Новосибирск внес немалый вклад в развитие космонавтики. Здесь по заказу Сергея Королева создавали новые материалы для советских космических ракет и спутников, разрабатывали катализаторы для производства ракетного топлива, выращивали полупроводниковые структуры для солнечных батарей, питающих оборудование на орбите и выполняли много других важных для космонавтики исследовательских проектов. Эта работа продолжается и по сей день - накануне Дня космонавтики в представительстве ТАСС в Новосибирске рассказали о современных разработках ученых Сибири для космической отрасли.

«Новосибирский государственный технический университет достаточно давно занимается проектами в этой области. Наверное, самое проработанное направление у нас – это силовая электроника, в частности, энергопреобразующая аппаратура для космических аппаратов», – рассказал проректор по научной работе и инновациям НГТУ Артур Отто.

Разработки университета позволили в несколько раз снизить массогабаритные характеристики этого оборудования, что для космической техники имеет критическое значение.

Уже в этом году, в рамках программы «Приоритет 2030» в НГТУ была создана новая лаборатория перспективных космических разработок, внутри которой объединятся разные группы исследователей, занимающихся разработками в области космического приборостроения на базе университета. Это позволит им вести более скоординированную работу и решать более комплексные задачи.

В числе таких задач – создание универсальной масштабируемой платформы космического аппарата, которая позволит уже в ближайшее время нарастить темпы выпуска спутников различного назначения. «Это отвечает требованиям современного уровня развития космонавтики, когда для выполнения поставленных задач необходимо обеспечить запуск сотен и даже тысяч спутников в течении года или нескольких месяцев. И построение таких универсальных платформ является одним из наиболее перспективных направлений дальнейшего развития в производстве космических аппаратов», - отметил Артур Отто.

Крупнейшим проектом космической тематики, в котором, наряду с десятками других научных организаций и промышленных предприятий, участвует Конструкторско-Технологический институт научного приборостроения (КТИ НП) СО РАН – это космическая обсерватория миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн «Миллиметрон». В режиме связи с Землёй она будет работать как крупнейший виртуальный радиотелескоп, способный исследовать структуру ядер галактик, чёрных дыр, пульсаров, изучать реликтовое излучение, искать самые ранние следы формирования Вселенной, белые дыры и кротовые норы. Что интересно, аналогов миссии «Миллиметрон» не планируется ни в одной стране мира в ближайшие полтора десятилетия. Впрочем, запуска российской обсерватории не стоит ждать ранее 2034-35 гг.

«Ядром установки является криогенный телескоп диаметром в 10 метров, который представляет собой адаптивное зеркало из 96 элементов, каждый из которых может настраиваться по отдельности. Понятно, что это очень сложная техническая система и наш институт в настоящее время делает систему измерений и контроля формы этого зеркала на борту спутника, чтобы телескоп работал в максимально приближенном к идеальному состоянии», - поделился с собравшимися директор КТИ НП СО РАН Пётр Завьялов.

В настоящее время создан наземный макет этой системы, а также стендовый комплекс для испытания его работы. После их завершения, что должно случиться в течение этого года, система будет готова к монтажу уже бортового варианта такой системы непосредственно на «Миллиметроне».

Петр Завьялов также отметил, что такие большие проекты в области научного приборостроения, помимо решения собственно исследовательских задач, помогают совершать определенный технологический скачок, поскольку в процессе реализации ставят нестандартные и сложные задачи. И в ходе их решения, разработчики часто создают новые технологии, которые потом становятся востребованными в самых разных областях.

Активно развивается космическая тематика и в Новосибирском государственном университете, причем, как в плане исследований, так и в подготовке новых кадров для российской аэрокосмической отрасли.

«Основной объем работ по этой тематике делается в нашем подразделении и связан он с приборостроением», – подчеркнул заведующий отделом аэрокосмических исследований НГУ Виталий Прокопьев.

Отдел был создан почти полвека назад и основная его специализация – автоматизация космических экспериментов. Сегодня его сотрудники готовы предложить отрасли широкую линейку датчиков, с помощью которых можно решать самые разные, в том числе, довольно сложные, научные задачи в космосе. В том числе – проводить в космосе различные научные эксперименты без участия людей. Всего за эти годы было поставлено около ста приборов, часть из них уже успешно отработала свои задачи, часть все еще функционирует в составе российской спутниковой группировки.

Эту работу в НГУ стараются тесно сочетать с образовательной деятельностью, преждае всего в рамках курса космического специального приборостроения на Физическом факультете. 

«В современной космонавтике очень востребована мультидисциплинарность и широкая база знаний специалиста, которыми давно известны выпускники НГУ. Причем у нас уже является давней традицией тот самый проектный подход, который сегодня становится стандартов в высшем образовании. Студент приходит, под кураторством сотрудника отдела решает конкретную задачу, потом результат отправляется на орбиту и одновременно становится частью его дипломной работы», - пояснил Виталий Прокофьев.

Но чтобы не ограничиваться только приборной деятельностью, примерно десять лет назад в вузе открыли новое направление – конструирование малых космических аппаратов. Так, в сотрудничестве с «Роскосмосом» университет начал строить свои спутники, привлекая к этой работе не только студентов физфака, но и учащихся Передовой инженерной школы НГУ.

Сергей Исаев

Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН и ЦКП «СКИФ» разрабатывают уникальный интерферометр для определения одного из ключевых параметров источника синхротронного излучения СКИФ – сверхмалого эмиттанса. Среди циклических источников СИ эта характеристика СКИФ имеет уникальную, рекордно низкую величину. Интерферометр заработает одновременно с запуском накопительного кольца СКИФ в конце 2025 года.

Эмиттанс – это один из ключевых параметров электронного пучка в циклических источниках синхротронного излучения. Чем он меньше, тем выше яркость источника. СКИФ станет первой в мире установкой в своем классе с рекордно низким эмиттансом (75 пикометров - радиан), благодаря которому максимальная интенсивность света будет концентрироваться на минимальной области исследования, что позволяет с предельной точностью определить характеристики даже самого маленького образца.

Эмиттанс необходимо измерять, во-первых, для подтверждения его заявленных параметров, во-вторых, для контроля и изменения режимов работы установки, в-третьих, для диагностики пучка в ходе работы установки. Такой мониторинг важен, так как эмиттанс определяется магнитной структурой накопительного кольца, соответственно изменения магнитной структуры могут влиять на его значение.

Определение эмиттанса требует точного измерения поперечных размеров пучка заряженных частиц, циркулирующих в накопителе.  В мировой практике успешно применяется методы, основанные на интерферометрии и рентгеновской камере-обскуры.

В современных источниках СИ широко применяются интерферометры: эти приборы обеспечивают высокую точность измерений поперечного размера пучка. «Такие интерферометры строятся по схеме Юнга, где свет от источника (в данном случае — синхротронное излучение, испускаемое пучком электронов в магнитном поле поворотного магнита) проходит через близко расположенные отверстия, создавая когерентные волновые поверхности. Эти волны интерферируют друг с другом, порождая характерную интерференционную картину ярких и темных полос. Анализируя эту картину, можно точно определить поперечные размеры и распределение интенсивности электронного пучка», – рассказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН и ЦКП «СКИФ» к.т.н. Виктор Дорохов.

Камера-обскура использует небольшое отверстие для формирования изображения пучка на детекторе, располагаемом на некотором удалении. Это отверстие проецирует свет от пучка на детектор, размер и форма проекции позволяют определить поперечные размеры и распределение яркости пучка. Этот прибор удобен тем, что не требует сложной оптики, может обеспечить достаточно высокую точность измерений при этом результат наблюдений представляется в более удобной для оператора комплекса форме – изображении, повторяющем поперечное распределение заряда в пучке.

Однако типовых решений подобного оборудования для источников СИ не существует. Кроме того, разработка таких диагностик для СКИФ усложнялась тем, что параметры установки находятся практически на пределе применимости этих методов.

Как инструмент диагностики первой линии ученые ИЯФ СО РАН и ЦКП «СКИФ» разрабатывают интерферометр, с точностью до микрона измеряющий поперечный размер сверхмалого пучка СКИФ, который будет составлять порядка 8 микрон (0,008 мм). Специальное программное обеспечение позволит, сопоставив измерения интерферометра и данные диагностических систем накопительного кольца, получить значение эмиттанса.

Интерферометр, разрабатываемый учеными, измеряет размер пучка в видимом и ближнем ультрафиолетовом свете, однако для того, чтобы в перспективе иметь возможность уменьшить эмиттанс, ученые также работают над созданием первого в мире рентгеновского интерферометра на основе многослойных рентгеновских зеркал.

«Для того, чтобы иметь надежный альтернативный способ измерения размеров пучка, мы решили попробовать использовать интерферометр в рентгене. Такой способ, действительно, уникален в том смысле, что в мире на сегодняшний день не реализовано таких приборов. Мы работаем над созданием своего интерферометра в рентгеновской области, для этого будут изготовлены специальные многослойные зеркала, работающие в мягком рентгеновском диапазоне. Рентгеновский интерферометр – это задел на будущее, если для исследований потребуются уникальные режимы, или эмиттанс будет еще меньше», – добавил Виктор Дорохов.

В перспективе на СКИФе также будет реализован также профилометр на основе рентгеновской камеры-обскуры как альтернативный способ измерения размеров пучка для уточнения эмиттанса, что обеспечит возможность получения независимых результатов разными методами.

Для измерения эмиттанса пучка на накопительном кольце СКИФ выделены два канала вывода синхротронного излучения из поворотных магнитов, предназначенные для диагностики пучка в рентгеновском диапазоне. Один из этих каналов займет камера-обскура, длина которой составит порядка 25 метров. На втором канале в перспективе планируется установка рентгеновского интерферометра.

Фото Татьяна Морозова

За десятилетия своей работы Институт цитологии и генетики СО РАН (как и его филиалы) сделал многое для развития медицины в нашей стране. Мы уже рассказывали про новаторские технологии в онкотерапии, разработку протоколов лечения редких форм диабета и большую работу по внедрению в практическое здравоохранение уникального сорбента, созданного учеными Академгородка. Сегодня вспомним про еще один продукт научно-исследовательской работы коллектива ИЦиГ – имозимазу и созданный на ее основе тромболитик «Тромбовазим».

Эта работа была выполнена на базе исследований, которые вел в ИЦиГ выдающийся молекулярный биолог Рудольф Салганик (и был награжден за эту работу Государственной премией СССР в 1979 году).

Рудольф Иосифович приехал работать в институт в числе первых его сотрудников, в 1957 году и сполна испытал, каково было возрождать генетику в условиях, когда высокопоставленные сторонники «лысенковщины» всячески препятствовали этому.

«Несколько слов о посещении одной из самых «мощных» комиссий, в которую вошли Гендель, Ольшанский, Студитский и другие… Студитский два дня сидел в моей лаборатории и уверял, что никаких особых функций у нуклеиновых кислот нет, что они нужны для крепости клетки – только и всего. А что касается нуклеаз, не могут они действовать на вирусы, это вообще выдумка. Мы с ним дискутировали. Студитский хоть употреблял еще какие-то научные термины, Ольшанский же просто говорил неприличные слова… Шел второй год нашего существования, уже были практические результаты. В институте получили полиплоидную свеклу, противовирусные препараты. Мы старались работать стремительнее, чтобы доказать, что генетика может быть эффективной», - вспоминал он в интервью «Науке в Сибири» уже в конце 1980-х годов.

В первый же год существования лаборатории нуклеиновых кислот Р.И. Салганик высказал предположение о том, что ферменты, деполимеризующие нуклеиновые кислоты – нуклеазы, могут задерживать размножение патогенных вирусов в организме животных и человека (и излечивать вирусные заболевания) в связи с высокой чувствительностью к нуклеазам вирусных нуклеиновых кислот, освобождающихся в процессе заражения клетки от защитных белковых оболочек. 

В дальнейшем он значительно продвинул это направление, были получены важные результаты: ферментные препараты нуклеазы оказались эффективными в лечении ряда тяжелых вирусных поражений нервной системы, заболеваний глаз, ведущих к слепоте, вирусных менингоэнцефалитов, опоясывающего лишая и др. Затем принцип лечения вирусных заболеваний нуклеазами был распространен и в ветеринарии.

В 1970 году по инициативе Салганика было организовано Специальное конструкторско-технологическое бюро (СКТБ) биологически активных веществ как подразделение Бердского химического завода, и на протяжении пяти лет он возглавлял эту организацию. На базе бюро, помимо прочего, были также развернуты работы по иммобилизации еще одного вида ферментов – протеиназ - на растворимых и нерастворимых полимерах. Ученые доказали, если ферменты присоединить прочными ковалентными связями к полимерным носителям, то вместо десятков минут они сохраняют свою активность десятки дней. Одновременно снижается их аллергенность. Такие иммобилизованные ферменты могли избирательно расщеплять белки омертвевших тканей и гнойных масс, не повреждая живые клетки.

В результате, были созданы иммобилизованные протеазы как новые препараты для лечения ряда заболеваний человека и животных. Экспериментальные и клинические исследования проводились медиками-офтальмологами. С роговицы глаз, ставшей непрозрачной из-за химического или термического ожога, нельзя удалить непрозрачный омертвевший слой скальпелем. Растворимый вариант иммобилизованной протеазы «Иммозим» удалял его в течение нескольких дней, восстанавливая прозрачность роговицы и зрение.

Значительные результаты были достигнуты также и в лечении осложненных ран, абсцессов, трофических язв, пролежней, маститов, эндометритов, гайморитов и иных заболеваний такого рода.

В это время разгоралась война в Афганистане, где климат и непростые полевые условия (включая не всегда быструю эвакуацию раненого с поля боя) часто приводили к воспалительным процессам, развивавшимся в полученных ранах. Особенно тяжелыми последствия были в случае ожоговых ран (например, после обстрелов бронетехники). Имозимаза оказалась очень эффективной и сегодня трудно подсчитать, скольких воинов-интернационалистов она спасла от ампутаций или гибели.

Препарат стали применять и в ветеринарии, сначала тоже, как наружный препарат, а потом обнаружились и положительные эффекты от его внутреннего применения. 

«Это были восьмидесятые годы, тогда в наших ветеринарных клиниках было гораздо меньше эффективных лекарств от многих заболеваний, не так была распространена вакцинация, и многие домашние питомцы погибали от тех же энтеритов. И раствор имозимазы, показавший свою эффективность, быстро получил популярность среди ветеринаров», - вспоминает заместитель директора ИЦиГ СО РАН по инновационной деятельности, к. ф.-м. н. Пётр Куценогий.

Вскоре возникла идея сделать на базе этого препарата стабильную сухую форму, которую можно было бы хранить на протяжении долгого времени, а также использовать как основу для инъекций в качестве тромболитика (имозимаза хорошо разрушает различные тромбы в сосудах).

Так началась история еще одного инновационного препарата, созданного в результате исследовательской работы под руководством Р.И. Салганика – «Тромбовазима». Его производство развернули в Сибирском центре фармакологии и биотехнологий, а директором этого предприятия в то время, когда шло внедрение нового лекарства в производство был как раз Пётр Куценогий.

Путь к созданию нового лекарства и выводу его на рынок – очень долог и сложен. Как вспоминал впоследствии глава компании «СФМ-Фарм» Андрей Бекарев, ставший инвестором этого процесса: 

«Оригинальный препарат – это очень редкий зверь. Есть дженерики, дженерики с признаками оригинальности. Но нельзя говорить о том, что делать их так же сложно, как и оригинальный препарат». 

В результате, можно по пальцам пересчитать оригинальные препараты, созданные и зарегистрированные в России после 1991 года, один из них «Тромбовазим», который, к слову, был зарегистрирован в двух формах – таблетированной и внутривенной. Препарат показал высокую эффективность в лечении хронической венозной недостаточности, которой страдают десятки миллионов россиян.

Сегодня «Тромбовазим» по-прежнему продается в аптеках, а вот имозимазу можно встретить намного реже. «Дело в том, что это достаточно недорогой препарат, а значит и маржа продавца невелика. Но при этом он требует особых условий хранения, при ограниченном сроке годности. В совокупности, это делает имозимазу не очень интересным для аптечных сетей продуктом, да и в ветеринарии сейчас гораздо лучшая ситуация с обеспеченностью вакцинами и современными препаратами, которые могут справляться с теми же проблемами, что и имозимаза», - объяснил Пётр Куценогий.

Но все это не отменяет того вклада, который уже внесла имозимаза в медицину и ветеринарию за прошедшие десятилетия. А «Тромбовазим» остается первым и единственным лекарственным препаратом, произведенный с использованием инновационной технологии, объединяющей свойства фермента - протеиназы и молекулы «переносчика», что придало лекарству уникальные фармакологические свойства и высокую безопасность. А научной базой для этой технологии выступили исследования, проведенные учеными ИЦиГ СО РАН. И вполне вероятно, что в будущем они же станут основой для создания и других эффективных лекарств, использующих противовоспалительные и другие свойства ферментов.

Американская компания Colossal Biosciences, известная своими амбициозными проектами по «воскрешению» вымерших видов, объявила о рождении трёх щенков так называемого «ужасного волка». Пользователи интернета прозвали его «лютоволком», поскольку он напоминает одноимённую зверюгу из сериала «Игра престолов».

Однако научное сообщество восприняло заявление о сенсации скептически. Многие учёные считают, что выведенные животные – вовсе не возрождённый древний вид, а всего лишь генетически отредактированный современный серый волк.

Из 45 эмбрионов прижились три

Ужасный волк (Aenocyon dirus) был одним из самых грозных хищников эпохи плейстоцена. Он обитал в Северной и Южной Америке 125-13 тысяч лет назад, а вымер из-за столкновения с людьми, которые уничтожали основные его источники пищи — крупных и не очень проворных животных. В качестве добычи волкам оставалась более быстрая мелкая дичь, преследовать которую из-за их коротких лап и массивности тела было непросто. Оттого и вымерли.

И вот теперь генетики из компании Colossal Biosciences решили возродить ужасных волков, потратив на это несколько лет. Они извлекли фрагменты ДНК ископаемого вида из окаменелых останков, которые есть в распоряжении учёных, — зуба возрастом 13 тысяч лет и черепа возрастом 72 тысячи лет.

Проанализировав доступную им часть генома, они сравнили его с геномом современного серого волка и определили ключевые отличия в 14 генах, отвечающих за уникальные черты ужасных волков, в основном внешнего характера — крупный размер, белую шерсть, большие зубы, особую форму ушей... Всего таких признаков было 20.

Затем исследователи взяли ДНК современного волка и, используя метод геномного редактирования, изменили в нём эти 14 генов. Как говорят представители компании, некоторые гены брали у отдельных популяций крупных (или белых) волков, чтобы добиться внешнего сходства с ископаемым хищником.

Далее провели стандартную процедуру клонирования, отработанную ещё на овечке Долли. Собственные ядра яйцеклеток волчиц удалили, и на их место внедрили новую, искусственно созданную ДНК. Суррогатными матерями выступили домашние собаки, которые являются подвидом серого волка. Всего было получено 45 эмбрионов, но прижились и смогли развиться только три из них.

Осенью 2024 года на свет появились два белоснежных щенка «лютоволка», которых назвали Ромул и Рем. Через несколько месяцев родилась «девочка» — Кхалиси.

Попал на обложку

О событии трубят во всех западных СМИ. Журнал Time посвятил ужасному волку свою обложку. Илон Маск написал в соцсети: «Пожалуйста, сделайте миниатюрного домашнего шерстистого мамонтёнка». Очевидно, миллиардер намекает на другую недавно проведённую пиар-акцию той же компании: её учёные вывели генетически изменённых «шерстистых мышей». У этих грызунов шерсть якобы была, как у мамонтов. Так компания разогревает интерес к своему главному проекту — «воскрешению» мамонта, намеченному на 2028 год.

Сейчас щенки «лютоволков» уже выросли до 120 сантиметров в длину, а весят по 36 кило. Сообщается, что в будущем учёные планируют получить ещё от трёх до пяти особей. Их пытаются представить как результат передовых генетических технологий. Но коллеги задаются вопросом: а что это вообще за биологический вид? Можно ли считать новым (точнее, старым, но «воскрешённым») видом животное, в ДНК которого изменено всего лишь 14 генов?

Между прочим, геном того самого серого волка составляет около 2,4 миллиарда пар оснований, и пара десятков исправлений в нём — это просто капля в море. Директор Австралийского центра древней ДНК Джереми Остин отмечает, что для реального воссоздания вымершего вида потребовались бы десятки (а, может, и сотни) тысяч генетических модификаций!

Слишком много шумихи

Кроме того, некоторые из внесённых изменений (например, гены, отвечающие за белый окрас шерсти), как уже сказано, были взяты у современных волков, а не восстановлены из древней ДНК. Это ставит под сомнение научную ценность всего проекта. О каком «воскрешении» древнего вида идёт речь, если учёные просто-напросто изменили внешний вид современного животного, используя возможности генного редактирования?

Иначе говоря, Ромул, Рем и Кхалиси — те же самые обычные волки с умеренным количеством генетических отличий от своих сородичей. И если бы рядом с ними в одной стае вдруг появились реальные представители вида Aenocyon dirus, вымершего 13 тысяч лет назад, они бы, достигнув половой зрелости, не смогли с ними скрещиваться.

Бесспорно, проекты компании Colossal Biosciences демонстрируют прогресс в области генетики и биотехнологий. Однако в них слишком много шумихи и околонаучного шоу. А это отвлекает внимание от реальных научных прорывов.

Часть Первая: «Зеленые» альтернативы для добычи металла

Агромайнинг, фитомайнинг – слова, пока еще для нас не привычные. Так же мало кому знаком тот вид деятельности, который ими обозначается. Если его обозначить буквально на русский манер, то речь идет о «фермерском», сельскохозяйственном способе добычи… металлов. Это также звучит непривычно, поскольку в нашем сознании трудно соединить в единое целое сельское хозяйство и металлургию. Однако и то, и другое прекрасно соединяются, если мы изменим подходы к процессу извлечения металлов. И выяснится, что и фермеры вполне могут выращивать на полях сырье для выплавки целой линейки весьма ценных в наше время металлов.   

С этими непривычными и в чем-то – головокружительными - инновациями меня познакомили еще лет десять тому назад сотрудники Института химии твердого тела и механохимии СО РАН. Они как раз занимались исследованием растительной биомассы на предмет извлечения из нее ценных компонентов. В их число входили и металлы. Металлы, как и другие вещества, также накапливаются в отдельных частях растений, а некоторые виды могут накопить их столько, что по процентному составу они будут превосходить даже самые ценные руды. Это свойство ученые обнаружили еще в позапрошлом веке, но методы извлечения металлов, накопленных растениями, стали разрабатываться относительно недавно.

По словам ученых, существует порядка 750 видов растений, способных активно и без всякого вреда для себя «высасывать» различные металлы из почвы и накапливать их в своих тканях и в соке. В науке их принято называть «гипераккумуляторами». По большей части гипераккумуляторы накапливают какой-то один металл (в первую очередь это относится к никелю). Но есть и такие, которые накапливают несколько металлов в определенном диапазоне. Например, есть травы, извлекающий поначалу самый распространенный в земле металл, после чего они переключаются на другие металлы.

В силу указанных свойств гипераккумуляторы могут хорошо расти на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, например, на месте заброшенных рудников. «Нормальные» растения в таких местах почти не приживаются, в то время как гипераккумуляторы нормально себя чувствуют, одновременно содействуя восстановлению почвы. Получается двойная польза: восстановление почв и получение биомассы, содержащей ценный металл в приличных концентрациях. К примеру, на почвах, сильно загрязненных никелем (где не могут расти «нормальные» растения) биомасса из выращенных здесь гипераккумуляторов после сжигания даст золу, в которой концентрация никеля будет достигать 25% и выше. Столько же никеля может содержать млечный сок дерева Pycnandra acuminata, растущего в Новой Каледонии.  

Собственно, изначально растения-гипераккумуляторы рассматривались в качестве средства для естественной, биологической очистки почв от тяжелых металлов. Но затем эта идея получила дальнейшее развитие, и было предложено использовать тот же прием для организации коммерческих предприятий по извлечению металлов из растительной биомассы. Пока о тонкостях технологии говорить не будем. Оценим сам креативный подход к «рудной» теме. Как мы понимаем, она очень хорошо вписывается в экологическую тематику, а значит, отражает современные технологические тренды. Именно по этой причине ученые уверены в том, что «растительная металлургия» не просто имеет право на жизнь, но и открывает дверь в будущее.

На первый взгляд, это выглядит как очередное чудачество, не имеющее серьезного практического смысла. Действительно, на фоне тех масштабов, которые демонстрирует нам добывающая индустрия, какие-то фермерские поля по «выращиванию» никеля кажутся совсем уж провинциальной затеей, отдающей Средневековья. Думаю, сегодня под таким заявлением подпишутся многие, поскольку благодаря громким заявлениям новой американской администрации нас как будто опять возвращают в век индустриального бума. Как мы знаем, к девизу «Бури, детка, бури!» добавился новый лозунг: «Копать, копать и копать!». Какой уж тут агромайнинг? Нельзя сомневаться, что инициаторы «возвращения величия Америки» - в противовес борцам за экологию – вновь пустят тяжелую технику на пока еще пустующие просторы, организуя там новые открытые карьеры по добыче руды. Дело как будто к этому и идет.

Впрочем, не стоит думать, что оппоненты новой администрации из числа борцов за безуглеродное будущее не нацелены на то же самое. Самое парадоксальное, что как раз «зеленый» энергопереход требует существенно нарастить добычу руд. Здесь всё понятно: электрификация автомобильного транспорта и расширение доли ВИЭ резко повышают спрос на литий, никель и медь.  Особенно – на медь. В 2023 году мировая добыча меди составила 22 миллиона тонн, что на 30% больше, чем в 2010 году. Как утверждают аналитики, если все планы по электрификации будут реализованы, то к 2050 году годовой спрос на медь достигнет 50 млн тонн. То есть добычу меди придется увеличить более чем в два раза! И это при том, что запасы медных руд уже серьезно истощены.

Но дело даже не в этом. Борцов за «зеленое» будущее ставит в затруднительное положение сам факт того, что «чистая» энергия требует значительного увеличения добычи цветных металлов. Производство меди само по себе далеко небезупречно с точки зрения экологии, поскольку здесь используются кислоты, загрязняющие реки и почву. В ведущих странах-производителях, таких как Чили, Перу и Конго, уже уничтожены целые популяции диких животных и нанесен ущерб здоровью людей. Поэтому перспективы удвоения добычи меди уже сейчас начинают ужасать экологов, которые теперь открыто признаются в том, что переход на «чистую» энергию таит в себе опасные последствия для окружающей среды.

Такое развитие событий ставит под сомнение экологический смысл «зеленого» энергетического перехода. Поэтому его сторонники пытаются как-то выйти из положения, предложив по-новому взглянуть на развитие самой добычи металлов. Ведь если ничего не менять, то покрытие растущего спроса на ту же медь обернется масштабным экологическим ущербом. Критики «зеленой революции», кстати, не дремлют и постоянно обращают внимание на этот губительный аспект энергоперехода (о чем мы уже писали).

Как раз по этой причине эксперты начали искать экологически приемлемые методы добычи необходимых металлов. Один из них связан с поиском подземных резервуаров, содержащих богатые медью растворы. Обычно они образуются в вулканических системах, которые могут стать дополнительным источником геотермальной энергии. Эти растворы можно закачивать на поверхность, используя для этого указанные геотермальные ресурсы. То есть это будут шахты, имеющие автономное энергоснабжение, что само по себе снижает так называемый углеродный след (а в перспективе содействует развитию геотермальной энергетики).

Но всё же этого будет недостаточно, чтобы безболезненно покрыть растущий спрос на необходимую линейку металлов. В этой связи некоторые ученые обратились к «биологическим» методам добычи, то есть к агромайнингу. Наиболее продуктивное предложение на этот счет – выращивать растения-гипераккумуляторы на месте бывших рудников, чтобы с их помощью извлекать металлы из загрязненной почвы. Таким же способом можно извлекать металл из низкосортных медных руд.

Пока что эксперты с осторожностью предлагают этот метод, рассматривая его лишь как дополнение к традиционной добыче, то есть о замене традиционных методов пока что речь не идет. Агромайнинг, при всей его привлекательности, полностью оправдывает себя в контексте рекультивации почв. Получаемый из биомассы металл является в этой схеме скорее дополнительным бонусом, нежели основной целью. Главное, что вы получаете в итоге здоровую и плодородную почву. Примерно так же выглядит этот биологический метод при эксплуатации низкосортных месторождений, поскольку он не имеет тех губительных последствий, какие происходят при обычной обработке низкосортной руды.

Надо сказать, что специалисты пока не уверены, может ли агромайнинг полностью заменить традиционную добычу. Его рассматривают исключительно как нишевую отрасль. Тем не менее, высказываются предположения, что в условиях растущего спроса на металлы придется включить на полную катушку все доступные способы, включая агромайнинг. Иным словами, острую нехватку металлов (меди, никеля, кобальта и других) можно будет восполнять через указанные фермерские способы. Рынок будет готов принять все объемы. Отсюда вытекает надежда на возможность нормальной коммерциализации агромайнинга. Следовательно, «зеленый» энергопереход косвенно влияет на развитие данного направления. Но он не ставит его во главу угла. 

В этой связи у нас остаются вопросы. Может ли агромайнинг и в самом деле произвести подлинную революцию в добыче металла и стать серьезным видом деятельности для фермеров? Всё-таки, этот способ как никогда лучше вписывается в параметры Шестого технологического уклада, когда новейшие технологии способствуют не только снижению экологических проблем, но запускают процесс в обратном, благотворном направлении. Даже если речь идет о добыче металлов.

Николай Нестеров

Окончание следует

Исследователи из Института химической кинетики и горения им В. В. Воеводского СО РАН определили механизм фотолиза (трансформация химического соединения под действием света) антибиотика ципрофлоксацина в водных растворах. Это поможет лучше понимать процессы, протекающие с лекарственными соединениями в природных водах и на очистных сооружениях под действием света. Кроме того, можно будет синтезировать лекарственные препараты с улучшенной стабильностью к УФ-облучению и сниженным риском развития побочных эффектов, связанных с фотосенсибилизацией — повышенной чувствительностью организма к свету. Статья опубликована в международном журнале Chemosphere.

Ципрофлоксацин применяют для лечения заболеваний инфекционно-воспалительного типа, например заболеваний верхних дыхательных путей или инфекций брюшной полости. Несмотря на свою эффективность, препарат может обладать побочными эффектами, связанными с тем, как он ведет себя под воздействием света, — с фотохимической активностью. Поэтому ученым важно выяснить, как соединение трансформируется под действием излучения в окружающей среде и не образуются ли в итоге более токсичные вещества. 

«Если антибиотик попадает в окружающую среду, то бактерии, которые там живут, могут к нему привыкнуть, из-за чего падает терапевтический эффект лекарства. Например, антибиотики фторхинолонового ряда, к которым относится ципрофлоксацин, существуют уже в четвертом поколении. Обычно для того, чтобы понизить резистентность бактерий, такие лекарства модифицируют с помощью добавления атомов фтора в структуру молекулы антибиотика. Однако такая модификация часто приводит к тому, что под воздействием солнечного ультрафиолета появляется побочный фототоксический эффект, по симптомам схожий с солнечным ожогом. Человек, который принимает такой антибиотик, потом не может спокойно выйти на солнце», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории фотохимии ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Иван Павлович Поздняков.

Фторхиналоны относятся к одним из самых фототоксичных типов лекарственных препаратов. Даже если человек уже закончил их принимать, некоторое время, вплоть до месяца, могут проявляться побочные эффекты, связанные с фотосенсибилизацией. Не для всех препаратов есть нефототоксичные аналоги, но благодаря проводимым исследованиям есть надежда, что такое воздействие можно будет существенно уменьшить.

Фотохимия и фототоксичность фторхиналонов связана с наличием атома фтора в молекуле лекарственного соединения. Когда молекула антибиотика поглощает свет, происходит практически мгновенный разрыв связи углерод — фтор и образуются активные короткоживущие (существуют лишь нано- и микросекунды) частицы (интермедиаты). Они первые кандидаты для проявления фототоксического эффекта, поскольку активные частицы легко вступают в реакцию с компонентами клеток кожи, что может приводить к разнообразным повреждениям. Другие возможные «преступники» — образующиеся продукты фотохимических превращений фторхинолонов, которые могут значительно отличаться по токсичности и реакционной способности от исходных соединений. 

Для изучения реального процесса фотолиза ципрофлоксацина сибирские ученые использовали целый комплекс физико-химических методов. Прежде всего, применялись специальные источники стационарного облучения — это разработанные в Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск) эксилампы высокой мощности. Они позволяют проводить фотохимические эксперименты за часы и даже минуты. Облученные образцы далее анализировались в ЦКП Международного томографического центра СО РАН методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии высокого разрешения. Эти методы помогли точно определить структуру продуктов фотолиза, что позволило построить корректный механизм световой трансформации соединения.

«Вначале мы исследуем существующую научную литературу, изучаем, что было уже известно по поводу этого вещества до нас, и перепроверяем данные. Проблема в этом случае заключается в том, что у специалистов в двадцатом веке не было таких хороших и чувствительных приборов, как сейчас. Например, при анализе масс-спектрометрических данных существовало несколько вариантов того, какая структура соответствует определяемой массе, из-за этого механизм фотолиза мог быть установлен неверно. С помощью масс-спектрометрии высокого разрешения мы узнаем массу продуктов с точностью до четвертого знака после запятой. При этом нам изначально известна структура исходного соединения, так что мы смотрим, что оно должно было потерять или присоединить к себе, чтобы получилась именно эта масса для продукта», — прокомментировала научный сотрудник лаборатории фотохимии ИХКГ СО РАН Юлия Евгеньевна Тютерева.

Чтобы разобраться, какие процессы протекают сразу после поглощения кванта света молекулой ципрофлоксацина, была задействована уникальная для России установка наносекундного лазерного импульсного фотолиза, созданная в лаборатории фотохимии ИХКГ СО РАН. Суть применяемого метода состоит в облучении образца очень коротким (несколько наносекунд) лазерным импульсом, который генерирует в изучаемой системе короткоживущие частицы. Их появление приводит к изменению оптических свойств образца в микро- и миллисекундном временном масштабе.  

«Мы собираем набор кинетических кривых (то есть зависимость изменения оптического поглощения от времени, прошедшего после импульса лазера), представляющих то, как система меняется с течением времени для целого ряда длин волн регистрации. Когда мы “разрезаем” эти результаты в некий момент времени, получаются отдельные временные спектры, то есть зафиксированное состояние системы после ее возбуждения. Это означает, что можно наблюдать за изменениями на каждой стадии фотохимической реакции. Мы видим по трансформации оптических спектров, как образуются активные промежуточные частицы, как и с чем они дальше взаимодействуют — гибнут или переходят в другие интермедиаты и конечные продукты. Промежуточные частицы могут быть ключевыми для понимания общего механизма фотолиза», — пояснила Юлия Тютерева.

У ципрофлоксацина есть несколько форм: катионная, анионная и цвиттер-ионная, относительное содержание которых регулируется кислотностью (рН) водного раствора. Каждая из них по-разному фотоактивна и по-своему реагирует на облучение. Например, катионная и анионные формы достаточно стабильны при облучении, а цвиттер-ионная, которая доминирует в растворе при физиологических значениях рН, более активная — она лучше вступает в фотохимические реакции и активнее разрушается. Исследователи полностью изучили механизмы фотодеградации ципрофлоксацина: от поглощения кванта света до итоговых продуктов распада. 

«Дальше мы планируем исследовать, как структура химических соединений влияет на фототоксический эффект, то есть на то, как эти соединения реагируют на свет и какие вызывают токсические реакции в клетках или организмах. Мы сосредоточимся на наборе из четырех различных антибиотиков фторхинолонового ряда. Все они имеют схожую химическую структуру, но различаются по заместителям — это могут быть разные группы атомов или молекул, которые присоединены к основной структуре молекулы. Мы хотим исследовать, как эти заместители могут влиять на различные аспекты соединения, такие как его стабильность, способность поглощать свет, взаимодействовать с клеточными структурами и, следовательно, на его фототоксический эффект», — подытожила Юлия Тютерева.

Ирина Баранова

Изображения предоставлены исследователями

Как мы уже неоднократно писали, в мире сейчас происходит настоящий «атомные ренессанс». В свете глобального энергетического перехода возрождается интерес к атомным электростанциям, а параллельно осуществляются дальнейшие технические разработки в этой области. Потенциал атомной энергетики еще до конца не раскрыт, и потому в странах, овладевших такими технологиями, намереваются выйти на новый уровень.

Напомним, что большие надежды возлагаются сейчас на реакторы малой мощности, якобы отличающиеся большей безопасностью и к тому же дающие достаточно большой набор вариантов своего размещения. Россия пока что признается безусловным лидером в этой области. Она же является первой страной, запустившей на Крайнем Севере, в порту города Певек, плавучую атомную теплоэлектростанцию (ПАТЭС) «Академик Ломоносов». Повод для гордости, конечно, у нас есть. Но нельзя сбрасывать со счетов и реальные проблемы.

О безопасности проекта пока говорить не будем. Обратим внимание лишь на экономическую составляющую. Так, на строительство ПАТЭС ушло 12 лет. Общие затраты превысили 37 миллиардов рублей (вместе с портовой инфраструктурой стоимостью 7 млрд). При этом чистая электрическая мощность энергоблока составляет 32 МВт (плюс 150 МВт по теплу).

Мы это говорим к тому, что ПАТЭС ни в коем случае не являются более дешевой альтернативой генерации на ископаемом топливе. Всё как раз наоборот: капитальные затраты на создание таких мощностей оказываются выше, чем при строительстве ТЭС. Конкретные цифры здесь расходятся, но именно на этот момент обращают внимание критики проекта. Однако и это еще не всё. Каждые 12 лет плавучую электростанцию необходимо будет отправлять обратно на специализированное предприятие для технического осмотра и новой «подзарядки» ядерным топливом. Причем, на целый год! В течение этого года потребителей придется переключать на другие – резервные - источники энергии. Конкретно – от тепловых электростанций, которые также включаются в план энергоснабжения. То есть мощности приходится банально дублировать, что требует дополнительных затрат. И здесь, конечно, возникает закономерный вопрос: если для энергоснабжения в любом случае создаются дополнительные «нормальные» (то есть не атомные) мощности, к чему тогда подгонять туда дорогую плавучую АЭС? Не лучше ли ограничиться использованием ТЭС, если уж они и так запланированы?

Да, с технической точки зрения этот проект открывает новое и, возможно, перспективное направление в атомной энергетике. Но экономическая концепция использования таких объектов нуждается в доработке. Быть может, ПАТЭС целесообразно использовать как временный, а не как постоянный источник энергии, и запускать их вдоль акватории для снабжения энергией тех территорий, что находятся в процессе освоения (то есть пока там не появятся стационарные энергетические объекты вроде тех же ТЭС со всей необходимой инфраструктурой).

Пока же критики «мирного атома» упирают на то, что атомные электростанции никогда не будут безопасными и дешевыми, и без государственного финансирования ни один такой проект не поднять. Поэтому разработчикам приходится искать какие-то новые варианты, чтобы закрыть тему безопасности и экономичности. Совсем недавно американские энергетические компании, работающие с «мирным атомом», предложили свой вариант создания экономичных «инновационных» АЭС с использованием малых модульных реакторов.  

Ранее мы уже сообщали, что американское руководство (еще до прихода Трапа) решило поддержать проекты в области атомной энергетики, учитывая растущий спрос на электроэнергию из-за строительства гигантских центров обработки данных. «Мирный атом» попытались совместить с темой развития технологий искусственного интеллекта (ИИ), поскольку они очень хорошо дополняют друг друга. Так, ИИ нуждается не только в больших мощностях, но также в том, чтобы эти мощности выдавались стабильно. Фактически, режим работы ИИ полностью согласуется с оптимальной работой атомного реактора. Полагаем, это обстоятельство сыграло не последнюю роль, почему создатели современных ЦОДов обратились именно к атомной энергетике.

Но как добиться экономичности и безопасности новых атомных реакторов? Совсем недавно две американских компании – Deep Fission и Endeavour Energy – заключили партнерское соглашение о создании «инновационной» атомной электростанции мощностью 2 ГВт с использованием мини-реакторов на быстрых нейтронах, имеющих тепловую мощностью 15 МВт и электрическую мощность 5 МВт. Компания Deep Fission как раз занимается разработкой малых модульных реакторов. Компания Endeavour Energy специализируется на разработке центров обработки данных и технологиях возобновляемой энергетики. Центры обработки данных Endeavour работают под брендом Endeavour Edged, и именно они станут получателями электрической энергии, которую будут вырабатывать на новой «инновационной» АЭС.

Заявку на освоение площадки под новый энергетический объект компания Deep Fission планирует подать уже в следующем году. Сам же объект заработает с 2029 года. Новизной данного объекта является то, что мини-реакторы поместят в скважины диаметром 76 см, уходящие на глубину до 1,6 километра. Скважины будут заполняться водой, создающей необходимое для таких реакторов гидростатическое давление.  Благодаря такому решению у новой электростанции не будет толстостенных герметичных корпусов, которые понадобились бы в «традиционном», надземном исполнении (что как раз приводит к очень высоким капитальным затратам). В компании утверждают, что именно геология обеспечивает безопасную работу реакторов. И даже в случае утечки отработанного топлива существенной радиоактивной опасности для населения и для грунтовых вод не возникнет, поскольку утечка произойдет (если она вообще произойдет) на очень большой глубине.

Расчетный топливный цикл мини-реактора определен примерно на 10 – 20 лет. Реактор спроектирован таким образом, чтобы его можно было извлечь с помощью закрепленных кабелей. При необходимости его можно заменить другим реактором – либо в соседней скважине, либо в той же самой скважине, но на чуть меньшей глубине. Плотность таких скважин позволяет (согласно расчетам) получить достаточно высокую плотность энергии – примерно 100 МВт с одного гектара. При этом машинные залы с паровыми турбинами и генераторами электрического тока находятся на поверхности. Нерадиоактивный пар выходит снизу и обеспечивает работу турбин.

Таким образом, загнав реакторы под землю, компания Deep Fission пытается решить проблему экономичности, и безопасности. Экономичность находится здесь на первом месте, поскольку высокие капитальные затраты при строительстве традиционных АЭС (а равно и растянутые сроки самого строительства) сильно охлаждают интерес инвесторов к атомной энергетике. Чтобы окупить затраты, приходилось серьезно повышать стоимость киловатта. В случае с «инновационной» АЭС с подземным расположением модульных реакторов дела должны обстоять иначе, уверены разработчики. По их прикидкам, электричество можно будет реализовать по цене 5 – 7 центов за КВт*час. Такой ценник становится возможным как раз благодаря тому, что новый подход позволяет существенно сократить как капитальные затраты, так и сроки строительства.

Задумка, конечно, выглядит привлекательно. Хотя надо понимать, что радужные перспективы, которые рисуют нам разработчики, пока что имеются только на бумаге. Тем не менее, наличие нестандартных подходов к решению задачи является хорошим знаком не только для американской, но и для мировой энергетики в целом. И согласитесь, что в случае успешного развития таких проектов известный девиз: «Бури, детка, бури!», обретет новые смыслы.

Андрей Колосов

Приближается время защиты студентами курсовых и выпускных квалификационных работ. Будем честны, среди студентов во все века были те, кто старается идти в этом процессе по пути наименьшего приложения усилий – а теперь им на «помощь» пришли и возможности искусственного интеллекта. Но не окажутся ли услуги ИИ в конечном счёте «медвежьими»? Мы задали несколько вопросов об остроте этой и других проблем, связанных с развитием искусственного интеллекта, доценту кафедры права и философии ИИГСО НГПУ Андрею Васильевичу Харламову. 

13 марта Андрей Васильевич в качестве эксперта по правовому регулированию использования ИИ принял участие в работе XIII дискуссионной онлайн-площадки по актуальным проблемам школьного исторического и обществоведческого образования, организованной ИИГСО НГПУ совместно с редакцией научно-методического журнала «Преподавание истории в школе» (Москва) и институтом непрерывного образования Бурятского государственного университета имени Доржи Банзарова (Улан-Удэ).

– Андрей Васильевич, самый насущный вопрос в связи с приближением сроков защиты курсовых и выпуск ных квалификационных работ – с какими рисками могут столкнуться студенты при использовании в работе над ними возможностей ИИ и стоит ли вообще применять нейросети в этом случае?

– Конечно, риски для студентов есть, они очевидны. В НГПУ, например, внутренними правилами (СМК) установлены запреты на такое использование, если его обнаруживает antiplagiat.ru. Сама эта система несовершенна, студенты часто жалуются, что писали работу сами, а интернет-сервис подозревает их в нечистоплотности. С другой стороны, и нейросети развиваются. Недалек тот день, когда обнаружить факт использования AI будет невозможно или очень сложно. Как быть тогда? Вопрос, скорее, риторический. И тут полезно сообщить о «плюсах». При написании ВКР нейросети могут помочь, если ими правильно пользоваться, найти научную литературу, оформить библиографию, обработать статистические данные, визуализировать результат исследования и многое-многое другое. Поэтому, если подойти к работе с AI с умом, не просто «тупо» копируя и вставляя текст, то можно сэкономить время, потратив его на что-то более творческое

– Понятно, что ИИ вошёл в нашу жизнь совсем недавно и правовые вопросы его использования только начинают формироваться. Как сейчас обстоят дела в этой сфере?

– Хочу отметить: я сторонник подхода, что ИИ – это благо, и его применению надо учить и детей, и взрослых. Он не уменьшает наши способности, а наоборот, усиливает – как любой инструмент, будь то молоток или ткацкий станок. ИИ позволяет учителю сделать очень много полезного, экономя при этом время и материальные ресурсы – сгенерировать картину, быстро организовать квиз. Но при использовании произведений, которые создаёт ИИ, уже возникают юридические риски. Многие считают так: «Если я что-то сгенерировал с помощью ИИ, то права на этот результат принадлежат мне». Приходится в ответ объяснять азы: произведением признаётся только результат творческой деятельности человека. ИИ для нас пока как чёрный ящик: он не отчитывается перед нами о том, как он создаёт картину, книгу или что-то ещё.

Мировая судебная практика в отношении ИИ до сих пор находится в подвешенном состоянии. Европейские страны принимают свои нормативно-правовые акты, Россия – свои, но все они носят скорее декларативный характер, представляют собой скорее стратегию, в каком направлении двигаться, но не реальное регулирование правовых коллизий. А ведь есть ещё и философские вопросы, связанные с этикой в контексте использования ИИ. Ведь если дать возможность несовершеннолетнему использовать ИИ, он может начать генерировать, например, запрещённый для его возраста контент. Какие ограничения здесь надо накладывать и как это сделать?

– А ведь сейчас к возможностям ИИ всё чаще прибегают, например, журналисты – и в результате появляются, как вариант, сгенерированные ИИ исторические справки по тому или иному поводу с очень искажённой информацией, которую читатель может принять за реальную и тиражировать её дальше со ссылкой на источник. Как этому противостоять?

– Прежде чем начать работать с нейросетью, её тоже надо научить. И если сеть недообучена, она станет создавать такие фейки. Но если фейковую картину мы ещё сможем распознать визуально, то с подобного рода «научной» информацией становится сложнее. Если поставить перед тем же ChatGPT конкретную задачу – «напиши статью, опираясь на такие-то источники, ничего не добавляя от себя», он попробует с этим справиться более-менее добросовестно. Но чаще всего люди делают запросы общего характера – и нейросеть в ответ выдаёт мешанину из всех фактов, которые «знает» по этой теме.

Нейросеть также может начать фантазировать, если по заданной теме вообще нет материалов на русском языке. Например, вы можете протестировать бот в Телеграме, задавая ему разные вопросы – так вот, с задачей пересказать учение Карла Маркса в трёх абзацах он справится, а при просьбе сравнить учения Маркса и современного швейцарского философа Рахель Джегги начнёт фантазировать. То же самое, если спросить о десяти выдающихся учёных, занимающихся какой-то узкой проблемой: бот назовёт пару реальных имён, а дальше пойдут имена людей, которых никогда не существовало.

Это вопрос прежде всего к разработчикам, как они запрограммировали обучение алгоритма. У разных ИИ заложены разные материалы для обучения, поэтому одна нейросеть другой рознь. И на самом деле среди них есть такие, которые справляются с задачами лучше поисковиков, того же Google, так как в них заложена только проверенная информация. Я бы сказал, что продукту, который проверен на аутентичность, пользователи могли бы доверять больше, чем продукту, который создан коммерческой структурой, преследующей собственные задачи, не связанные с распространением гуманитарных знаний.

– А теперь давайте представим, что вот в такой произвольно составленный список людей, который вы упомянули раньше, нейросеть включит и вас тоже, по собственной фантазии включив вас, таким образом, например, в список опасных преступников. Кто в этом случае должен быть привлечён к ответственности за работу ИИ?

– Подобная новость уже была: некий англичанин подал в суд на компанию-разработчика нейросети, которая сгенерировала новость о том, что он якобы убил двух своих детей и планировал убийство третьего ребенка. Тут всё зависит от публичности информации. Одно дело, если вы спрашиваете у ИИ, кто вы, и она говорит мне, что вы убийца. И другое, когда информация, созданная ИИ, будет публиковаться как аутентичная в открытом источнике – отвечать за неё должен публикатор. По большому счёту, нейросети – это только техническое продолжение наших, человеческих, способностей. И только человек решает, какую информацию должна создать нейросеть и где она потом будет выложена.

Беседовал Виталий Соловов

Мы в своих публикациях неоднократно уделяли внимание теме превращения отходов в доходы, поскольку решение указанной задачи является неотъемлемым условиям перехода к Шестому технологическому укладу.

Чаще всего мы говорили о переработке твердых коммунальных отходов, включающих в себя большое количество органики. Как мы знаем, органику вполне можно рассматривать как энергетический ресурс, поскольку она пригодна для производства биогаза и другого топлива. Точно так же ее можно рассматривать как субстрат для восстановления плодородия почв. Технологии на этот счет уже созданы о опробованы, и не только в нашей стране, но и конкретно в Новосибирской области (о чем мы уже сообщали).  И на сегодняшний день с этим направлением вроде бы всё ясно. Поскольку технологии уже опробованы, то при желании любое обращение с органикой можно хоть сейчас организовать по-новому, включив его в систему замкнутого цикла – от бытовых отходов до отходов животноводства.

А как быть с опасными отходами? Например, с отходами от атомных электростанций? Сегодня этот вопрос стоит на повестке многих стран ввиду возрождения интереса к атомной энергетике. Это происходит в России, где уже объявлено об увеличении доли атомной генерации до 20 процентов. Об этом говорят на Западе – в США, в Великобритании, во Франции, в Польше, в Финляндии. Активное освоение «мирного атома» происходит в Китае. Третьи страны также поворачиваться в сторону АЭС, и наша страна, как мы знаем, идет им навстречу (напомним, что «Росатом» реализует порядка двадцати проектов полного цикла).

Естественно, этот атомный тренд встречает критику и противодействие со стороны апологетов «зеленой» возобновляемой энергетики. Мы уже приводили высказывания на этот счет, когда атомная энергетика классифицируется не только как «самая затратная», но еще и как «самая опасная» с экологической точки зрения. И главный вопрос, который задают критики, неизменно звучит так: что вы намерены делать с ядерными отходами? Считается, что пользы от них не будет никакой, вред же очевиден.

Тем не менее, научная мысль движется и в этом направлении, и мы уже видим различные предложения относительно вариантов полезного применения ядерных отходов. Один такой вариант изложен в недавней публикации, подготовленной группой американских ученых из Университета штата Огайо. Публикация посвящена разработке ядерных фотоэлектрических батарей на основе сцинтилляторов. Для читателя, непосвященного в суть разработки, представленная тема звучит слишком заумно. На самом же деле идея здесь проста и в некоторой степени оригинальна.

Суть изобретения следующая. Разработчики оптически соединили фотоэлектрический элемент с искусственным источником света, точнее – с люминофором, преобразующим ионизирующее излучение в видимый свет (такие преобразователи как раз и называются «сцинтилляторами»»). В основном ученые имели дело с гамма-лучами, поэтому такие батареи получили второе обозначение – «гамма-вольтаические» (очевидно, чтобы различать их с «фото-вольтаическими» батареями, использующими естественный солнечный свет). Источником гамма-лучей, как нетрудно догадаться, могут выступать здесь радиоактивные отходы и их производные.

Сама по себе концепция ядерных фотоэлектрических батарей не нова. Как замечают разработчиков, она зародилась еще в начале 1950-х годов, когда проводились соответствующие эксперименты с полупроводниками. Впрочем, необходимо понимать, что термин «ядерная батарея» достаточно широк, поскольку в мире используются разные подходы для прямого получения электричества из энергии радиоактивного распада. Как правило, выходная мощность таких устройств очень мала. Чаще всего они используются в ситуациях, когда необходимо невысокое энергопотребление в каких-либо экстремальных условиях, не требующих постоянного вмешательства человека для обслуживания. Речь может идти о крайне удаленных местах – в космосе или в глубинах океана (например, установка датчиков, использующих в небольших количествах электроэнергию). В принципе, сфер применения достаточно много. Вопрос лишь в том, как усилить выходную мощность таких устройств, чтобы перед нами открылись перспективы их масштабного использования в целях выработки электроэнергии?

Как мы понимаем, актуальность этого вопроса будет возрастать по мере реализации программ расширения АЭС. Количество радиоактивных отходов возрастет, и было бы разумно использовать энергию распада вторично. Упомянутая команда американских исследователей из Огайо пришла к обнадеживающим выводам. Создав комбинацию кристаллов-сцинтилляторов и фотоэлектрических батарей, ученые уже сейчас продемонстрировали возможность использования гамма-излучения для получения электрического тока, достаточно мощного для обеспечения беспрерывной работы микросхем в микроэлектронике.

Прототип созданной ими батареи (объем – 4 кубических см) тестировался с использование двух разных источников гамма-излучения – цезий-137 и кобальт-60. Как отмечается в публикации, эти вещества являются наиболее значимыми продуктами, получаемыми из отработанного ядерного топлива. На первый взгляд, результаты кажутся скромными. Так, при использовании цезия-137 батарея выработала всего 288 нановатт. В случае использования кобальта-60 (более мощного источника) было получено 1,5 микроватта. Этой мощности было уже достаточно для работы маленького датчика.

Понятно, что такие цифры ничтожны для электрификации домов и производственных процессов, где мощность измеряется киловаттами. Однако разработчики считают, что устройства данного типа можно масштабировать до получения мощностей, измеряемых ваттами. Всё дело – в источнике питания. На сегодняшний момент исследователи допускают применение ядерных фотоэлектрических батарей в тех местах, где скапливаются отработанные радиоактивные материалы. Например, в бассейнах для хранения ядерных отходов. Сама батарея, кстати, не содержит в своем составе радиоактивных материалов, поэтому к ней можно прикасаться без последствий.

По мнению разработчиков, есть и другие пути повышения мощности батарей. Например, можно повысить эффективность сцинтилляционного кристалла, меняя его размер и форму. Чем больше его объем, тем больше поглощается излучения и вырабатывается большее количество света. То же самое мощно сказать и об увеличении площади поверхности батареи.

На данном этапе исследователи изучали лишь саму возможность преобразования излучения в электрическую мощность. Это – предварительный этап работы. Следующий этап уже будет связан с вопросами масштабирования данных устройств и создания соответствующий конструкций с приемлемой мощностью.

В то же время надо понимать, что такие устройства будут использоваться в местах с высокой радиацией, куда закрыт доступ посетителям. В этом случае они не будут оказывать загрязняющего воздействия на природу, несмотря на то, что срок их службы рассчитан на многие годы. И что еще не менее важно: эти устройства не потребуют регулярного обслуживания, поскольку способны работать без человеческого вмешательства. Точные сроки их работы пока еще не определены, но именно это как раз и должны показать последующие исследования.

В настоящее время, признаются исследователи, еще рано говорить об экономической целесообразности применения таких устройств. Не исключено, что масштабирование станет очень затратным процессом. Тем не менее, сама идея весьма привлекательна, и потому нельзя исключать того, что концепция ядерной фотоэлектрической батареи является перспективным направлением. Разработчики искренне надеются на то, что в недалеком будущем подобные устройства будут применяться не только для работы датчиков, но также для выработки электричества. По крайней мере, на данном этапе они отчетливо видят возможности их дальнейшего улучшения.

Николай Нестеров

Биологи научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии (НИИКЭЛ-филиал Института цитологии и генетики СО РАН, ИЦиГ СО РАН) совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета (НГУ), ИЦиГ СО РАН и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН) провели ряд экспериментов по исследованию воздействия терагерцового излучения на клетки меланомы человека. Клетки облучались на Новосибирском лазере на свободных электронах (НЛСЭ) ИЯФ СО РАН с частотой излучения 2.3 ТГц и средней интенсивностью 0.05 Вт/см² – генерация излучения с такими параметрами возможна только на этой установке. Метаболомный скрининг и биоинформатический анализ показали, что ТГц-излучение влияет на энергетический метаболизм клеток меланомы. Эти работы имеют фундаментальный характер и расширяют представление о биологических эффектах терагерцового излучения, а также клеточных реакций на его воздействие. Результаты опубликованы в журнале «Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Molecular and Cell Biology of Lipids».

Терагерцовое излучение (ТГцИ) находится между микроволновым и инфракрасным диапазонами электромагнитного спектра. Диапазон частот TГцИ составляет от 100 ГГц до 10 ТГц. Современные технологии, основанные на использовании электромагнитных волн терагерцового диапазона, широко применяются в биомедицинских науках. Например, терагерцовая спектроскопия может быть актуальна в медицинской практике для диагностики онкологических заболеваний. В то же время ТГц-область изучена не полностью, поэтому фундаментальные исследования излучения данного электромагнитного спектра и в первую очередь изучение его биологических эффектов на живые системы являются актуальными.

«Наша работа посвящена изучению фундаментальных механизмов воздействия неионизирующего излучения на биологические объекты, в данном случае – на клетки меланомы человека. Однако целью исследования не является разработка методов лечения с использованием терагерцового излучения, – прокомментировала младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий НИИКЭЛ Екатерина Бутикова. – В качестве модели мы выбрали клеточную линию меланомы, поскольку она является стабильной и хорошо изученной системой. Это позволяет минимизировать влияние побочных факторов и быть уверенными, что наблюдаемые изменения связаны именно с воздействием ТГц-излучения, а не с особенностями жизнедеятельности клеток».

Специалисты воздействовали ТГцИ на выращенные в культуральных флаконах клетки меланомы человека. Облучение на частоте излучения 2.3 ТГц проводилось на пользовательской станции Новосибирского лазера на свободных электронах.

«Новосибирский ЛСЭ является уникальным источником терагерцового и инфракрасного излучения. По средней мощности он на много порядков превышает любые существующие в мире источники, что позволяет проводить абсолютно уникальные эксперименты в очень широкой области длин волн с различными биологическими объектами, – пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Василий Попик. – Дело в том, что у биополимеров, таких как белки, существует четыре пространственных уровня организации. Если первичная структура определяется ковалентными связями, то вторичная, третичная и высшая определяются водородными связями, энергия которых лежит как раз в области ТГц-излучения. Поэтому если мы воздействуем ТГцИ на живые системы, то можем довольно сильно влиять на работу их клеток, на процессы, проходящие внутри них. Такие эксперименты представляют интерес с той точки зрения, что ни у одного живого организма не сформировано никаких защитных механизмов от ТГц-излучения, так как оно полностью поглощается атмосферой, а значит, воздействуя им на биологические объекты, можно исследовать, каким образом они приспособляются, какие механизмы защиты включают. Для подобных биологических экспериментов на НЛСЭ была создана специальная пользовательская станция, на которой реализована технология регулировки средней и пиковой мощности излучения, а также интенсивности воздействия. Так как мы работаем с живыми системами, которые комфортно себя чувствуют в очень узком температурном диапазоне, немаловажным для чистоты экспериментов было оборудовать станцию обтюратором и тепловизором – эти устройства поддерживают и контролируют нужную температуру. Благодаря этому мы понимаем, что получаем реакцию системы именно на воздействие облучения, а не на повышение или понижение температуры».

В эксперименте участвовали три группы клеток. Одну облучали терагерцовым излучением, вторую – инфракрасным излучением (ИК), третья была контрольная. Группы ТГц и ИК облучали по 10 и 45 минут. В день облучения специалисты проводили цитотоксические тесты клеток. На третьи сутки проводили метаболомный скрининг – анализ метаболитов, или органических молекул, участвующих в обмене веществ.

«Метаболиты – это малые органические молекулы, которые участвуют в обмене веществ в живых организмах. Они могут быть промежуточными или конечными продуктами биохимических реакций, обеспечивать клетки энергией, служить строительным материалом для клеток или выполнять регуляторные функции. В ходе сложных биохимических превращений одни вещества синтезируются, другие разрушаются, обеспечивая энергетический баланс, биосинтез и регуляцию клеточных функций, – добавил младший научный сотрудник Лаборатории физиологически активных веществ Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН (НИОХ СО РАН), лаборант-исследователь Лаборатории молекулярной патологии Института медицины и медицинских технологий НГУ Никита Басов, –  для исследования биохимического состояния клеток и тканей одним из наиболее эффективных инструментов является метаболомный скрининг. Он позволяет зафиксировать изменения в метаболическом составе организма, связанные с физиологическими процессами, заболеваниями или внешними воздействиями. Анализ широкого спектра метаболитов помогает заглянуть в молекулярный мир клетки и понять, как она функционирует. В нашей лаборатории мы проводим метаболомный скрининг методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрической детекцией (ВЭЖХ-МС/МС). Два года назад мы разработали подход, позволяющий анализировать около 400 метаболитов (включая как полярные соединения, так и липиды) менее чем за 30 минут анализа. Это стало возможным благодаря использованию монолитной колонки для ВЭЖХ, созданной сотрудниками Института катализа СО РАН Ю.С. Сотниковой и Ю.В. Патрушевым».

По словам Никиты Басова, ранее они применяли свой подход к метаболомному скринингу для анализа плазмы крови и сухих пятен крови, но его использование для исследования клеточных культур оставалось неизученным. «В рамках данной работы мы разработали и протестировали протокол пробоподготовки клеток, оценили его ограничения, а также впервые объединили его с аналитической методикой для изучения воздействия терагерцового излучения на клетки меланомы», – пояснил он.

Благодаря данным метаболомного скрининга и использованию биоинформатических инструментов группа ученых пришла к выводу, что терагерцовое излучение влияет в первую очередь на энергетический метаболизм клетки. Для этого применялся инструмент ANDSystem – автоматизированная система, объединяющая данные из многочисленных биологических баз данных и научных публикаций, позволяя выявлять функциональные связи между генами, белками и метаболическими путями.

«Наши исследования показывают, что ТГц-излучение вызвало изменения в содержании 40 метаболитов, главным образом в путях пуринового и пиримидинового обмена, а также оно влияет на уровень церамидов и фосфатидилхолинов, – добавила Екатерина Бутикова. Анализ генетических сетей, проводившийся нашими коллегами из Лаборатории компьютерной протеомики ИЦиГ СО РАН, выявил митохондриальные мембранные белки как ключевые регуляторы биосинтеза этих метаболитов. Кроме того, ТГц-излучение, по-видимому, нарушает структуру липидных рафтов, что влияет на митохондриальный транспорт, но при этом не затрагивает целостность белков. Метаболические эффекты были специфичны для ТГцИ и отличались от теплового воздействия, наблюдаемого при инфракрасном излучении».

Пресс-служба ИЯФ СО РАН

Фото Е.Бутиковой