива, цель которой — подготовка высококлассных специалистов по компьютерным системам. Главный ее принцип заключается в том, что каждый студент в процессе обучения должен пройти полный цикл создания процессора и tape-out (выпуск готового чипа). В России подобной инициативы пока нет, но потребность в ней колоссальна. Разработан стимулятор «Компьютер Ершова» на языке Javascript на сервере NodeJS.

— Мне изначально хотелось сделать бесплатный проект для поддержки отечественного инженерного образования. Главная миссия моей разработки — сделать так, чтобы компьютерные технологии перестали казаться сложной, непостижимой «магией». Понимание того, как на физическом и логическом уровне работает процессор, закладывает фундаментальную базу для будущих инженеров, программистов и ИТ-специалистов. «Компьютер Ершова» создан для того, чтобы этот сложный путь превратился в увлекательный и наглядный процесс, ведь если «программирование — вторая грамотность», как утверждал Андрей Петрович, то понимание аппаратной архитектуры компьютера — это знание его фундаментального алфавита, необходимого для по-настоящему глубокого освоения этой науки. Я считаю, что начинать этот процесс необходимо со школьной скамьи. Если ребенок своими руками (пусть и виртуальными) соберет из простейших деталей память, арифметико-логическое устройство и заставляет их исполнять код, страх перед «черным ящиком» системного блока исчезнет. Поэтому мой проект спроектирован так, чтобы быть интуитивно понятным даже новичкам, но при этом достаточно глубоким для профильных задач, — сказал Дмитрий Калашников.

Строгих аналогов разработанного мною симулятора «Компьютер Ершова» на данный момент не существует ни в России, ни за рубежом. Относительно близка к нему культовая игра NANDgame, разработанная по популярному университетскому курсу «From Nand to Tetris», однако в ней реализуется иная идея и отсутствует игровой процесс.

— NANDgame — это прекрасная минималистичная головоломка, где вся архитектура собирается из единственного вентиля НЕ-И (NAND). Она представляет собой красивый математический трюк, но реальные инженеры так не проектируют. Симулятор «Компьютер Ершова» ставит преследует другую цель: дать игроку максимально реалистичный инженерный опыт и полноценную образовательную базу. Есть и другая игра — коммерческая, — Turing Complete, но это скорее головоломка, где каждый уровень представляет собой отдельную задачу, — добавил Дмитрий Калашников.  

Основное отличие «Компьютера Ершова» от этих двух продуктов заключается в использовании одного компьютера на протяжении всего курса и постепенной смене уровня абстракции: вентилей, модулей, Verilog и архитектуры.

Симулятор адресован школьникам, которым недостаточно стандартного учебника по информатике и желающим выйти за рамки школьной программы, а также студентам начальных курсов технических специальностей — для практики по архитектуре ЭВМ и схемотехнике. Также «Компьютер Ершова» будет полезен всем энтузиастам, которым интересно разобраться, как на самом деле работает компьютер — на уровне единиц, нулей и транзисторов.

Разработчик уверен, что его платформа предоставляет широкие возможности и перед преподавателями: она отлично встраивается в курсы информатики, дискретной математики и архитектуры ЭВМ. Для внедрения курса доступны методическое руководство для преподавателей (философия курса, аппаратная платформа, инструменты отладки), питч-презентация для администрации школы (ценность, результаты, профориентация) и техническое задание на лабораторную плату Ershov Board (pin-mapping, компоненты, Ershov Loader). В перспективе появится возможность создавать виртуальные классы, что подразумевает удобное распределение студентов или школьников по группам и выдачу индивидуальных вариантов заданий. Предусмотрена автоматическая проверка (Автогрейдер): преподавателям больше не придется проверять сотни скриншотов вручную — система сама прогонит схемы школьников или студентов через тесты и сформирует ведомость успеваемости. Больше не придется следить, чтобы ученики не списывали друг у друга — у них это просто не получится из-за встроенной в систему функции отслеживания времени сборки, количества попыток и уникальности топологии схемы каждого игрока. Важно, что преподаватель сможет адаптировать задачи и тесты симулятора под конкретную учебную программу — от базовой логики до сложной микроархитектуры. Кроме того, в методическом руководстве для педагогов содержатся готовые наборы лабораторных работ, исторические справки и интерактивные карточки элементов.

Автор проекта продолжает работу над средой обучения совершенствуя интерфейс, расширяя методическую базу, добавляя новые возможности для преподавателей и студентов. В ближайшей перспективе Дмитрий Калашников намерен плавно перевести его из виртуального мира в физический — на реальное учебное железо. Тогда созданный им обучающий игровой курс получит логическое завершение. Сейчас он ищет выход на образовательные организации, которые готовы внедрить у себя разработанную им программу. Распространяется она бесплатно — своей разработкой Дмитрий Калашников стремится внести свой вклад в развитие инженерного мышления и отдать дань памяти школе академика Ершова, заложившей основы отечественного ИТ-образования. 

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Изображение предоставлено пресс-службой НГУ

Селекционеры Института цитологии и генетики СО РАН создали два новых вида мягкой яровой пшеницы. Неприхотливые «Салаира» и «Венец Приобья» обладают высокой урожайностью и лучше других подходят для выращивания в суровых климатических условиях.

Как рассказали «Новосибирские Новости» старший научный сотрудник Владимир Советов, на получение культуры понадобилось около 12 лет. За основу брали проверенные временем сорта. Посадочный материал высевали по колосу, отбирали, тестировали в питомниках. В результате кропотливой работы вывели устойчивые к непогоде и быстро созревающие семена.

«„Салаира“ — сильная по качеству, скороспелая пшеница. Рекомендована для выращивания в лесной зоне Сибири, имеет более крупное зерно, хорошо переносит засуху и холода. „Венец Приобья“ отличается низкорослой формой. Его ценность — в устойчивости к полеганию. Это делает сельскохозяйственные работы легче и уменьшает потери урожая», — пояснил специалист.

Он уточнил, что сейчас оба сорта передали на государственное испытание. После успешных проверок разработку новосибирских учёных отправят агропромышленным предприятиям Сибири — от Тюменской области до Бурятии.

А на днях эти сорта были представлены на выставке в рамках Всероссийского дня поля. 

Крупнейший агропродовольственный форум Всероссийский день поля-2026 прошел 16–18 июля 2026 года на базе «Сибирского агропарка» в Павловском районе Алтайского края. Под открытым небом в алтайской степи расположились выставочные площадки, на которых представлены новейшая сельскохозяйственная техника и оборудование, передовые агро- и биотехнологии, а также современные средства защиты растений и удобрения.

Главной темой мероприятия, объединившего государство, бизнес и науку, стало внедрение единой агротехнологической системы для снижения себестоимости растениеводства.

А самой заметной, яркой и привлекающей всеобщее внимание площадкой стали демонстрационные посевы лучших сортов и гибридов сельскохозяйственных культур со всей России.

Делегация Института цитологии и генетики СО РАН представила на ней свои новые сорта мягкой яровой пшеницы. Линейка сортов, высеянных на демонстрационном участке форума, включала как уже зарекомендовавшие себя на полях страны сорта Новосибирская 41, Новосибирская 49 и Сибирская 21, так и пока неизвестные, но обладающие значительным потенциалом сорта Салаира и Венец Приобья, переданные на государственное сортоиспытание.

По материалам СМИ

Фото из архива Института цитологии и генетики