Если в прошлом веке химия занималась изучением относительно простых соединений, то сейчас химики исследуют сложные молекулярные органические и гибридные системы (включающие в себя неорганические и органические компоненты, в том числе наночастицы). Такие сложные молекулярные системы находят применение в фармацевтике, катализе, нанотехнологиях, нефтехимической промышленности, медицине, энергетике и многих других областях.

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского (ИОХ) Российской академии наук еще в 2014 году выиграл пятилетний грант Российского научного фонда, чтобы заниматься дизайном и исследованием сложных гибридных систем. Разработки ученых не только простые в использовании и сравнительно недорогие, но еще и экологически чистые. Например, сотрудники института уже создали методы построения сложных молекулярных азот-кислородных систем — доноров оксида азота и полупродуктов для получения нейромедиаторов (в том числе гормонов), а также регуляторов активности ферментов. Такие системы можно использовать для создания лекарств для лечения заболеваний сердечно-сосудистой, иммунной и нервной систем, болезней легких. Эти лекарства, по мнению исследователей, будут превосходить по активности и широте терапевтического эффекта известные лекарства и не проявят в отличие от них вредных побочных эффектов.

Кроме того, работники института Зелинского разработали катализаторы (ускорители химических реакций) для решения одной из ключевых задач современного органического синтеза — создания методов получения целевых органических продуктов с атомарной точностью из дешевого и легкодоступного природного сырья.

В ходе проекта ученые исследовали системы для разработки синтетических вакцин, в том числе для защиты от пневмококка — одного из наиболее распространенных и опасных патогенов, вызывающих пневмонию, отит и менингит. В результате сотрудники ИОХ синтезировали конъюгаты белка-носителя с олигосахаридными лигандами (углеводные производные, построенные из нескольких моносахаридных остатков), иммунизация которыми лабораторных мышей обеспечила полную защиту от заражения соответствующими серотипами пневмококка. Исследования в пробирке (in vivo) проводились во ВНИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова.

Аспирантка ИОХ РАН Екатерина Денисова выделяет синтезированный комплекс палладия. Подобные комплексы используют для создания улучшенных каталитических систем для быстрого и простого получения новых молекул.

Студентка Вера Черепанова на сканирующем электронном микроскопе изучает образцы современных гетерогенных каталитических систем. В лаборатории она пытается понять, как изменяется поверхность катализатора (ускорителя химических реакций) в зависимости от условий проведения реакций. Выявление этой зависимости, возможно, станет ключом к пониманию актуального вопроса: как проходят химические реакции?

Оборудование позволяет напылить слои углерода и металлов для съемки на электронном микроскопе. Этот служит отличным помощником при получении образцов с наноразмерным покрытием.

Ученые получают изображения поверхности катализатора на сканирующем электронном микроскопе. Вера Черепанова исследует сложную структуру углеродного материала, входящего в состав катализатора на его основе. Он, в свою очередь, необходим при селективном синтезе новых веществ (когда происходит быстрая кристаллизация материала с высокой скоростью охлаждения, что позволяет управлять некоторыми его характеристиками).

Специальная камера дает возможность работать в атмосфере инертного газа для веществ, неустойчивых в обычных условиях. Несмотря на свою простоту, подобная камера удобна в повседневной работе лаборатории и позволяет проводить научные исследования для чувствительных к воздуху и влаге веществ.

Научный сотрудник ИОХ РАН Евгений Пенцак за исследованием оксидных подложек на просвечивающем электронном микроскопе. Эти подложки позволяют получать катализаторы с улучшенной структурой и заданными свойствами, а мощный инструмент — электронный микроскоп — служит надежным подспорьем в изучении их природы.

Аспирантка ИОХ РАН Лилия Сахарова подготавливает пробы для анализа вещества методом ядерного магнитного резонанса. Сверхпроводящие магниты создают мощнейшие магнитные поля для измерения расстояний между ядрами атомов в молекулах различных белков, что позволяет определять их пространственные структуры.

Сотрудники удаляют летучие компоненты из реакционной смеси на роторном испарителе. Этот прибор позволяет быстро избавиться от растворителя или другого летучего компонента без потери времени научного сотрудника на сбор и установку сложного оборудования для отгонки.

Ученые фильтруют органические соединения под вакуумом. После проведения реакции катализатор можно отделить от реакционной смеси простым методом фильтрования. Таким образом избавляются от ненужных компонентов в смеси, упрощая дальнейшую очистку целевого вещества.

На 3D-принтере осуществляется быстрое прототипирование молекулярных моделей. Метод 3D-моделирования помогает при визуализации сложных молекул или при проектировании химических реакторов непосредственно в лаборатории.

Евгений Гордеев изготавливает модели на 3D-принтере. Экструзионная техника печати (когда принтер плавит и наносит термопластиковую нить) актуальна и применима не только на производстве, но и, благодаря ее легкости в эксплуатации и техническом воплощении, широко востребована в химической лаборатории научного института. Можно придумать и напечатать уникальный реактор по индивидуальному проекту для синтеза вещества.

Эти экспериментальные модели пробирок для проведения реакций получили по технологии трехмерной печати. Она помогает существенно расширить возможности и делать пробирки из различных полимеров в качестве альтернативы обычной лабораторной посуде.

Культура опухолевых клеток, снятых на флуоресцентный микроскоп. Прежде чем поместить клетки под микроскоп, ученые метят их светящимися (флуоресцентными) метками, чтобы лучше увидеть изменения, которые сотрудники произвели с клетками во время исследования.

Редакция благодарит за помощь в создании материала Российский научный фонд.

Станислав Любаускас

О преимуществах и возможностях, которые дает нам внедрение smart-технологий в городское хозяйство написано немало. Но, как и у всех технологических решений, у них есть и слабые стороны (которые могут быть потенциально опасными). Поэтому оценка рисков – важная часть любого серьезного проекта. Вот о них и поговорим.

«Умные города» базируются на «цифровых технологиях», а значит, самая очевидная их уязвимость находится в сфере кибербезопасности. По данным «Лаборатории Касперского», в 2016 году 40 % всех промышленных систем управления было заражено вредоносным программным обеспечением. А если вспомнить массовые вирусные атаки пошлого лета, то надо признать: эта ситуация и сейчас не стала лучше.

Одновременно эксперты отмечают невысокий уровень защиты ряда программ и устройств, которые сегодня включены в инфраструктуру как обычных мегаполисов, так и «умных городов». Один из примеров – атака на системы муниципального транспортного агентства Сан-Франциско, проведенная неизвестными в 2016 году. В День Благодарения, взломав систему, они отключили турникеты метро, сделав проезд бесплатным для всех желающих.

Но такого рода манипуляции могут быть и не столь безобидными. Год спустя в Далласе хакеры запустили одновременно 156 аварийных сирен, входящих в систему оповещения в случае чрезвычайных ситуаций. Тогда чудом удалось избежать массовой паники и человеческих жертв.

До сих пор на практике хакерские атаки на городские службы преследовали цели личного обогащения либо являлись обычным хулиганством. Но что если эту практику возьмут на вооружение террористические группы не в голливудских блокбастерах, а реальной жизни? Может ли такой хакер парализовать инфраструктуру «умного города»?

Для ответа на этот вопрос в 2015 году эксперт компании, занимающейся разработкой систем безопасности – IO Active Labs – Цезарь Церрудо провел наглядный эксперимент. Прогуливаясь по улицам Вашингтона, с помощью переносного и относительно недорогого оборудования он без особых проблем взломал систему управления светофорами. После этого мэрия города всерьез озаботилась повышением безопасности своих систем управления. Но до сих пор неясно, смогут ли они устоять перед Церрудо или другим специалистом с его компетенциями (которые на сегодня не являются уникальными).

Его российские коллеги из «Лаборатории Касперского» выделили четыре главные проблемы использования smart-технологий в городе:

- большое количество технологий и практических решений, которые должны взаимодействовать и связываться друг с другом;

- возможное неровное качество различных встроенных технологий;

- дистанционная и непосредственная эксплуатируемость информационных систем Smart City;

- огромные объемы данных для анализа и хранения.

Необходимость разных систем взаимодействовать друг с другом открывает «калитки» для хакеров, говорят они. И приводят пример: эксплуатировать бортовую сеть Wi-Fi в современном пассажирском самолете, чтобы получить доступ к авионике лайнера. Эту же ситуацию можно смело перенести в «городские масштабы». Неровное качество ведет к «каше» из технологий, созданных разными разработчиками и внедренными в разное время. В такой ситуации проблемы могут возникать и без участия хакеров. К тому же, научившись собирать и накапливать огромные массивы информации о протекающих процессах (пресловутая big data), мы по-прежнему не имеем инструментария, позволяющего анализировать эти данные в режиме реального времени с надлежащим качеством. А значит, какая-то часть информации поступает в систему устаревшей, что тоже может вести к кризисным ситуациям.

Добавьте к этому отсутствие критичного отношения к киберпреступности в обществе – хакеры становятся героями кинофильмов и городской мифологии, что обеспечивает постоянный приток «рекрутов» в эту сферу. К тому же она стремительно молодеет, нередки случаи, когда серверы серьезных организаций взламывают подростки. И общеизвестно, что у них, в силу возраста, может быть еще меньше внутренних ограничений, чем у взрослых мошенников или даже террористов.

Понятно, что эти угрозы не способны заставить человечество отказаться от использования информационных технологий вообще и остановить процесс создания «умных городов» в частности. Но они достаточно сильны, чтобы сегодня ведущие компании в области ИТ-безопасности всерьез занялись поиском решений.

Однако киберпреступность – не единственная «теневая сторона» Smart City. Есть еще целый комплекс социальных и социокультурных вопросов, которые потребуют от человечества не меньшего внимания.

И с первым из них уже столкнулись, к примеру, пользователи социальных сетей. Развитие новых информационных технологий сегодня неизбежно ведет к уменьшению сферы приватного, ограничениям свободы человека. Эта тенденция является неизбежной и при развитии «умных» городских систем. Более того, она проявляется там острее, поскольку системы Smart City получают доступ к критично важной для каждого информации – перемещениям, доходам и расходам, состоянию здоровья и прочее. А в обмен предлагают безопасность и комфорт. Но не все согласны, что стоит платить эту цену. Например, известный экономист Александр Аузан категоричен: «Не меняйте свободу на безопасность - проторгуетесь». И он совсем не одинок в этом мнении – схожие опасения высказывают многие политики и эксперты.

Еще один тревожный фактор – дегуманизация человека, превращение его в часть «математического уравнения», которое решают системы управления Smart City. И в конечном счете, гражданин с его правами и свободами превратится в «социального клиента», которому полагается его доля тщательно вычисленных социальных благ и не более. Пока данная картина – удел техногенных антиутопий, но учитывая стремительные темпы прогресса в последние десятилетия, она очень скоро может стать реальностью. И гораздо проще предотвращать проблему сейчас, чем бороться против «матрицы», став одним из ее элементов.

Если же говорить не о проблемах отдельной личности, а социума в целом, критики безоглядного внедрения «умных технологий» говорят о риске появления поколения «новых Маугли», лишенных исторических, культурных и семейных традиций, с рождения погруженных в мир гаджетов. Людей, у которых в системе ценностей место Добра и Красоты окончательно займут Комфорт и Функциональность. И это станет настоящей антропологической катастрофой, предсказанной еще известным философом Эриком Фроммом.

Схожие проблемы существуют и на уровне «умных домов», которые сегодня более распространены, нежели Smart City. Они также уязвимы перед киберагрессией, ставят под вопрос сохранение вашей приватности. И, по словам архитектора Рэма Колхаса, губят свободу человека на уровне архитектурного планирования. А его российский коллега, вице-президент Союза архитекторов РФ  В.Н. Логвинов отмечает, что современная типовая застройка по уровню концентрации населения воспроизводит стиль бараков концлагеря. И прогнозирует: «Очень скоро подобные районы станут головной болью для властей города и госорганов… Унылая, однообразная и безобразная среда действует на человека угнетающе, провоцируя злость и агрессию».

Могут ли все вышеназванные риски заставить человечество отказаться от развития smart-технологий? Конечно, нет, поскольку плюсы и ожидания, которые с ними связаны, перевесят любые мрачные прогнозы. Но это не значит, что мы должны отмахиваться от доводов технопессимистов (в большинстве своем людей также достаточно компетентных). И поднимаемы ими вопросы должны стать предметом широкого обсуждения с участием не только «заинтересованных лиц» (представителей госструктур и бизнеса), но и общества, на которое и придется основная тяжесть упомянутых рисков. Консенсус, выработанный в таком диалоге, станет самой надежной защитой от многих «теневых сторон» концепции Smart City. И стало быть, пойдет на пользу всем участникам этого процесса.

Наталья Тимакова

Публикация в престижном журнале Science подвела итоги работы международного консорциума по секвенированию генома пшеницы, в котором приняли участие представители 73 научных организаций из 20 стран. Россию в этом проекте с 2007 года представлял Институт цитологии и генетики, а в 2014 году к нему присоединились Институт биоинженерии РАН (обе организации в настоящее время преобразованы в федеральные исследовательские центры – ФИЦ) и Московский Государственный Университет. Столь большое число участников вызвано сложностью задачи: геном пшеницы в пять раз больше человеческого и имеет очень сложную структуру.

Результатом многолетней работы консорциума стало построение референсной последовательности генома этой ведущей сельскохозяйственной культуры. Иначе говоря, вместо хаотичного набора коротких последовательностей (результата обычного секвенирования), последовательности были собраны и упорядочены вдоль 21 хромосомы, а гены идентифицированы с помощью специализированных программ.

– Секвенирование геномов – это постоянно идущий процесс, – рассказала член координационного совета консорциума, зав. лабораторией молекулярной генетики и цитогенетики растений ФИЦ «ИЦиГ СО РАН», д.б.н., проф. Елена Салина. – Но дальнейшая работа с ними зависит от того, насколько качественно выполнен этот процесс.

Референсные геномы обычно используются в качестве шаблонов, по которым быстро и с меньшими затратами выстраивают новые геномы представителей данного вида. Но в данном случае важно не только это. Пшеница – одна из главных современных сельскохозяйственных культур человечества (в 2012 году площадь посевов пшеницы составляла 215,5 млн га). Она является основным продуктом питания для трети населения мира, и рост численности людей требует соответственного роста ее производства. В условиях ограниченности земельных и водных ресурсов планеты этот рост необходимо обеспечивать не увеличением посевных площадей, а повышением урожайности. Поэтому изучение генома пшеницы имеет не только фундаментальное, но и вполне прикладное значение.

– Располагая референсной последовательностью, можно производить целенаправленный поиск генов и регуляторных элементов для создания новых сортов с заданными характеристиками с высокой точностью и в более сжатые сроки, - продолжила Елена Салина.

Опираясь на результаты проекта, такой работой будут заниматься и сотрудники ФИЦ «ИЦиГ СО РАН», где в последние годы много внимания уделяют методам маркёр-ориентированной селекции и уже получили первые результаты в этом направлении.

Параллельно международный консорциум, осуществлявший расшифровку генома пшеницы, намерен запустить еще один проект, аналогичный проекту «1000 геномов человека», в рамках которого будут просеквенированы геномы самых разнообразных сортов и элитных линий пшеницы. Напомним, эта культура является чемпионом среди злаков по количеству созданных сортов, многие из которых обладают уникальными качествами. И реализация такого проекта предоставит селекционерам еще более широкие возможности. Примут участие в этой работе наши ученые или нет, зависит от того, найдется ли для этого необходимое финансирование.

Пресс-служба ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»

Игорь Ефимов — специалист в области биомедицинской инженерии, кардиологии, физиологии, заведующий лабораторией сердечно-сосудистой инженерии и декан факультета биомедицинский инженерии в Университете Джорджа Вашингтона, с 2016 года — президент координационного комитета Международной ассоциации русскоговорящих ученых (RASA). Во время своего визита в Сибирский федеральный университет (Красноярск) он поговорил с корреспондентом «Чердака» Егором Задереевым о проблемах и будущем современной биомедицины.

[Ch.]: Игорь, виртуально мы знакомы уже больше десяти лет, со времени первых активных дискуссий о судьбе и реформах российской науки. А твои научные интересы всегда были так или иначе связаны с сердцем. В этом смысле ничего не изменилось?

[ИЕ]: Я веду два направления исследований. Первое — физиология и биология сердца. Все больше мы работаем с сердцем человека, и все меньше — с моделями на животных. Это стало возможным благодаря тому, что за последние десять лет мы выстроили программу, по которой получаем сердца людей-доноров, отдавших свои органы либо на пересадку, либо на научные исследования. Пересадка в приоритете, конечно, но, если сердце не подходит для этих целей, его отдают нам. Второе направление — разработка новых видов биоэлектроники. Это разного рода имплантируемые приборы, устройства для лечения аритмии и прочее.

[Ch.]: Речь идет о программе доступа к донорским органам для всей американской науки или для конкретного университета?

[ИЕ]: Конкретно для нашей лаборатории. Вообще, это уже вторая история успеха. С 2004 по 2015 год я работал в Университете Вашингтона в Сент-Луисе. За эти годы мы получили и исследовали около 400 сердец. Мы работали с организацией, которая занимается контролем оборота донорских органов. В Америке система пересадки органов жестко регламентируется государством. В каждом регионе с сильными трансплантологическими программами есть одна организация, которая контролирует эту деятельность.

После того как я переехал в Вашингтон, мы наладили контакт с аналогичной организацией, в чью зону ответственности попадают все госпитали Вашингтона и окружающих графств соседних штатов Вирджиния и Мэриленд. Для чего это сделано? Представим, что потенциальный донор перед смертью попал в какой-то госпиталь. Есть органы, доступные для пересадки. Но в этом госпитале нет реципиентов, которым подойдет, допустим, почка. А в другом госпитале такой пациент есть.

У службы по контролю есть полная информация о нуждающихся. Когда появляется донор, где бы он ни находился, можно сразу сказать, где будет самая лучшая клиническая картина после пересадки органа.

[Ch.]: Что вы делаете с органом после того, как получили его?

[ИЕ]: Например, сравнительные молекулярно-биологические исследования. Возьмем сердце здорового человека и пациента, который умер, скажем, от сепсиса. Как правило, гибель связана с остановкой сердца. Вопрос, что произошло в сердце при сепсисе? Оказалось, что при такой смерти сильно подавлен метаболизм. Мы обнаружили несколько тысяч связанных с этим процессом РНК, которые у здоровых и больных экспрессированы по-разному. Но здесь возникает проблема. Если мы говорим о тысячах РНК, то это очень сложный процесс. Непонятно, как повлиять на него — предотвратить смертельный исход.

Для этого нужно сделать следующий шаг. Экспрессия РНК контролируется ограниченным количеством контрольных белков (транскрипционных факторов). Мы ищем участки генома, с которыми связывается такой белок. А их уже не тысячи, а единицы. Конкретный пример — это еще не опубликованная работа, совсем свежее исследование. Мы посмотрели сердца больных со стенозом аорты. В этом случае сердце вынуждено качать кровь через сосуд, который полностью не открывается, через узкое отверстие, и это вызывает гипертрофию. Мышцы начинают работать с большей нагрузкой, что в конечном итоге ведет к сердечной недостаточности и к смерти пациентов. Мы нашли десять белков — транскрипционных факторов. Некоторые из них уже были известны, некоторые — нет. Но каждый из них контролирует десятки, сотни других генов. В этом случае можно подумать, как повлиять на эти белки, чтобы избежать заболевания.

Или вот следующая технология, совершенно новая. Мы начали работу с Олегом Гусевым, молодым генетиком из Института физико-химических исследований RIKEN в Японии, также он работает в Казанском федеральном университете. Коллеги разработали метод анализа экспрессии генов, в котором, помимо прочего, определяются активные промотеры и энхансеры. В ряде генов не один, а два или даже три промотера. Можно посмотреть, как активируются те или иные промотеры у здорового человека и у больного. Мы уже провели базовые исследования. Взяли сердца здоровых доноров и посмотрели на отличия между мужчиной и женщиной, между клетками предсердия и желудочка — нашли тысячу ранее неизвестных промотеров. В этой области исследований все еще впереди.

[Ch.]: Так какой же прорыв случился в исследованиях сердца?

[ИЕ]: Скорее, мы совершили ряд важных не «открытий», а «закрытий». Существовало много теорий, объясняющих, как, например, начинается аритмогенез. Они были обоснованы наблюдениями на животных. В тот момент не было никаких данных, полученных на людях, но это были уже догмы, которые преподавали в университете кардиологам. Нам удалось «закрыть» несколько таких теорий, потому что они не подтвердились.

Нужно понимать, что многие механизмы и теории строятся на основе математических моделей. Например, существуют три конкурирующие между собой модели потенциала действия кардиомиоцита человека. Как правило, такие теории основаны на данных, которые получены не на человеке.

Мы напрямую измерили потенциал действия в клетках сердца человека, посмотрели, как он реагирует на разного рода блокаторы. Оказалось, что ни одна из этих моделей не соответствует реальности.

[Ch.]: Как строятся такие модели и зачем они нужны?

[ИЕ]: Нужно изолировать миоцит, измерить параметры разных ионных каналов и написать уравнение для каждого из них. Потом свести все вместе в одной модели, чтобы описать генерацию и распространение волны возбуждения в клетках. Впервые это сделали в 1952 году Ходжкин и Хаксли. Они создали модель электрических механизмов, которые отвечают за генерацию и передачу нервного сигнала в гигантском аксоне кальмара. За эту работу в 1963 году они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Миоциты сердца устроены чуть более сложно, чем нейроны. В клеточной мембране миоцита много разных ионных каналов. Одна из существующих моделей строится в основном на данных, которые были получены на животных. Для двух других уже использовали измерения, выполненные на клетках человека. Но даже две эти модели клетки человека абсолютно разные. Дело в том, что многие лаборатории в своей работе узко фокусируются на работе одного ионного канала. Известный биофизик, Йорам Руди (Yoram Rudy), которого я считаю своим ментором, метко заметил, что некоторые ученые сидят всю жизнь в поре ионного канала, никогда не выглядывая наружу. Получается, что есть узко специализированные исследования, которые даже между собой мало общаются. Чтобы интегрировать их знания, нужна математическая модель. Если она будет адекватной, с ее помощью можно, например, объяснить аритмогенез. Потом такая модель поможет описать работу всего сердца. Пока у нас недостаточно данных для разработки адекватных моделей.

[Ch.]: Когда вы получаете сердце человека, как долго с ним можно работать?

[ИЕ]: Сначала мы берем образцы, которые используются для молекулярной биологии. Пробы для измерения РНК, содержания различных белков можно заморозить и держать в таком виде годами. Мы зачастую используем образцы, замороженные десять лет назад. Для биомеханических исследований нужна живая ткань. В этом случае эксперимент длится не более шести-восьми часов. Последние несколько лет мы используем метод, который скопировали в нейронауках. Берем миокард, делаем срез толщиной 300 микрон — это слой, через который может пройти кислород. Если сделать чуть более толстый образец, то в середину через поверхность кислород не сможет проникнуть — там будет ишемия. Дальше этот образец помещаем в проточную камеру, через которую прокачиваем необходимые растворы, кислород. В такой камере можно исследовать метаболизм и механику, записывать электрические сигналы — делать полноценные исследованиями сердечной ткани.

[Ch.]: Получается, вы разработали новую технологию для этой области исследований. Она уже тиражируется или вы продаете такие устройства?

[ИЕ]: Сейчас многие лаборатории используют такую технологию. Моя лаборатория придерживается философии открытых данных. То, что мы делаем, мы делаем совершенно открыто. Приведу пример из другой области. Мы развиваем оптическое картирование. Сначала мы красим ткани флуоресцентным красителем. После можно наблюдать, как электрический импульс распространяется по сердцу или как кальций циркулирует внутри клетки. Раньше эту технологию можно было развивать только в тех лабораториях, где есть хорошие инженеры. Мы опубликовали серию статей, в которых довели ее до такого уровня, что любой исследователь может взять и довести до эксперимента. Во-первых, наше программное обеспечение находится на открытом сервере. После регистрации любой пользователь может скопировать его и использовать, даже для коммерческих нужд. Мы не возражаем, главное — сослаться на нас. С недавних пор можно стало делать открытым не только программное обеспечение, но и само оборудование. Некоторые оптические приборы можно печатать на трехмерном принтере. В этом году мы опубликовали статью, где детально описали нашу систему картирования.

Можно скачать все чертежи, загрузить программу в 3D-принтер и напечатать установку, аналогичную нашей. Конечно, есть расходные материалы и оптические компоненты, которые невозможно напечатать, — линзы, фильтры, камеру. Но их можно докупить и собрать полноценный экспериментальный образец. То есть мы делаем открытым и софт, и хард — пожалуйста, пользуйтесь.

[Ch.]: Чем вы при этом руководствуетесь? Интересами глобальной науки?

[ИЕ]: Если бы в этой области был какой-то рынок, мы бы подумали о монетизации. Но спрос не велик. Есть фирмы, одна или две, которые зарабатывают на камерах. Камеры мы пока не умеем печатать. А все «железо» — в принципе дело простое. В данном случае для нас важнее, что наши статьи будут цитировать. Хотя главное даже не в этом. Студенты, которые разрабатывают приборы, находятся, как правило, на уровне бакалавра. У статьи, которую мы сейчас послали в Scientific Reports, первые два автора — студенты-бакалавры. Для них это опыт, который меняет жизнь. Они понимают, что могут внести вклад в науку. Для многих студентов это хороший пример.

[Ch.]: Проектами с открытым кодом уже никого не удивишь: таких проектов много. Вы говорите об «открытом железе». Это может привести к переформатированию всего рынка научного оборудования? Ведь обычно научные приборы очень дорогие, потом что их производят и продают монополисты.

[ИЕ]: Мы в статье даже таблицу привели, во сколько обойдется установка, если ее купить и если напечатать по нашим бесплатным чертежам. Разница огромная.

Но я бы вот о чем хотел бы сейчас поговорить — о важной проблеме биомедицинских наук, воспроизводимости результатов. Известный исследователь Джон Иоаннидис (John Ioannidis) опубликовал целую серию статей, в которых показал, что в ряде направлений биомедицинской науки 80% опубликованных статей не воспроизводятся. Были даже такие примеры: производитель лекарств в области онкологии видит по публикациям, что ученые открыли какое-то соединение, способное влиять на определенный вид рака. Они выкупают лицензию, начинают клинические испытания и не получают результата. Потом пытаются воспроизвести результаты изначального исследования — ничего не получается.

[Ch.]: В чем причина? Обман, или биологические объекты слишком сложные системы, в работе с которыми возможны ошибки? Может, что-то еще?

[ИЕ]: Не думаю, что в большинстве случаев это обман. Скорее всего, в каком-то смысле — систематическая ошибка, связанная с работой журналов и отбором публикаций. Объясню на простом примере. Представим себе гипотезу, что a+b=c. Сразу условимся: это неправильная гипотеза. Допустим, двадцать групп получили деньги на исследования, чтобы доказать, что a+b=c. Для многих биологических экспериментов ошибка в пять процентов — это нормально. Двадцать лабораторий провели эксперименты, только в одной из них получили положительный результат. Догадайтесь, кто опубликует статью? Получившие положительный результат. Одна из проблем биомедицины — очень трудно опубликовать отрицательный результат. Не было никакой подделки, просто была ошибка эксперимента. Но она опубликована и стала частью научной литературы, в отличие от 19 экспериментов с отрицательным результатом. Если кто-то попытался это воспроизвести и не смог, ему скажут: «Мы не публикуем негативные результаты». Если кто-то воспроизвел и попытался опубликовать — «Мы не публикуем подтверждающие результаты». Это, кстати, сильно отличает биологию от физики, где все наоборот.

В последнее время стало нормой, что многие издатели научной литературы требуют, чтобы данные были открытыми. Если вы печатаете статью, будьте добры опубликовать не только методы и красивые графики, но и исходные данные. Мы идем по пути полной открытости. Публикуем программный код, который использовали для обработки данных. Публикуем чертежи оборудования. Если вы хотите воспроизвести наши данные, вы можете напечатать установку, которая в точности такая, как у нас. Само собой, все исходные данные тоже открытые — можете проверить, соответствуют ли наши графики реальности.

Сейчас, к сожалению, из напечатанной научной статьи часто непонятно, как обработаны данные. В одной из статей мы показали, что во многих работах в нашей области сигналы обработаны неправильно. Фильтры, которые используются для приема электрического сигнала, определенным образом искажают сигналы. Если у исследователя нет определенной инженерной подготовки, он может неверно интерпретировать полученную информацию.

[Ch.]: Ты сказал, что многие лаборатории всю жизнь занимаются исследованием одного ионного канала. Так что характерно для современной биомедицины? Идет движение широким фронтом или есть узкие точки, на которых сконцентрированы усилия?

[ИЕ]: Мне кажется, сейчас произошел принципиальный философский поворот. Предыдущее поколение исследователей фактически строило карьеру на одном белке. Я знаю много таких лабораторий. Помню, около двадцати лет назад первый раз рецензировал гранты. В заявке написано: «Ежегодно в Америке от сердечно-сосудистых заболеваний умирает миллион, лекарства не работают, мы сделаем суперлекарство, возьмем конкретный ионный канал и заблокируем его». Такие заявки до сих пор приходят. Но нет ни одного лекарства, которое было бы сделано на этом принципе.

За редким исключением фокусироваться на одном белке или узком участке бессмысленно. Как правило, заболевания такого рода многофакторные. Задействованы и метаболизм, и физиология, и механика, и многое другое.

Последние десять лет активно развиваются омиксные технологии — протеомика, геномика. Мы смотрим не на один белок, не на одну РНК, а на весь ансамбль.

Сейчас очень интересные исследования и по микробиому. Недавно омиксные технологии стало можно применять к одной клетке. Как это делалось до последнего времени? Берете образец ткани, рубите ее в порошок, измеряете содержание белков или РНК. Это делалось на образце, в котором смесь клеток — миоциты, фибробласты и прочие. Сейчас сначала клетки с помощью какой-нибудь метки можно отсортировать по типам, а уже после проанализировать. Оказалось, что фибробластов — восемь разных типов, миоцитов — четыре.

[Ch.]: Мы не уходим в бесконечную сложность?

[ИЕ]: К счастью, нет. Миоцитов всего четыре типа. Их соотношение при заболевании меняется. Это очень интересно. Можно наблюдать, как при заболевании мы переходим от здорового фенотипа к нездоровому, искать точку невозврата.

Биология стала интересной потому, что она смотрит на все большую картину. Недавно в нашей области был выдан беспрецедентный грант. Группа исследователей из Гарварда получила 75 миллионов долларов на пять лет. Идея проекта — придумать принципиально новый подход к сердечно-сосудистой науке. Все, что мы делали раньше, — это неправильный подход. Фокусируемся на одном белке — это не работает. Фокусируемся на какой-то гипотезе — защищаем ее годами любой ценой, даже если она неверна.

Очень важная идея — сломать барьеры между науками и сферами деятельности. Если посмотреть на карту смертности в США (возможно, в Российской Федерации похожая ситуация), очень четко видны регионы, где смертность от конкретного заболевания гораздо выше. Почему? Чтобы понять, нам нужен доступ к разным данным. Например, есть компании, которые продают еду. Они точно знают, что в одной деревне любят более соленые чипсы, чем в другой. У них есть линейка разных продуктов, которые они отправляют, исходя из предпочтений. Таких примеров много. Если получить доступ к данным о пищевых преференциях, можно понять, кто больше получает жиров, углеводов или каких-то пищевых добавок. Это тоже должно быть частью общей картины.

[Ch.]: Тогда нужно получать данные о качестве воздуха и о других параметрах.

[ИЕ]: Естественно. Практически ко всему, что можно измерить. В свое время в городе Фармингтон в Массачусетсе решили исследовать всех жителей города. Описали около 20 000 человек и до сих пор ведут за ними наблюдения. Для каждого жителя есть клиническая запись: его или ее генетика, все заболевания, врожденные пороки, электрокардиография, прочее. Они фиксируют данные и о погоде, качестве воздуха и многом другом. Нашли много интересного, в том числе о вредных привычках. Например, курение, как и ожирение, распространяются точно так же, как инфекционные заболевания. В обществе, где никто не курит, появляется один человек, который курит. Сначала люди начинают относиться к этому снисходительно, потом ближайшее окружение курящего тоже начинает курить. Привычка распространяется.

[Ch.]: Мне кажется, это уже область интересов социологов или психологов.

[ИЕ]: Тем не менее мы видим, что социальные явления распространяются так же, как бактериальная инфекция. Для распространения курения, ожирения, алкоголизма важны не только генетические предпосылки, но семейные традиции — во многом это социальный феномен. Если кто-то пьет рядом, с какой-то вероятностью я тоже начну. Медицина будущего должна рассматривать человека на всех уровнях — от генетики и физиологии до социальных феноменов, технологий производства пищи, качества воздуха и воды. Такой системный подход сегодня становится реальностью.

[Ch.]: Это происходит за счет того, что у нас сегодня просто больше данных?

[ИЕ]: Во-первых, за счет того, что возникло понимание необходимости в таком подходе. Во-вторых, возникала наука больших данных и наука безразмерных сетей, автором которой является известный ученый Альберт Барабаши. Он, кстати, один из соисполнителей гранта, который я упомянул выше. Это большой прорыв, потому что появилась возможность количественно изучать и соотносить разные уровни знания друг с другом.

[Ch.]: Тогда должны появиться новые личности, ученые нового типа, которые будут интегрировать знания.

[ИЕ]: Не только личности. Нужны решения, в том числе на политическом уровне.

Хороший пример — Дания. Эта маленькая страна стала первой в мире, где все граждане охвачены похожим проектом. Для каждого жителя есть данные о его геноме, кардиологии, онкологии, все анализы. Все собрано в единую базу. Теперь исследователи, получив соответствующий доступ, могут посмотреть на генетические, электрокардиографические, метаболические данные, чтобы начать искать корреляции между геномом и заболеваниями.

Пример из близкой мне области. Анализ кардиограмм. Кардиологов учат, что есть разные типы кривых на кардиограммах. Было четко показано, что многие наблюдаемые морфологии зависят от полиморфизмов в конкретных генах. То есть кардиология из описательной стала количественной генетической наукой. Это важно, потому что кардиограмма часто является предсказателем сердечной смерти. Так что системный многоуровневый подход к медицине — это уже настоящее. Правда, только в тех странах, где на политическом уровне было понимание важности такого подхода.

[Ch.]: Вернемся к вашим исследованиям. По крайней мере у меня сложилось мнение, что в США, даже в науке, принято зарабатывать. Из науки растут стартапы, из них — работающие предприятия, которые приносят доход. Как у вас с коммерциализацией?

[ИЕ]: Недавно мне попалась на глаза статистика, что лишь 6−7% ученых США идут по этому пути. Академическая карьера — это высокая зарплата, стабильная пожизненная позиция. Если ты занимаешься нормальной наукой, тебе нет нужды уходить в бизнес. Конечно, есть лидеры типа Стэндфорда или Массачусетского технологического института, где культура совершенно другая. Там большинство профессоров занимаются предпринимательской деятельностью. В этих университетах при найме на работу рассматриваются не только академические публикации, но и сколько у тебя патентов, сколько сотен миллионов долларов ты заработал. Но в подавляющем большинстве университетов это совершенно не так. Даже университеты, которые входят в топ-5 в области биомедицины, могут иметь очень мало стартапов. Это традиционные академические учреждения. Лидеров, которые научились транслировать знания в деньги, не так много. Все пытаются их копировать, но культуру сменить очень трудно.

Лично у меня есть планы довести свои исследования до практики. Я основал несколько компаний. Одна из них уже близка к выходу на рынок. Мы создаем прибор для лечения мерцательной аритмии. Уже прошли успешные клинические испытания. Когда мы покажем, что прибор работает, то выйдем на огромный рынок. По нашим расчетам — около четырех миллиардов долларов в год. Только что получили венчурное финансирование на 17 миллионов долларов. Это будет реальный вклад в медицину.

[Ch.]: Судя по всему, это технология, не связанная с геномикой?

[ИЕ]: Реальность такова, что все мечты, которые мы только что обсуждали, пока к лечению никакого отношения не имеют. Лечение в аритмологии — это стимуляторы, дефибрилляторы, различные внешние воздействия. Работают старые, давно проверенные подходы. Идеи, которые мы сейчас внедряем, — результат двадцати лет работы. Сама компания, о которой я говорю, была основана десять лет назад. Я всегда говорю студентам, что в биомедицинской инженерии карьера состоит в следующем. Вы закончили университет, получили докторскую степень, стали доцентом и следующие десять лет работаете над фундаментальными задачами. Делаете открытия, печатаете статьи, получаете гранты — поднимаетесь по академической лестнице до полного профессора. К этому времени у вас есть открытия, которые можно запатентовать. После этого создаете фирму и, соответственно, начинаете трансляцию на практический рынок. У меня примерно так и получилось.

[Ch.]: Вернемся еще раз в прошлое, когда мы активно дискутировали о судьбе российской науки. Можешь сказать, удалось что-то изменить за эти годы?

[ИЕ]: Как раз десять лет назад была создана RASA. В этом году будем праздновать юбилей — приезжай на десятилетие в ноябре. Мне кажется, вклад диаспоры был очень важен «за кулисами». Мы помогли Министерству образования и науки создать и запустить программу мегагрантов, всегда участвовали в обсуждении реформ. Кроме того, мы создали центры RASA в Казани, Санкт-Петербурге, Томске. Они неплохо работают. В каждый центр входят лаборатории членов нашей ассоциации.

В этих точках роста студенты и научные сотрудники имеют возможность работать с профессорами из ведущих университетов мира. Это могут быть и краткосрочные поездки — командировки, и стажировки в лабораториях на Западе, где ученые получают новые знания и контакты.

Как правило, для создания центра подписывается договор между RASA и соответствующим университетом. Финансирование выделяется либо в рамках программы «5−100», либо сам университет находит дополнительные источники. Важная вещь: в каждой лаборатории есть местный кадр, как правило молодой активный ученый, которого назначают заместителем директора лаборатории, и он растет до уровня завлаба. Он получает опыт работы и руководства и в России, и за рубежом. Профессор — «понаехавший», а его заместитель — местный. Мне кажется, это почти идеальный механизм роста молодых завлабов.

Сейчас, в связи со сменой министерства, динамика некоторых программ потерялась. Последние несколько лет я почти каждые полгода езжу в Москву, чтобы знакомиться с новыми людьми в министерстве. Это не совсем нормальная ситуация. Хотелось бы стабильности. В ассоциации есть костяк активных ученых, которые нацелены на развитие науки в России. Нужна государственная программа по работе российских ученых на мировом научном рынке, в ведущих университетах и лабораториях мира. Только преуспевшие в мировом научном сообществе российские ученые должны занимать лидерские позиции в России. RASA готова помочь росту ученых из России в мировом научном пространстве, но для успеха такой программы нужны механизмы возврата в Россию успешных ученых.

Егор Задереев

Вопрос о том, как будут совместно работать Российская академия наук и Министерство науки и высшего образования, ставшее учредителем академических институтов, волновал ученых с начала пертурбаций во властных структурах. И вот недавно на сайте regulation.gov.ru появился проект постановления правительства о Правилах взаимодействия Минобрнауки и РАН при реализации возложенных на них полномочий. 

Хотя по целому ряду вопросов определены лишь общие принципы сотрудничества с указанием, что детали будут прописаны в специальных регламентах, документ многое проясняет. Например, достаточно детально раскрывается содержание термина “научное и научно-методическое руководство РАН”. В него входят согласование планов фундаментальных и поисковых исследований (в рамках Программы фундаментальных научных исследований РФ) для формирования государственных заданий; подготовка предложений в отношении самих госзаданий; экспертиза отчетов о проведенных исследованиях и полученных результатах; согласование программ развития организаций; мониторинг и оценка результатов их деятельности; выработка рекомендаций по развитию материальной и социальной базы науки. 

В отношении научных организаций, ранее подведомственных ФАНО, Академия наук будет наряду с научным и научно-методическим руководством согласовывать решения о реорганизации и ликвидации, а также рассматривать вопросы о внесении изменений в уставы в части научной и научно-технической деятельности. Президиум РАН, в свою очередь, уполномочен согласовывать кандидатуры директоров академических научных организаций, научных руководителей и руководителей научных направлений, а президент РАН - решения о прекращении полномочий руководителей институтов и назначении исполняющих обязанности директоров на период до избрания новых.

Кроме того, в Правилах обозначены направления сотрудничества Минобрнауки и РАН “по обеспечению условий проведения и координации научных исследований в области естественных, технических, медицинских, сельскохозяйственных, общественных и гуманитарных наук”, проводимых в научных организациях, находящихся в ведении министерства.

Планируется, в частности, общими усилиями развивать кадровый потенциал этих структур, участвовать в международном научном сотрудничестве, готовить предложения по вопросам развития законодательства в профильной сфере. 

Отдельный раздел правил посвящен формам координации деятельности сторон. Они достаточно стандартны: обмен информацией, образование координационных и совещательных органов и рабочих групп, участие в мероприятиях, проводимых партнером, организация взаимодействия территориальных органов министерства и региональных отделений академии, принятие регламентов и заключение соглашений.

Расписан и порядок проведения согласительных процедур. Если в ходе этих действий стороны не смогут прийти к общему мнению, к рассмотрению разногласий подключится заместитель председателя Правительства РФ, координирующий государственную политику в сфере науки. 

- Проект Правил взаимодействия, который Академия наук разрабатывала вместе с министерством, находится в стадии доработки, - сообщил “Поиску” вице-президент РАН Алексей ХОХЛОВ. - Возможно, что в итоге число упоминаемых регламентов сократится, так как детали взаимодействия по ряду вопросов, которые ранее планировались вынести в отдельные документы, теперь предполагается прописать непосредственно в Правилах.

А.Хохлов подчеркнул, что после принятия поправок в закон о РАН академия должна заниматься научным и научно-методическим руководством организациями разной ведомственной принадлежности, которые проводят фундаментальные и поисковые исследования. Поэтому в перспективе РАН будет заключать аналогичные соглашения с Мин-здравом, Минсельхозом и другими министерствами, имеющими подведомственные НИИ и вузы. 

При подготовке всех этих документов в полной мере используется опыт, который академия наработала в последние годы совместно с ФАНО.

- Алексей Ремович, есть мнение, что принятие этих Правил - серьезная победа академии, которая основательно увеличила свой “политический вес”. Вы с этим согласны?

- Правила - всего лишь нормативный акт во исполнение скорректированного поправками закона о РАН. А вот сами эти поправки, существенно расширившие сферу компетенций академии, - действительно серьезная победа. Научное и научно-методическое руководство всеми научными институтами и вузами вне зависимости от ведомственной принадлежности - очень важная функция. Что же касается академических институтов, к этому добавляются право РАН согласовывать решения о реорганизации и ликвидации НИИ, а также новое положение об освобождении от должности директоров и назначении исполняющих обязанности (только по согласованию с президентом РАН). 

В том, что этого удалось добиться, большая заслуга Александра Михайловича Сергеева, который с самого начала лично занимался всеми проблемами, связанными с совершенствованием законодательства, встречался по этому поводу с Президентом РФ. Первый этап этой работы завершен, сейчас мы приступаем ко второму - подготовке нового закона о РАН как государственной академии. При этом благодаря внесенным в существующий закон поправкам мы уже сегодня можем решать многие вопросы научной политики, в том числе жизненно важные для академических институтов.

- В каком состоянии находятся регламенты по направлениям взаимодействия?

- Регламенты готовятся. Они должны быть приняты в течение трех месяцев со дня утверждения Правил. 

- Рост числа организаций, находящихся под научным и научно-методическим руководством РАН, резко увеличит нагрузку на академию. Готова ли она к этому? 

- Странная постановка вопроса. Закон есть закон, его надо выполнять. 

- Обладает ли Академия наук ресурсами, необходимыми, например, для экспертной деятельности? К примеру, хватит ли у нее денег на оплату работы экспертов?

- Члены РАН получают от государства стипендию, и  не такую уж маленькую. В свою очередь, государство рассчитывает на то, что они будут выполнять экспертные функции. Кроме того, в этой работе нам очень сильно помогают профессора РАН, доктора наук, высокая квалификация которых подтверждена отделениями.

Что касается ресурсов, их не дают - их берут. Уверен, если мы не будем становиться в позу - “дайте денег и отойдите” - а наметим реальные проекты, которые позволят РАН реализовывать новые полномочия, то под эти задачи выделят дополнительные средства.

В частности, я считаю очень важным проектом цифровизацию всей экспертной работы Президиума РАН, в том числе оценки результатов НИР, анализа планов и отчетов НИИ и вузов. Академии необходимо создавать современные, удобные информационно-аналитические системы, более эффективные, чем провальная “Карта российской науки” или пресловутый “Парус”, который использовало ФАНО. 

- Согласно Правилам, за оценку результативности академических научных организаций отвечает РАН. Это ведь тоже определенное достижение? Ученые волновались, что эти функции передадут Рособрнадзору. 

- На права академии в этой сфере на самом деле никто и не покушался. Прописанная в положении о Рособрнадзоре формулировка не предполагала, что он будет присваивать институтам категории. Но беспокойство научной общественности можно понять: столько раз при столкновении с бюрократической машиной обжигались на молоке, что теперь дуем на воду. 

Подготовила Надежда Волчкова

Сегодня практически все ведущие страны мира реализуют проекты Smart City  («умных городов»). Эксперты ожидают, что к 2020 году их число составит несколько сотен, а в 2025 году эти города будут генерировать две трети мирового ВВП. А поскольку пока нет универсального рецепта строительства Smart City, то многие авторы таких проектов идут своим путем. В настоящее время можно выделить пять наиболее распространенных подходов или, иначе говоря, пять «дорог» в «умный город», которые подробно рассмотрели авторы монографии «Умный город XXI века», выпущенной этим летом издательством МГУ.

Первый подход можно обозначить как «Технократический». С подачи известного урбаниста Бойда Коэна эту модель называют Smart City 1.0. Ее охотно используют международные корпорации (IBM, Microsoft, Google и др.), вкладывая миллиарды в строительство новых городов на пустом месте.

В рамках этого подхода акцент делается на развитии интеллектуальных технологий в городской среде. А вот вопрос комфорта проживания в этом высокотехнологичном пространстве разработчиков первых проектов «умных городов» волновал не слишком. Проблему их заселения намеревались решить при помощи масштабных пиар-кампаний.

Но, вопреки ожиданиям, плоды рекламы оказались скромными: граждане не торопились заселять выстроенные сверкающие «умные города»… Практически построенный южнокорейский Сонгдо заселен лишь наполовину. Еще хуже ситуация в Масдаре (ОАЭ) – его создателям так и не удалось решить экологические проблемы и интегрировать город в экономику страны, в итоге проект заморожен, а число жителей арабского smart city минимально. Да и торжественно открытое в 2015 году «умное поселение» Иннополис в пригороде Казани пока заселено лишь на 5 % от первоначального проекта.

Причины таких результатов сегодня уже очевидны. Автоматическая система управления городскими коммуникациями в них практически лишена обратной связи с потребителями и плохо справляется с нестандартными ситуациями, которые ежедневно сотнями возникают в любом крупном человеческом поселении.

Оказалось, что для нормальной жизни в таком городе гражданам надо постоянно приобретать новые гаджеты и программное обеспечение. Иначе даже пользование общественным транспортом и оплата коммунальных расходов становится проблемой.

А конструктивистская архитектура этих городов действует на многих угнетающе. Эти и другие на первый взгляд неочевидные «шероховатости» и отпугивают потенциальное население технократических smart city.

Ответом на эту проблему стало возникновение другого подхода – «Управленческого» (или Smart City 2.0.). В его основе лежит концепция «умного города» как живого организма, в котором гармонично сочетаются интеллект и функциональность, разум и сила. А реализовываться он стал на основе развития традиционных городов с устоявшимися культурными традициями, что снимало часть проблем психологического и социального характера. Ключевыми факторами для разработчиков  стали не количественные показатели, а адаптивность и гибкость работы городских систем.

Одним из лидеров этого направления стал главный архитектор Барселоны Хосе Асебильо. Он утверждает, что «умный город» не должен активно расти вширь, поскольку это чересчур затратное занятие. И уж тем более ни к чему строить города «с нуля». Вместо этого надо сосредоточиться на реализации малых проектов внутри существующих городских границ. Причем речь идет не о раздражающей жителей наших городов «точеной застройке», а именно о формировании нового облика города. В той же Барселоне на сегодня реализовано свыше ста таких малых проектов, которые увеличили эффективность работы городского хозяйства при отсутствии разрастания вширь.

Однако и эта модель оказалась довольно затратной. Той же Барселоне теперь предстоит потратить миллиарды евро, чтобы связать эти малые проекты единой транспортной системой. В результате, основные вложения опять приходятся на развитие технологий и инфраструктуры, а не на повышение комфорта жизни горожан. Хотя несколько шагов в последнем направлении сторонники этого подхода и сделали.

В частности, больше внимания уделяется развитию систем обратной связи населения с властями и формированию общественного пространства (рынков, парков, мест проведения праздников и прочее).

В целом, этот подход стал популярным в развитии европейских городов, но высокая стоимость проектов и, как следствие, их недоступность для широких слоев населения породили новые споры среди урбанистов. Споры, которые породили третий подход – «Антропоцентричный» (или Smart City 3.0.). Его сторонники исходят из того, что в современном мире люди меняются быстрее, чем города, поэтому в городском развитии надо ориентироваться  на их развивающиеся интересы, работу и досуг. В таком городе во главе угла стоит творчество его жителей, которое должно порождать все новые и новые идеи совершенствования городской среды.

Интересным примером реализации этой  стратегии является Вена. Слоган проекта программы, запущенной ее властями в 2014 году гласит: «Вена – город для жизни». И это не пустые слова: в прошлом году международное консалтинговое агентство Mercer в очередной раз отдало Вене первое место в своем рейтинге по качеству и уровню жизни.

Еще одна важная черта венской стратегии заключается в ее долгосрочности, она рассчитана до 2050 года. А это, в свою очередь, заметно повышает инвестиционную привлекательность города для бизнеса. Равно как и курс властей на развитие механизмов государственно-частного партнерства.

Руководство города грамотно использует имеющиеся в их распоряжении преимущества. К примеру, Вена – крупнейший университетский город в немецкоязычном пространстве и как магнит притягивает к себе креативную молодежь. Здесь им создают возможности для самореализации, в том числе, в сфере развития городских технологий. В результате, в другом рейтинге – популярных стартап-городов мира – Вена занимает шестое место в мире.

Обратной стороной медали этого подхода является его излишняя декларативность, в той же Вене большая часть заявленных целей и параметров существует пока лишь в документации авторов проектов. Тем не менее, опыт Вены сегодня активно изучается другими странами (в частности, Белоруссия активно перенимает его в запуске проекта СимбиоСити на территории Бреста). А вот Москва и Санкт-Петербург отдают предпочтение подходу Smart City 2.0., что делает проекты модернизации уязвимыми на фоне продолжающегося в стране социально-экономического кризиса.

Своим путем идут в Юго-Восточной Азии. В 2014 году премьер-министр Сингапура Ли Сяньлун запустил масштабную программу Smart Nation («Умная нация»), которая стала новым шагом на пути развития концепции «умного города».

Реализация такого подхода облегчается тем фактом, что Сингапур является городом-государством, и «умная нация» прекрасно размещается в границах этого мегаполиса, давно ставшего на путь развития концепции smart city. Теперь же он выходит на качественно новый уровень: не просто развивать новые технологии, а строить «умное сообщество», творчески использующее смарт-технологии практически во всех сферах своей жизни. Как говорится в манифесте сингапурских властей, «Граждане, а не технологии находятся в центре нашего видения "умной нации"».

В нем же сформированы ключевые задачи, которые надо решить на этом пути. Во-первых, объединить все институты общества (правительство, бизнес, университеты и науку) в процесс совместной разработки инновационных решений развития города. Во-вторых, сформировать предпринимательскую культуру, в которой поощряются стартапы и эксперименты. В числе других задач – принципиальная модернизация транспортной инфраструктуры, ведение застройки по стандартам энергоэффективных и экологичных «умных домов» и т.п.

Важной особенностью проекта является его доступность для жителей: он не только выложен на правительственных интернет-ресурсах, но и доступен в виде популярного среди сингапурцев приложения для смартфонов. Это позволяет им чувствовать себя вовлеченными в процесс и повышает уровень его поддержки со стороны населения.

Еще один подход впервые был озвучен в прошлом году руководством японской национальной корпорации Mitsubishi Electric. Они обозначили его как Super Smart Society (или Society 5.0.).

Как подчеркивает генеральный менеджер корпорации Норицуту Уэмура, речь идет о большем, чем очередное «хай-тэк поселение», японцы замахнулись на создание нового социально-экономического уклада – отсюда и название.

Одна из причин появления этого проекта – проблема старения населения, которая стоит перед Страной восходящего солнца экономикой очень остро (большинству населения перевалило за полвека, и эта ситуация только обостряется). Решать ее японцы намерены с помощью «цифровой экономики», для ее строительства даже создано специальное ведомство – Национальный институт продвижения «цифровой экономики» и «цифрового общества». Главная цель последнего – развитие наук и технологий на благо каждого человека. Это позволяет экспертам говорить о том, что Society 5.0. есть очередной этап развития Четвертой промышленной революции.

Идеологи Society 5.0. утверждают, что для развития «цифрой экономики» надо преодолеть т.н. «пять стен»:

1) стена министерств и ведомств (чтобы идти вперед, нужны четкая национальная стратегия и поддержка инициатив государством вплоть до создания новых органов власти);

2) стена законодательной системы (разрабатывать и принимать новые нормы, снимающие барьеры для использования инновационных технологий);

3) стена технологии (формирование механизмов, позволяющих каждому пользоваться преимуществами «цифровой технологии», таких как «конструктор сайтов», позволяющий создать свой интернет-ресурс, не владея языками программирования);

4) стена человеческих ресурсов (людей надо обучать жизни и работе в условиях «цифровой экономики»);

5) стена общества (преодоление общественных стереотипов и фобий, связанных с технологическим прогрессом).

Преодоление этих «стен», по мнению японцев, – залог развития не только их страны, но и всего человечества. Как заявил их премьер-министр Синдзо Абэ, «нынешняя эра – эра всеобщего подключения: Интернет вещей, технологии служат обществу, и так появляется новая модель его функционирования, то, что мы называем пятым обществом».

И японские «умные города» Фуджисава и Цунасима в рамках данного подхода – уже не «вещь в себе», а органичная часть гораздо большей концепции мироустройства будущего. Возможно, именно в таком статусе их развитие будет наиболее эффективно. Однако и у японского подхода есть свои критики, указывающие на его слабые стороны (ведь, как известно, идеальных решений не бывает). В данном случае, говорят они, сосредоточившись на «цифре» и повседневном комфорте обитателей, создатели первых японских smart city, построили «технологические муравейники», где почти нет места красоте и даже зелени осталось немного. В условиях острого дефицита ресурсов, свойственного японской экономике, это, возможно, и верное решение, но в качестве общемировой модели оно остается спорным. А значит, поиск лучшей дороги в «умный город» продолжается.

Наталья Тимакова

Для увеличения емкости современных магнитных носителей информации необходимо преодолеть фундаментальное ограничение на минимальный размер магнитной ячейки памяти. Один из вариантов решения данной проблемы – использование мономолекулярных магнитов. В будущем они могут обеспечить сверхвысокую плотность записи информации на носители, а также стать структурными блоками квантовых компьютеров. Над исследованиями магнитов размером с молекулу работают ученые Международного томографического центра СО РАН (МТЦ СО РАН) при помощи Лазера на свободных электронах (ЛСЭ) СЦСТИ Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Результаты опубликованы в Journal of Magnetic Resonance.

Глобальная цель проекта МТЦ и ИЯФ СО РАН – научиться манипулировать намагниченностью мономолекулярного магнита с помощью коротких импульсов излучения ЛСЭ на рабочих станциях ЭПР-спектроскопии и СКВИД-магнетометрии. Специально под этот проект физики ИЯФ СО РАН разработали электронный модулятор мощности ЛСЭ, позволяющий формировать микросекундные импульсы терагерцового излучения.

Старший научный сотрудник лаборатории магнитного резонанса МТЦ СО РАН, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель НГУ Сергей Вебер:

«На данный момент мы говорим о фундаментальных исследованиях, но практические приложения, такие как создание ячеек сверхъемких носителей информации и кубитов, вполне вероятны в недалеком будущем.

Для прикладного использования мономолекулярных магнитов необходимо научиться контролируемо индуцировать в них спиновые переходы – “перемагничивать” молекулы – это и есть основная задача наших экспериментов, которые мы проводим с помощью терагерцового излучения.

Получаемые данные уникальны и могут лечь в основу прикладных методик манипулирования спиновым состоянием мономолекулярных магнитов, а также позволят улучшить параметры существующих мономолекулярных магнитных систем».

Одна из проблем, которая стояла перед учеными МТЦ СО РАН, была связана с ограничением времени воздействия мощного лазерного излучения на объект. В первых экспериментах макроимпульсы терагерцового излучения формировались механически. Удалось успешно сформировать импульсы длительностью ~300 микросекунд, но мощность лазера все равно приходилось уменьшать, чтобы не перегревать образец. Тогда специально для этого эксперимента физики ИЯФ СО РАН разработали электронный модулятор мощности ЛСЭ. Весной 2018 г. экспериментально были получены импульсы порядка 50 микросекунд.

Ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Олег Шевченко:

«Чтобы избежать сильного нагрева исследуемых образцов, необходимо уменьшить среднюю мощность излучения, но при этом сохранить пиковую. Для решения данной задачи нами был предложен метод электронной модуляции терагерцового излучения, который позволяет относительно быстро выключать генерацию ЛСЭ, сохраняя при этом средний ток электронного пучка, что важно для устойчивой работы ускорителя.  Для других пользователей ЛСЭ большее значение имеет не величина средней мощности, а ее стабильность – новый метод позволяет плавно изменять среднюю мощность за счет изменения скважности макроимпульсов. Важно и то, что управлять работой модулятора пользователи смогут самостоятельно со своих рабочих станций».

Электронный модулятор мощности ЛСЭ откроет новые возможности для проведения экспериментов, так как позволит работать на пиковых мощностях без термического воздействия на объекты, а передача контроля за излучением конечному пользователю упростит и сам ход экспериментов.

Алла Сковородина

Более трехсот докладов, распределенных по восьми секциям, порядка 150 иностранных участников – таков масштаб стартовавшей 20 августа 11-й Международной конференции по биоинформатике регуляции и структуры геномов и системной биологии (Bioinformatics of Genome Regulation and Structure\Systems Biology — BGRS\SB-2018), организованной при непосредственном участии ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Новосибирского государственного университета. Открытие конференции состоялось в Большом зале Дома ученых Академгородка. Работа основных секций будет продолжена в новом корпусе НГУ и продлится до 25 августа. Кроме того, в рамках конференции состоится несколько научных мероприятий, в том числе: Второй Международный симпозиум «Системная биология и биомедицина-2018» и 10-я Международная школа молодых ученых «Системная биология и биоинформатика».

Открывая конференцию, председатель СО РАН академик Валентин Пармон отметил, что за двадцать лет данное мероприятие приняло поистине международное значение. При этом, подчеркнул ученый, далеко не случаен тот факт, что именно Новосибирский научный центр стал тем местом, где эта конференция зародилась. Дело в том, что в далекие 1960-е генетика как наука не поддерживалась руководством страны, но несмотря ни на что, как раз здесь, в Академгородке, был создан Институт цитологии и генетики.

Другое важное обстоятельство, на которое обратил внимание Валентин Пармон, связано с тем, что сам Академгородок является уникальным местом с точки зрения мультидисциплинарности представленных здесь наук.

По этой причине интеграционные процессы, объединившие в наши дни биологов, медиков, математиков и программистов, лежат в основе исследовательских традиций Новосибирского научного центра, где творческие контакты между представителями различных дисциплин были изначально в порядке вещей. «Очень много институтов СО РАН связаны и с информатикой, и с генетикой, и с медициной и с агронаукой. И сейчас они в комплексе очень хорошо попадают «под зонтик» понятия биоинформатики. Мы прекрасно понимаем важность этой науки, которая очень интенсивно развивается в последние десятилетия. От нее ожидается огромный вклад в нашу жизнь», – указал Валентин Пармон.

Ректор НГУ Михаил Федорук напомнил, что само это направление – математическая биология – зародилось в Академгородке под руководством выдающегося советского математика и одного из основоположников кибернетики Алексея Ляпунова. «И очень приятно, что за шестьдесят лет эта работа продолжается и ведется она на передовом мировом уровне. При этом в нашем университете – совместно с институтами СО РАН – осуществляется подготовка кадров, в том числе – по биоинформатике», – заметил Михаил Федорук.

По словам директора ИЦиГ СО РАН Алексея Кочетова, информатика и системная биология, представленные на конференции, являются своего рода способами объединения разных научных дисциплин. По большому счету, речь идет об использовании методов математики для правильного анализа больших данных, которые в настоящее время являются основой многих наук и условием их дальнейшего развития.

«Для нашего института эта конференция очень важна, и мы очень рады, что она получается у нас хорошо», – сказал Андрей Кочетов.

Методологическое значение биоинформатики и системной биологии подробно разъяснил научный руководитель ИЦиГ СО РАН академик Николай Колчанов. По словам ученого, системная биология и информатика формируют концептуальную и методическую платформу для междисциплинарных интеграционных взаимодействий большого количества наук. Сюда входят и биология, и сельскохозяйственные науки, биотехнология, медицина, физика, химия и, конечно же, математика и информатика. «Именно в рамках этих взаимодействий биоинформатика и системная биология становятся точными науками и дают не только возможность анализа больших генетических данных, но также помогают планированию новых экспериментов, что особенно важно для практической реализации полученных знаний через инженерию живых систем», – пояснил Николай Колчанов. Именно эта концепция, отметил он, отражена в самой структуре проходящей мультиконференции.

Пресс-служба ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»

Наблюдения за так называемым внегалактическим фоновым излучением помогли российским астрофизикам выяснить, как долго живут самые крупные "звездные ясли" в пределах Млечного Пути. Их выводы были представлены в журнале MNRAS.

"Мы давно знаем, что  основная доля ультрафиолетового излучения производится звездами, а инфракрасное излучение и молодые звезды рождаются в гигантских молекулярных облаках из частичек пыли. Тем не менее,  оставалось неясно, какие параметры эволюции звезд и облаков существенны для фонового изучения, а какие – нет", — объясняет Григорий Рубцов из Института ядерных исследований РАН в Москве, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.

Внегалактическое фоновое излучение (extragalactic background light — EBL) — это оставшееся со времен эпохи формирования первых звезд ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. В отличие от космического микроволнового фона, оставшегося после Большого взрыва, этот вид электромагнитных волн обнаружить чрезвычайно трудно — его "забивает" мощное излучение современных звезд и галактик.

Однако "увидеть" внегалактическое излучение очень важно для астрономов, поскольку это позволит заглянуть в древнейшую историю Вселенной.

Ученые полагают, что фоновое излучение возникло в эпоху от 300 тысяч до миллиарда лет после Большого взрыва, во время так называемой "эпохи реионизации". В это время Вселенная еще раз стала прозрачной благодаря тому, что ее нейтральные атомы Вселенной превратились в ионы под действием света первых звезд.

Рубцов и его коллега Александр Корочкин приблизились к раскрытию тайн первых звезд Вселенной, пытаясь понять, как современные  гигантские молекулярные облака, крупнейшие "звездные ясли" Млечного Пути и других галактик, могут вносить помехи в внегалактическое фоновое излучение.

Российские астрофизики обратили внимание на то, что "эхо" света первых звезд будет немного, но отличаться по своему устройству и спектру от того свечения, которое вырабатывают крупнейшие облака пыли и газа в Млечном Пути и в других галактиках. В частности, последние будут вырабатывать большую часть света в инфракрасном диапазоне, тогда как внегалактическое фоновое излучение будет больше выражено в ультрафиолетовой и видимой части спектра.

Соответственно, зная массу этих облаков и скорость образования звезд, можно точно вычислить силу EBL, и наоборот – зная примерную силу свечения первых звезд Вселенной, можно узнать то, как устроены и как работают крупнейшие "звездные ясли" Галактики и ее соседей. Проблема заключается в том, что ни тот, ни другой параметр пока невозможно точно вычислить.

Корочкин и Рубцов приблизились к решению этой проблемы, создав компьютерную модель Млечного Пути, которая учитывает различия в характере свечения гигантских молекулярных облаков и первых звезд Вселенной. Случайно меняя их свойства, ученые пытались сделать виртуальную копию нашей Галактики наиболее похожей на то, как она выглядит на самом деле, что позволило им раскрыть некоторые черты ее крупнейших звездных "роддомов".

Как оказалось, типичное гигантское молекулярное облако живет около 6 миллионов лет и имеет радиус около 20 световых лет. Это заметно меньше размеров крупнейших "звездных яслей" окрестной Вселенной — облаков Ориона в Млечном Пути и туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке, чья длина составляет сотни световых лет.

Подобные облака, как показывают расчеты ученых, начали появляться во Вселенной не позже, чем через 1,5 миллиарда лет после Большого Взрыва, что соответствует общепринятым теориям об эволюции галактик. В противном случае, как заключает Корочкин, мироздание просто не успело бы накопить нужное количество звезд для того, чтобы все галактики выглядели сегодня так, какими мы их видим на ночном небе.

Мы продолжаем вспоминать вместе с вами научные достижения 1918 года и оценивать их с позиций дня сегодняшнего. В прошлый раз мы говорили о физике, а в этот раз предлагаем небольшой экскурс в историю математики.

Как известно, Нобель по своим причинам оставил математиков «за бортом» своей знаменитой премии. Но это совсем не значит, что история этой науки в ХХ веке не имела выдающихся результатов. И один из них был получен как раз в 1918 году. Этому результату не так давно посвятил свою лекцию известный физик и науковед Алексей Левин.

Произошло это в Гёттингенском университете, который стараниями работавших там профессоров Феликса Клейна и Давида Гильберта в начале прошлого века превратился в своего рода «математическую мекку». Причем, даже сражения Первой мировой войны не сумели помешать этому.

Ситуация для математиков, на самом деле, вполне естественная – катаклизмы окружающего мира не имеют для них значения в сравнении с научными задачами. Известный российский математик Дмитрий Меньшов, к примеру, делился со студентами своими воспоминаниями о молодости: «А в 1917 году произошло событие, перевернувшее нашу жизнь [речь шла о членах Московского математического общества], мы занялись теорией функциональных тригонометрических рядов». Это было для него главным событием того года. Равно как и его коллеги в Германии больше внимания обращали на свою работу, чем на сводки с фронтов. Несмотря на то, что привычный мир довоенной Европы рушился на глазах.

В июльские дни 1918 года внештатная сотрудница математического отделения философского факультета Эмми Нётер представила его преподавателям (в числе которых – уже упоминавшиеся Гильберт и Клейн) свою работу, позже названную теоремой Нётер. Эмми приехала в Гёттинген в 1916 году, а до того на протяжении семи лет работала в математическом институте Университета Эрлангена (где читал лекции ее отец – математик Макс Нётер). Работала бесплатно, поскольку в то время для женщины было практически невозможно занять академическую должность. К слову, попытки Гильберта сделать Нётер приват-доцентом Гёттингенского университета тоже провалились из-за сопротивления профессуры. И потому в 1918 году дальнейшее представление ее работы взял на себя профессор Феликс Клейн.

В Гёттингене Нётер изначально занималась теорией непрерывных групп. Но вскоре Гильберт поручил ей работу над совсем другой темой. Ранее он немало времени посвятил изучению работ Эйнштейна, которые еще только оформлялись в знаменитую теорию относительности. И даже сумел доказать ее своим, отличным от эйнштейновского, способом. А попутно пришел к выводу, что в общей теории относительности незыблемость закона сохранения энергии оказывается под вопросом.

– Это тот самый принцип эквивалентности Эйнштейна, – подчеркнул Левин. – Если наблюдатель падает в гравитационном поле с тем ускорением, которое создает в этой точке поле, то он будет чувствовать себя в невесомости, а не действие гравитации.

Возникает вопрос: если в любой точке гравитацию можно «обнулить», то как говорить о сохранении энергии гравитационного поля. К поискам ответа на этот вопрос Гильберт и подключил Эмми Нётер, поскольку понимал, что для решения этой задачи надо работать с некими инвариантами (а Нётер несколько лет занималась работой именно в схожем направлении).

Она взялась за эту работу и уже через несколько месяцев получила впечатляющий результат, смысл которого в то время понимала, пожалуй, только она и еще два-три коллеги по Гёттингенскому университету.

Он был оформлен в виде теоремы, которую она и представила в своем докладе в июле 1918 года. Эта теорема связала закон сохранения с каждой дифференцируемой симметрией физической системы. Американские физики Леон М. Ледерман и Кристофер Т. Хилл написали в своей книге «Симметрия и прекрасная Вселенная» о том, что теорема Нётер является «безусловно, одной из самых важных математических теорем, используемых в современной физике, возможно, она находится на одном уровне с теоремой Пифагора».

– Это был абсолютно фундаментальный результат, который показал, что законы сохранения ключевых физических величин связаны с симметриями и вытекают из симметрии, – вторит им в своей оценке Алексей Левин.

Второй результат теоремы заключается в математическом доказательстве того, что в рамках теории общей относительности в классическом виде не работают. И если можно говорить о сохранении энергии, то только в каком-то необычном смысле слова.

Хотя результаты Нётер и были понятны в то время единицам (Эйнштейн, к слову, оценил возможности ее теоремы), постепенно она завоевывала себе «место под солнцем» в мужском мире немецкой математики. В 1919 году Гильберт добился-таки для нее должности приват-доцента. А три года спустя Нётер получила письмо от прусского министра науки, искусства и народного образования, в котором говорилось о присвоении ей титула профессора с ограниченными внутренними административными правами и функциями.

К тому времени, Нётер уже переключилась на другую задачу, с которой ее имя и связывают в первую очередь. Известный американский математик Натан Джекобсон по этому поводу писал:

«Развитие общей алгебры, которая стала одним из самых примечательных новшеств математики двадцатого века, в значительной степени заслуга Нётер – её опубликованных статей, её лекций, её личного влияния на современников».

Единственным ее вкладом в физику так и осталась эта работа и сформулированная теорема. Но зато физики, начиная с 1950-х годов, регулярно опираются на эту теорему в своих исследованиях. Особенно те, что занимались разработкой квантовых теорий поля. Что интересно, в прошлый раз, когда мы говорили про достижения собственно физиков, то вспоминали Нобелевскую премию Планка как раз за создание квантовой теории как таковой.

– Физики осознали, что с помощью теоремы Нётер можно разбираться в очень тонких математических аспектах практически любых полевых теорий, – заключил лектор.

И все это благодаря тому, что у нее был чрезвычайно общий подход к решению поставленной Гильбертом задачи. А вообще, сама эта история служит хорошей иллюстрацией роли, которую играет математика для естествознания. Остается лишь пожалеть, что Альфред Нобель почему-то отказался эту роль признавать.

Наталья Тимакова