По моему глубокому убеждению, настоящий технический прогресс – это когда минимальными затратами добиваются максимальных результатов. Не путем каких-то запредельно сложных и дорогостоящих технических устройств, а путем очень вдумчивого использования знаний. Можно сказать, с помощью несложных хитростей. Как показывает исторический опыт, поступательному развитию способствуют как раз те решения, которые предельно оптимизируют наши расходы.

К домостроению, а точнее, к организации жизни в собственном доме, сказанное относится в первую очередь. В Сибири издержки на отопление жилья значатся на первом месте. Поэтому, когда мы говорим о том, каким должен быть дом будущего для сибиряков, экономия на топливе неизменно выходит на первый план. И вот тут-то и возникает самое настоящее «технологическое распутье». Как экономить на топливе в наших условиях лучше всего? Какие решения окажутся, в конечном итоге, прогрессивными (а значит – жизнеспособными), а какие - хороши лишь для того, чтобы их демонстрировать на выставках.

К сожалению, я вынужден констатировать один печальный факт: несмотря на то, что за последние десять лет у нас со всех трибун вещают об энергоэффективности, это практически никак не отразилось на жизни владельцев индивидуальных домов. В том смысле, что люди продолжают строить и решать вопрос с отоплением так, будто упомянутая тема прошла мимо них стороной. Хотя при этом на выставках постоянно показывают соответствующее оборудование – тепловые насосы, теплообменники, солнечные коллекторы и тому подобное.

Однако, в силу того, что акцент здесь делается на самих технических устройствах, на заднем плане остаются базовые принципы, в целом определяющие грамотный подход к экономии ресурсов. Без этих принципов дорогостоящее оборудование будет идти лишь в «довесок» к жилищу, спроектированному без всякой мысли об эффективном использовании энергии. Иначе говоря, упомянутые базовые принципы должны лежать в основе проектирования жилья. Однако на практике они по сию пору игнорируются как проектировщиками, так и самими жильцами.

В Институте теплофизики СО РАН регулярно проводятся конференции, посвященные вопросам современного малоэтажного строительства. Именно там обсуждаются упомянутые базовые принципы, соблюдение которых способно вывести наше домостроение на новый уровень. Возьмем, к примеру, ориентацию жилища по сторонам света. Многие из нас не придают этому обстоятельству серьезного значения, а ведь на самом деле решение задачи надо начинать не с вопроса о том, какой «девайс» смонтировать в доме, а с того, как расположить этот дом на участке и как организовать всё поселение в целом. Почему это важно?

Как объясняют специалисты в области теплофизики, характер застройки (а равно и характер организации строений на отдельно взятом участке) может частично скорректировать исходные климатические показатели – как в сторону улучшения, так и в сторону ухудшения. Иначе говоря, если проектировщики проигнорируют базовые принципы, они могут спроектировать поселение так, что в нем будет холоднее, чем в открытом поле. Расчеты показали, что неграмотная хаотичная застройка способна увеличить скорость ветрового потока в полтора-два раза в сравнении с полевыми условиями. Тогда случится так, что зимой - при средней скорости ветра 10 м/с -  вы получите на уровне движения пешеходов ветер в 20 м/с.  Но, с другой стороны, при грамотном подходе скорость холодного ветра можно снизить до одного метра в секунду!

То есть, соблюдая некие элементарные правила, мы уже добиваемся повышения энергоэффективности, не прибегая ни к каким сложным устройствам. Для владельцев участков принципиальное значение имеет ориентация дома по солнцу и расположение надворных построек в соответствии с этим ориентиром. Согласно расчетам, благодаря использованию отраженного света можно вдвое повысить интенсивность инсоляционного прогрева у южных фасадов в зимний полдень. Фактически, за счет расположение построек, их формы и ориентации по сторонам света удается существенно улучшить микроклимат придомовой территории и, соответственно, внутреннего пространства. Такая планировка, естественно, должна охватывать все поселение в целом. Иначе говоря, необходимо за счет планировки отклонять ветер и полностью открывать застройку солнцу.

Как подчеркивают ученые, микроклимат двора прямо сказывается на микроклимате раскрытых во двор помещений. Чем лучше созданы внешние условия, тем выше эффект от внутренних работ. Опять же сошлемся на расчеты. Так, при аварийном отключении отопления в шлакоблочных домах температура воздуха в помещениях, обращенных на юг, в течение трех солнечных дней колебалась около отметки + 15 градусов Цельсия. Как указывают исследователи, этот эффект от солнечного прогрева обеспечивался идеальной ориентацией проемов, отсутствием затеняющих объектов в секторе раскрытия южных окон, а также массивными конструкциями самого дома. Фактически, южный фасад в зимнее время «работал» подобно солнечному коллектору. Надо ли говорить, что организация даже не очень сложных солнечных коллекторов при такой ориентации фасадов способна дать намного больший эффект.

Отметим, что еще в начале 1980-х недалеко от Новосибирска А. В. Чернышевым был построен экспериментальный дом, обогрев которого осуществлялся с помощью двух солнечных коллекторов, совмещенных с подземным грунтощебеночным тепловым аккумулятором. Это сооружение разрушило стереотипы о том, будто солнечная энергия может эффективно использоваться только в южных регионах страны. Как заметил по этому поводу сотрудник ИТ СО РАН Игорь Огородников, эксперты, проверявшие работу этой системы, по сантиметру «обшарили» все закоулки дома, пытаясь обнаружить какие-нибудь скрытые источники обогрева. Они не могли поверить, что в Сибири за счет солнца можно добиться такого эффекта.  В принципе, даже смонтировав солнечный коллектор на южном фасаде обычного дома, мы можем (как показывает опыт) сократить расход топлива минимум на 25 процентов. Такой эксперимент, кстати, был проведен в Кемеровской области в 2009 – 2010 годах. Хотя, как указывают специалисты, установка на зданиях традиционной архитектуры активных солнечных систем снижает их эффективность. Иными словами, «солнечные дома» необходимо проектировать специально, для чего, конечно же, стоило бы утвердить определенные нормативы и правила.  

На данный момент, учитывая несколько отстраненное участие государства от этой «солнечной темы», все изыскания в данном направлении ведутся благодаря творческому энтузиазму. В частности, специалисты ИТ СО РАН намерены продвигать эту тему среди жителей Ольхона, где сейчас проводится работа по защите Байкала от органических стоков. Мы уже писали о том, что воздушные солнечные коллекторы и солнечные концентраторы для нагрева воды были применены на нескольких турбазах Ольхона при строительстве биотуалетов. Этот опыт, по словам Игоря Огородникова, теперь решено расширить и применить к индивидуальным домам (напомню, что солнечных дней на острове очень много, чем просто грех не воспользоваться). Максимальный эффект (как было показано в экспериментальном доме Чернышева) дает соединение солнечного коллектора с массивным тепловым аккумулятором, расположенным в основании дома. В течение летнего периода, когда нет необходимости отапливать внутренние помещения, горячий воздух от коллектора прогоняется через грунт под домом. Соответственно, за сезон грунт хорошенько прогревается, и с наступлением холодов начинает отдавать тепло в дом.

Устройство тепловых аккумуляторов, подчеркивает Игорь Огородников, имеет принципиальное значение при повышении энергоэффективности сибирских домов. По сути, «запас» солнечного тепла на зиму должен стать такой же особенностью наших жилищ, как и запас обычного топлива. Причем, с технической точки зрения такая система особой сложности не представляет, и по силам любому «рукастому мужику». Главное, дать простым людям детально проработанные решения, а дальше процесс пойдет. И это – одна из важнейших задач, которую в силах решить наши ученые.

Олег Носков

Специалисты из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» исследуют проявления аутизма у мышей линии BTBR, привезенных из Лаборатории Джексона (США). Новосибирские биологи выяснили, что эти грызуны способны запоминать информацию, но обучаться не хотят.  

Мыши специально созданной линии BTBR используются во всем мире в качестве модельных объектов для исследования поведения, характерного для расстройств аутистического спектра (РАС). У них нет аутизма как такового, но имеются подобные ему проявления. В частности, у мышей нарушено социальное поведение: эти зверьки либо вообще не взаимодействуют друг с другом, либо интересуются собратьями гораздо слабее, чем здоровые особи. Кроме того, у них присутствуют характерные для РАС стереотипичные реакции: например, животные BTBR-линии закапывают все стеклянные шарики в опилки, в то время как обычные мыши успокаиваются после того, как закопают несколько из них. 

«Это одна из наиболее удачно воспроизводящихся моделей, — поясняет заведующий лабораторией нейрогеномики поведения ФИЦ ИЦиГ СО РАН доктор биологических наук Владимир Сергеевич Науменко. — Линию таких мышей мы закупили в США в виде замороженных эмбрионов. Здесь их разморозили и размножили. После этого грызуны сохранили все заданные качества: нарушение социального взаимодействия, стереотипичное поведение и так далее».

В ходе исследований ученые ФИЦ ИЦиГ СО РАН сделали новое наблюдение, которое не описано в литературе и касается пространственного обучения. Специалисты провели следующий тест: мышь не любит плавать, поэтому в бассейне с водой она должна была найти скрытую платформу и забраться туда. «В течение четырех дней зверек случайно находит платформу и запоминает ее местонахождение. На пятый платформу убирают, и животное, как предполагается, должно попытаться обнаружить ее на предыдущем месте. Мыши линии BTBR в ходе теста запоминали местонахождение платформы, но отказывались на нее влезать. То есть получается: с памятью у них всё в порядке, но они не обучаются. Такой парадоксальный результат», — рассказывает Владимир Науменко. 

Аутизм считается комплексным заболеванием, поэтому ученым сложно определить, какие именно воздействия могут изменить состояние этих грызунов. Биологи ФИЦ ИЦиГ СО РАН решили проверить, какую роль в развитии этой патологии играет серотониновый 5-НТ1А-рецептор.

Дело в том, что серотонин — один из основных нейромедиаторов, управляющих организмом. Он воздействует на 14 различных рецепторов, работа которых разным образом влияет на самые разнообразные виды поведения и функции организма. Конкретно 5-НТ1А-рецептор является ключевым регулятором активности серотониновой системы, а также играет существенную роль в механизмах депрессии и действия антидепрессантов. В мире проводится множество исследований, направленных на изучение и терапию депрессии, поэтому существуют разные фармакологические препараты, направленные на активацию или ингибирование 5-НТ1А-рецептора.

«С помощью фармсоединений мы выяснили: у мышей линии BTBR нарушена работа этого рецептора. Следовательно, у грызунов должны быть плохая память и проявления, подобные депрессии, но это не так. Однако при этом мы наблюдаем отсутствие социального взаимодействия», — подчеркивает Владимир Науменко. В дальнейшем специалисты планируют увеличить количество 5-НТ1А-рецептора в одной из структур мозга мышей, выбранной по результатам молекулярного анализа, и посмотреть, как это повлияет на социальное и стереотипное поведение. Биологи предполагают, что у людей может быть задействован тот же механизм, однако, чтобы выяснить это, нужны дополнительные исследования.

В апреле этого года ученый получил президентский грант на проведение работы «Комплексное исследование роли серотониновых 5-НТ1А-рецепторов мозга в механизмах аутизма». Итоговая задача этого проекта — попытаться найти возможные способы коррекции нарушения социального поведения мышей линии BTBR. 

Подготовила Вероника Болонева

В Новосибирске завершила работу работу 5-ая Международная научная конференция "Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений" (PlantGen2019). Как и в 2010-2015 гг. главным ее организатором выступил ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», со-организатором - Новосибирский государственный университет.

За прошедшие годы PlantGen заслуженно вошла в топ-10 мировых научных конференций, посвященных одновременно генетике и селекции растений. Подтверждает это и постоянное расширение численности и «географии» ее участников. В этом году в ее работе приняло участие около трехсот ученых из девятнадцати стран. Как признают они сами, такой результат – заслуга оргкомитета конференции.

В 2010 году, когда в Новосибирске проходил первый PlantGen, подавляющее большинство докладов было посвящено пшенице. Это обуславливалось результатами, полученными сотрудниками ФИЦ ИЦиГ в данном направлении и вхождением института в крупный международный консорциум по секвенированию генома этой крайне важной для человечества зерновой культуры.

Спустя десятилетие, программа конференции существенно расширилась. Сейчас на ней звучат доклады, посвященные самым разным сельскохозяйственным культурам, функциональному питанию, проектам в области биоинформатики и биотехнологии. Дважды конференция проходила не в Новосибирске, что также позволило вовлечь в ее работу много новых докладчиков, которые теперь стали постоянными участниками PlantGen. Вся эта работа значительно увеличивает нагрузку на организаторов, но результат того стоит.

– В этом году и наши, и иностранные участники отмечали заметный рост представительности конференции, ее интересную научную программу и подтверждали желание сотрудничать с нами в дальнейшем, - рассказала председатель оргкомитета PlantGen2019, д.б.н. Елена Салина.

По итогам конференции оргкомитет намеревался отметить дипломами десять лучших докладов молодых ученых, но в ходе их выступлений стало очевидно, что это число недостаточно, и оргкомитет принял решение увеличить число дипломов до пятнадцати. Причем, как отмечают организаторы, темы этих докладов не сосредоточены на какой-то одной, наиболее популярной теме, а охватывают все основные тренды развития науки в данном направлении.

Помимо докладов, важной частью работы на конференции является неформальное общение ее участников, которое зачастую выливается в совместные исследовательские проекты. Не стал исключением и PlantGen, по итогам которого был достигнут ряд важных договоренностей между представителями ИЦиГ и других научных центров. С высокой долей вероятности некоторые результаты этих соглашений будут представлены в ближайшие годы.

Следующий PlantGen также пройдет в Новосибирске в 2021 году, причем, организаторы намерены совместить его с другим престижным международным мероприятием «International Triticeae Symposium», площадкой которой на этот раз рассматривается ФИЦ ИЦиГ СО РАН. А значит, наших генетиков и селекционеров ждут новые интересные доклады и предложения совместной работы.

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

Из множества критериев успешности современных университетов эксперты выводят интегральный – готовность к трансформации в интенсивно меняющемся мире. Одним из инструментов перемен стало онлайн-образование, бурный рост которого бросает вызов традиционным университетам.  

Понадобятся ли они в обозримом будущем, когда любые лекции и практикумы станут доступны в Интернете? Участники сессии «Российское образование. Глобальная конкурентоспособность и экспортный потенциал» Петербургского международного экономического форума обсудили и такую альтернативу, заключив, что онлайн-программы не заменят традиционное образование. По крайней мере, пока.

Министр науки и высшего образования РФ Михаил Котюков очертил границы образовательного рынка. В мире примерно 20 тысяч университетов, из них в публичных рейтингах представлены около полутора тысяч. России есть чем гордиться: 48 наших университетов присутствуют в первой тысяче, ряд образовательных программ входят в первую «двадцатку», что, безусловно, служит внешней независимой оценкой их качества. А если мы способны предложить глобальному рынку качественную услугу, значит, работаем в целом неплохо.

Конкурировать на международной образовательной арене можно по-разному. Принимать на обучение иностранных студентов. Экспортировать образование онлайн. Поставлять отечественных молодых специалистов для экономик других стран (пресловутую утечку умов никто не отменял). Гораздо сложнее убедить иностранных выпускников остаться работать в стране, где они получили образование.

Пример отношения к иностранным студентам подает Китай – «самое выбираемое для обучения азиатское государство» – этой формулировкой блеснул председатель Китайской ассоциации по международному обмену в области образования Лю Лиминь. Так, в прошлом году 63 тысячи из 492 тысяч иностранных студентов, обучающихся в Китае, получили гранты от правительства страны. Вероятно, впечатленные этой заботой 90% из них хотят подготовить и защитить диссертации в Китае.

В Европе – тот же тренд. Как рассказал мэр итальянской Генуи Марко Буччи, в городе из 660 тысяч жителей 40 тысяч – студенты, т.е. всего лишь 6% населения, зато 40% из них приехали из других городов и стран. Но, что самое важное, 60% по окончании учебы остаются в Италии.

Залог глобальной успешности не только качественные образовательные программы, но и комфортные условия проживания учащихся. В общагу иностранец не поедет. Поэтому на сессии много и подробно говорилось о кампусах. Они – второй дом для студента, экосистема, которую в идеале формирует он сам, и в то же время элемент городской среды, драйвер развития агломераций. После увлекательного рассказа губернатора Пермского края Максима Решетникова о строительстве продвинутого кампуса в Перми обозначилась даже коллизия: бетон или цифра – в какую сферу инвестировать прежде всего, с учетом сохраняющегося недофинансирования образования? Но участники дискуссии сошлись на том, что дилемма «или, или» тут неуместна.

Ректор Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» Ярослав Кузьминов четко обозначил статус онлайн-программ: они – необходимое дополнение традиционного образования. Причем есть сектор образования, в котором онлайн призван полностью заменить офлайн, заочное.

В России треть всех студентов – заочники. Так что подключение их к онлайн-курсам ведущих университетов станет серьезной инвестицией в качество образования этого контингента.

Именно НИУ ВШЭ одним из первых стал разрабатывать и привлекать партнерские онлайн-программы. «Вышка» сегодня использует 443 онлайн-курса, из них только 111 – собственные, 300 – англоязычные, от ведущих мировых университетов, есть и сетевые договоры по обмену курсами с российскими вузами. Характерно, что онлайн, интегрируясь с формальной системой образования, выступает своеобразным «цифровым бетоном» межвузовской кооперации. Та же «Вышка» взаимодействует с 27 партнерами по использованию 44 своих онлайн-курсов, дистанционно обучает уже порядка 8 тысяч студентов других университетов. Сделан и следующий шаг – к дистанционной защите диссертаций. На крупнейших мировых платформах уже представлены 47 программ full degree. Высшая школа экономики предложила платформе Coursera две такие программы, одна из которых была одобрена.

Я.Кузьминов призвал не фетишизировать онлайн, не создавать вокруг него мифов. Он объясняет профессорам своего вуза: со студентами, слушавшими вас или ваших коллег онлайн, можно по-прежнему общаться в формате обычных лекций или семинаров, закрепляя пройденный материал. Это так называемое blended learning – смешанное обучение, характерное для эпохи трансформации традиционных университетов, важное для России направление, позволяющее конкурировать с системами образования, которые лучше обеспечены ресурсами, нежели российская. Согласно приведенным им данным, в первой «пятерке» наших вузов по числу программ, размещенных на Coursera, – НИУ ВШЭ (50 программ на русском и 42 на английском), МФТИ, СПбГУ, ТГУ, МИФИ. На Национальной платформе открытого образования, учрежденной ведущими российскими университетами, в лидерах по числу программ – НИУ ВШЭ, СПбГУ, СПбПУ Петра Великого, ИТМО, МГУ.

Ректор упомянутого в этом перечне Томского государственного университета Эдуард Галажинский подчеркнул, что формирование личности возможно лишь при живом участии другой личности, работе «глаза в глаза» и сотворчестве. Такое общение дорогого стоит. Наверное, в этом смысле было замечено, что «цифровые сервисы – это услуги для бедных». Что ж, для Coursera, ЕdX, «Академии Хана» (Khan Academy) и других платформ, предоставляющих бесплатные онлайн-курсы престижных университетов по гуманному принципу «всюду и для каждого», это справедливо. Но недаром модератор сессии, член совета директоров Ассоциации содействия развитию Московской школы управления «Сколково» Наталья Тимакова упомянула проект дистанционного обучения «Минерва» (Minerva Project). Это ведь уже не просто стандартные лекции, записанные на видео, а попытка переформатировать образование под будущую элиту общества. Основатель проекта Бен Нельсон провозгласил и реализует намерение построить «виртуальный Гарвард» для талантливых мотивированных студентов, которые учатся вместе, переезжая из города в город и общаясь с профессорами исключительно дистанционно, где бы те ни находились. Причем такое обучение в разы дешевле, чем в классическом университете.

В любом случае считать новый тип преподавания неполноценным, суррогатным опрометчиво хотя бы потому, что он развивается, а традиционный уже сформировался.

Министр науки и высшего образования М.Котюков расставил акценты: онлайн-образование – благо, но без мотивирующего студента общения с преподавателем процесс передачи и закрепления знаний невозможен. Разговор был продолжен в кулуарах форума.

«Я не готов согласиться с тем, что онлайн-образование – петля на шее традиционного образования, – сказал министр «Эху Москвы». – Это вызов, а значит, и возможность. Онлайн-компонент может существенно дополнить и повысить качество образовательной программы, но не может полностью заменить живое общение студента и преподавателя».

Он отметил, что в рамках большинства учебных программ невозможно исключить встречи студентов и преподавателей, а также обращение к техническому оборудованию.

Итак, сегодня цифра – дополнение к бетону. Но что произойдет через 10-15 лет, когда основанные на цифровых технологиях виртуальная и дополненная реальность, искусственный интеллект будут создавать индивидуальную образовательную среду для каждого человека?

Аркадий Соснов

Вместе с едой в наш организм попадают не только белки, жиры, углеводы и прочие необходимые элементы, но также и вещества, вредные для здоровья. Такие, как тяжелые металлы: кадмий, свинец и т.п. Сначала они из грунта и воды накапливаются растениями, растения служат пищей для скота, передавая ему накопленные «запасы». А затем, по «пищевой цепочке», вместе с мясом и молоком эти металлы переходят уже в наши организмы. Свой вклад по схожей схеме в этот процесс вносят и морепродукты. Само по себе это новостью не является. Но, как известно, наука начинается с измерений. Например, оценки содержания тяжелых металлов в органах и тканях крупного рогатого скота мясного направления. Именно за эту работу был награжден премией мэрии Новосибирска заведующий лабораторией элементологии сельскохозяйственных животных НГАУ, к.б.н. Кирилл Нарожных, интервью с которым продолжает наш цикл публикаций о лауреатах премии этого года.

– Чем был обусловлен такой выбор темы исследовательского проекта?

– Дело в том, что до сих пор в нашей стране нет нормативов по содержанию тяжелых металлов в органах и тканях животных вообще, любых видов и пород. По ряду металлов, которые являются особо опасными загрязнителями (кадмий, мышьяк, ртуть, свинец), есть нормы предельно допустимой концентрации. Другие тяжелые металлы никак не нормируются, некоторые, такие как цинк или медь, даже нужны организму в определенном количестве, но его превышение тоже может влиять на организм. Все это обусловило актуальность нашей работы.

– Насколько я понимаю, Вы с коллегами не первые, кто задался этим вопросом?

– Да такие работы проводятся, но на сегодняшний день никто досконально не знает, сколько и каких микро- и макроэлементов попадает на наш стол вместе с продуктами питания. Поэтому, работу в этом направлении надо вести дальше. В нашем исследовании мы применили несколько важных критериев. Во-первых, изучали содержание тяжелых металлов в органах и тканях крупного рогатого скота. Во-вторых, мы проводили сбор проб в условно безопасной зоне, то есть в хозяйствах, расположенных относительно далеко от промышленных объектов и других источников интенсивного загрязнения окружающей среды. В результате, мы получили, так скажем, фоновый уровень содержания тяжелых металлов в организмах крупного рогатого скота нашего региона. Кроме того, результаты нашей работы имеют значение не только с точки зрения здоровья человека как потребителя мясомолочной продукции. Мы провели обследование всей «пищевой цепочки», оценив содержание тяжелых металлов в почве, кормах.

– Опробованный Вашей группой подход может в перспективе стать обязательным стандартом для оценки экологической безопасности поступающей на рынок продукции?

– Для начала необходимо провести намного более масштабную исследовательскую работу по оценки содержания тяжелых металлов в органах и тканях популяции скота разных пород в различных климатических условиях. А как я уже сказал, наш метод довольно затратный и сложный: надо организовать сбор проб во время забоя скота, взять необходимые анализы, которые стоят очень дорого, обработать результаты.

– Можно как-то конкретизировать сумму затрат?

– Смотрите, определение содержания одного химического элемента в тканях стоит примерно пятьсот рублей, если мы берем весь основной перечень, это уже порядка десяти элементов, соответственно сумма вырастает до пяти тысяч. Это анализ одного животного, а для получения объективного результата по стаду надо взять пробы примерно у тридцати животных. Итого, сто пятьдесят тысяч – это только оплата самих анализов, а ведь есть еще масса сопутствующей работы. Одно дело, если это проводится в формате исследовательского проекта, и совсем другое – если включать в существующий процесс переработки мяса. Для одних хозяйств это будет означать существенный рост себестоимости продукции, а для других (особенно мелких) может стать вообще непреодолимым барьером. К тому же, хозяйства сдают мясо по-разному, одни несколько раз в год большими партиями, другие регулярно по несколько туш. И для вторых введение такого обязательно анализа будет особенно затратны. Поэтому производители добровольно на внедрение такой системы вряд ли пойдут.

– Где-то в мире уже есть подвижки в этом направлении?

– Я думаю, дальше всего по этому пути продвинулись в Евросоюзе, где вообще уделяют много внимания экологической составляющей производства пищевых продуктов. На это есть большой запрос со стороны граждан и государства Европы откликаются на него принятием соответствующих нормативных актов. Там выходят ежегодные обзорные доклады на этот счет, проводится немало исследований подобных нашему. У нас пока, как я сказал, такую работу только начинают, причем, в отдельных регионах.

– Взглянем с другой стороны. Насколько высоким и, соответственно, опасным для здоровья может быть содержание этих элементов? И насколько этот уровень может превышать полученные Вами результаты в относительно экологически чистых районах?

– Начнем с того, что у нас не так много хозяйств, расположенных в непосредственной близости от промышленных зон, особенно, что касается крупного рогатого скота. Так что в целом, уровень содержания тех или иных тяжелых металлов в мясе на прилавках магазинов не должен сильно различаться. Конечно, если не было случая какого-то очагового заражения окружающей среды в том или ином хозяйстве. Еще надо помнить, что эти металлы содержатся не только в мясе, в морепродуктах уровень некоторых из них еще выше, есть они и в растительной пище (животные ведь тоже накапливают их через корма). Так что, фактически, невозможно оценить, какой вклад в накопление этих элементов нашим организмом вносит именно мясо.  Далее, чтобы оценить этот уровень, его надо с чем-то сравнивать. У нас данных для сравнения очень мало, похожие исследования проводят в основном за рубежом, у нас я видел такие результаты только по Тюменской и Орловской областях.

– А если сравнить с нормативами ПДК?

– В мясе ниже примерно от двух до десяти раз, в зависимости от элемента и образца. Вообще между разными животными получился довольно сильный разброс, возможно, это вызвано тем, что сами нормы ПДК тоже очень низкие и поэтому даже незначительные колебания хорошо заметны. И это тоже говорит о том, что для получения более объективной картины надо увеличивать массив собранных проб.

– К тому же этот уровень может меняться год от года, в зависимости от экологической ситуации?

– Совершенно верно. Поэтому, по-хорошему, нам нужна система постоянного мониторинга ситуации. Кроме того, было бы интересно посмотреть, как на этот уровень влияют сезоны года. У нас, в рамках проекта не было возможности оценить процесс в динамике.

– Возможно как-то оптимизировать расходы на такой мониторинг? Или это неизбежно скажется на его точности?

– Можно изучать концентрацию тяжелых металлов в волосе животного. И концентрации тех элементов прогнозировать содержание мышечной ткани и субпродуктах. Причем, можно брать анализы у одних и тех же животных и смотреть, как варьируется результат. Но результаты будут не такими точными, как в случае проб из органов. Кроме того, в процессе работы мы нашли способ упростить пробоподготовку материала для анализа, что заметно его удешевляет. Это стало, по сути, вторым прикладным результатом нашего проекта.

– А первым?

– Первым стало получение информации о том, какое количество того или иного элемента содержится в мясе у обычных здоровых животных в сельской местности, применительно к нашему региону, конечно. Было бы здорово провести подобную работу в других регионах, составить некую карту в масштабах страны. Но для этого должен быть запрос общества и государства.

Сергей Исаев

Зажечь звезду в лаборатории, чтобы в перспективе получить неисчерпаемый источник энергии, выгодно для всего человечества. Именно такую цель преследуют 35 стран, объединившись для создания термоядерного реактора ИТЭР. О том, на какой стадии этот проект, что делают для его реализации ученые нашего государства и, в частности, специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, рассказал директор учреждения Госкорпорации «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» доктор физико-математических наук Анатолий Витальевич Красильников.

История ИТЭР (ITER — International Thermonuclear Experimental Reactor, Международный термоядерный экспериментальный реактор. — Прим. ред.) начинается с 1985 года, когда Советский Союз предложил совместно строить установку токамак, используя наработки по исследованиям управляемого термоядерного синтеза ученых европейских государств, США, Японии и СССР. Через год эти страны подписали соглашение о проектировании крупнейшей международной термоядерной установки ИТЭР. Фаза концептуального проектирования началась в 1988 году и продолжалась два года. Затем стороны приступили к техническому проектированию и в 2005 году выбрали место для строительства реактора — в 60 км от Марселя (Франция) на территории исследовательского центра Кадараш. В 2017 году установка была построена наполовину, а в 2019 планируется достичь отметки в 70 % выполненных работ по возведению зданий. Высота сооружения — 73 м, из которых 60 м находятся под землей. Термоядерная реакция, которую запустят в ИТЭР, — это слияние изотопов водорода (дейтерия и трития), в результате чего рождаются ядра гелия, нейтроны и 17,6 мегаэлектрон вольт энергии. 

— На самом деле, человечество купается в термоядерной энергии, только она к нам приходит извне — от Солнца. Ветровая, углеводородная, гидроэнергетика — все они существуют благодаря нашему светилу. На нем протекают реакции синтеза ядер легких элементов, в результате выделяется кинетическая энергия (тепло), и образуются более тяжелые ядра. Но для того, чтобы два положительно заряженных ядра преодолели силы кулоновского отталкивания, они должны двигаться навстречу друг другу с огромной скоростью, что возможно только в очень горячей среде. Если говорить образно, создавая термоядерный реактор ИТЭР, физики и инженеры решили зажечь Солнце на Земле, причем повысив его температуру в пять раз, до 250—300 000 000 °С. Термоядерные реакции протекают в плазме (это ионизированный газ, состоящий из заряженных частиц, как правило, электронов и ионов, взаимодействующих между собой через электрические поля. — Прим. ред.), в звездах она удерживается в определенном объеме благодаря силам гравитации, а в ИТЭР — магнитным полем с помощью специальной конструкции токамак, изобретенной советскими физиками в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова в 1951 году. Токамак расшифровывается как тороидальная камера с магнитными катушками, в нем плазма свернута в бублик, на него «надеты» магнитные катушки. Результирующее магнитное поле, состоящее из поля, которое генерирует сам бублик, а также тороидальные и полоидальные катушки удерживают плазму. Первоочередная задача, которую решает проект, — сформировать на Земле такое плазменное образование, в котором термоядерной энергии будет производиться существенно больше, чем требуется для его создания.

– Когда ИТЭР начнет работу?

– В 2025 году запланирован пуск реактора, мы получим первую плазму и начнем ее удерживать от 100 миллисекунд до нескольких секунд. Чтобы проиллюстрировать сложность систем, которые это будут обеспечивать, достаточно представить, что на оси плазменного бублика — температура 250—300 000 000 °С, а на расстоянии трех метров от нее — 268 °С ниже нуля. Там находится сверхпроводящая магнитная конструкция из ниобий-три-олова и ниобий-титана. При повышении температуры даже на два градуса эти материалы перестанут обладать нужными свойствами, и огромный ток, который по ним идет, выделится в виде тепла, а это приведет к остановке всей машины.

– Как решается задача сосуществования температур в несколько сотен миллионов градусов и почти абсолютного нуля (-273 °С)?

– Плазма испускает потоки тепла и нейтронов, и перед инженерами стоит задача не пропустить их к сверхпроводнику. Для этого создана специальная защитная конструкция толщиной в один метр, она состоит из 40-сантиметровых модулей бланкета (от англ. blanket — одеяло. — Прим. ред.) и 60-сантиметровой вакуумной камеры. Передняя часть модуля бланкета, называемая первой стенкой, обращена к плазме и состоит из металла с высокой теплопроводностью — бериллия, он напаян на нержавеющую сталь, пронизанную каналами с водой, чтобы снимать поток тепла. 40 % этой стенки делает предприятие Росатома Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова. Это же учреждение отвечает за изготовление дивертора — фрагмента первой стенки, принимающего на себя максимальный поток тепла из плазмы. Дивертор сделан из тугоплавкого металла вольфрама. Поскольку в реакции участвует тритий, а это радиоактивный элемент, очень важно, чтобы он не накапливался в материале, поэтому выбрали вольфрам и бериллий, которые слабо сорбируют тритий. Последний, отражаясь от них,  возвращается внутрь ловушки.

– Как будет производиться горючее для термоядерной реакции: дейтерий и тритий?

– Доступность топлива — одно из преимуществ термоядерной энергетики. Дейтерий — стабильный изотоп водорода (в ядре у него один протон и один нейтрон), широко распространенный в природе газ. Его можно получать из природных вод, максимальные количества дейтерия содержатся в Мировом океане. Если месторождения урана или углеводородов рассредоточены по планете неоднородно и часто становятся предметом конфликтов между странами, то дейтерий распределен более равномерно. Доступ к нему будут иметь государства, развивающие науку и технологии, а не методы захвата чужих территорий. Тот же принцип касается и трития, который производится при облучении лития нейтронами. Тритий слабо радиоактивен, с ним очень легко обходиться, для его изоляции достаточно контейнера с толстой стенкой почти из любого материала.

Второе преимущество термоядерной энергетики в том, что в результате реакции рождаются две частицы: нейтрон и альфа-частица с энергией 3,5 МэВ, которая остывает и становится холодным стабильным гелием. Нейтроны — радиоактивны. Но распространение этого излучения ограничено околоплазменным пространством. Поэтому на ИТЭР абсолютно исключена авария, при которой может произойти радиоактивное заражение местности, в отличие от, к сожалению, имевших место катаклизмов на атомных электростанциях.

– Экологичность — налицо, а как обстоит дело с эффективностью? Когда можно будет, к примеру, освещать улицы благодаря работе термоядерного реактора?

– Сегодня мы только создаем систему, ее оптимизация и повышение эффективности — следующая цель после запуска и отладки. В 2025 году первую плазму получат из водорода, а эксперименты с дейтерий-тритиевой смесью начнутся через десять лет. Можно сравнить реактор с велосипедом: ученым, создавшим его, потребуется время, чтобы научиться ездить и достичь мастерства велогонщика. 

Проектная величина термоядерной мощности ИТЭР (планируемая к 2035 году) — 500 МВт, а мощность, требуемая для нагрева плазмы, — 50—70 МВт. То есть выделяться энергии будет примерно в десять раз больше, чем тратиться. Но это лишь решение первой части проблемы. Вторая: преобразование энергии в удобную для человечества форму перед ИТЭР не ставится, его цель показать, что произвести термоядерную энергию в десять раз больше затраченной — технически выполнимо. Конечно, мы будем повышать эффективность, это возможно, поскольку источники топлива практически неисчерпаемы. На самом деле, уже после первого пуска ИТЭР будет производить столько тепла, что его вполне хватит для обогрева всего исследовательского центра Кадараш.

– Каков вклад России в процентном соотношении в стоимость всего проекта?

– Индия, Китай, Корея, Россия, США, Япония вносят каждая по 9,09 %, Европейский союз — 45,46 %. Научные результаты принадлежат всем странам в равной степени. 9/10 вложений в ИТЭР — это производство оборудования, компонентов, входящих в реактор. Россия делает 25 систем, две из них мы уже закончили и поставили в полном объеме. Это сверхпроводящие конструкции из ниобий-три-олова и ниобий-титана. Проводились сравнительные тесты, в результате которых выяснилось, что наши изделия лучше, чем у других партнеров. Сверхпроводники делает кооперация предприятий: Высокотехнологический НИИ неорганических материалов им. А.А. Бочвара, Топливная компания «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом», Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». 

Одиннадцать из оставшихся 23 систем — диагностические. В их создании участвует НИЦ «Курчатовский институт», Троицкий институт инновационных термоядерных исследований, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, ИЯФ СО РАН, само домашнее агентство («Проектный центр ИТЭР» создает три диагностики), «УТС-Центр» несколько других организаций.

Еще Россия поставляет восемь гиротронов — систем для нагрева плазмы в области электронного циклотронного резонанса, также их можно применять для генерации электрического тока в плазме. Принцип их работы — в разогреве электронов высокочастотным излучением, которые затем отдают тепло всей остальной плазме. Изобретатель и лидер этого направления — Институт прикладной физики РАН (Нижний Новгород). Специалисты ИПФ РАН и АО «ГИКОМ» уже сделали первые три гиротрона. Их испытали, и они показали параметры выше требований ИТЭР. 

– Какие системы делает ИЯФ СО РАН, кроме диагностических?

– Этот институт очень активно присоединился к проекту пять лет назад. Его основной вклад — производство порт-плагов. Как я уже говорил, вокруг плазмы метровая защита, а в ней есть порты в вакуумной камере — своеобразные окна, через которые диагностические системы «смотрят» на плазму и измеряют ее параметры. С одной стороны, окно позволяет получать информацию о температуре, плотности и других характеристиках плазмы, а с другой — через это отверстие летят нейтроны, поступает тепло, поэтому нужна защита. Порт-плаг, если переводить с английского дословно, — «пробка в порту». Ее функция — остановить поток частиц из плазмы, но при этом пропустить через себя каналы диагностических (например, высокочастотных) методов. Также сквозь эти окна можно вводить энергию в плазму для нагрева. Четыре таких порт-плага изготавливаются в ИЯФ СО РАН. Кроме того, институт участвует в создании вертикальной нейтронной камеры, диверторного монитора потока нейтронов, который позволяет оценить плотность и количество нейтронов, поступающих из плазмы. Специалисты ИЯФ СО РАН делают электронику для томсоновского рассеяния лазерного излучения, которое дает информацию о плотности и температуре электронов, — то есть в конечном итоге о температуре плазмы. Томсоновское рассеяние — один из сложнейших методов исследования плазмы: мы светим лазером, это излучение взаимодействует с плазмой, рассеивается, а затем, по спектру выходящего из плазмы излучения, можно определить плотность и температуру электронов. 

Порт-плаги размещаются в патрубках — трубках, соединяющих внутреннюю тороидальную камеру с криостатом. Все верхние патрубки производятся под контролем НИИЭФА им. Д. В. Ефремова, этот же институт делает катушку ПФ1 для создания полоидального магнитного поля (с его помощью контролируют положение плазмы в камере). Российское предприятие АО «Криогенмаш» создает все установки для испытания порт-плагов.

– Соблюдается ли график строительства здания ИТЭР и сдачи систем странами-партнерами? 

– Россия выполняет свои обязательства строго по графику. Генеральный директор ИТЭР Бернар Биго часто приводит нас в пример как в том, что касается качества работ, так и в своевременности выполнения обязательств перед проектом. Когда у вас есть настолько большая международная кооперация из 35 стран, очень важно делать вовремя свою часть, зачет производится всегда по последнему, поэтому нужно быть в голове колонны, чтобы вся вереница двигалась быстрее.

Отставание от запланированного графика действительно есть, но оно связано прежде всего с тем, что ИТЭР — абсолютно новая конструкция, и она постоянно совершенствуется. Когда строится стандартный объект, даже атомная электростанция, есть проект, согласно которому ее возводят: приходят рабочие и заливают бетон. 

У нас другая ситуация: план строительства, конечно, есть, но он «живой»: по мере его реализации участники обнаруживают, что какую-то часть нужно улучшить, например одно из отверстий сделать другим. Если происходит постоянная модернизация, это значит, что строители простаивают и не льют бетон, в результате сооружение здания задержалось почти на десять лет. Еще один фактор отставания — то, что каждый элемент ИТЭР — вершина развития человеческой мысли. Когда весь комплекс состоит из таких пиков, которые подрастают с каждым годом (появляются новые открытия, технические решения), временные интервалы соблюсти очень трудно. Поэтому главная причина увеличения сроков, как это ни парадоксально, — постоянный прогресс.

Беседовала Надежда Дмитриева

Несколько лет назад мы наблюдали всплеск интереса к различным марсианским проектам, к Красной планете лететь собирались все от НАСА и Роскосмоса до Илона Маска и менее известного голландского инженера-предпринимателя Баса Лансдорпа. Затем, как-то незаметно, реализация этих проектов стала откладываться на неопределенный срок (что для марсианских экспедиций обычное дело). Но Марсу быстро нашлась замена – астероиды, или малые планеты, которые в последнее время часто становятся «героями» новостей.

Свежий пример – Психея, которую уже окрестили «золотым астероидом»: по мнению экспертов, он содержит в себе платину, золото и никель, а суммарная стоимость его полезных ископаемых оценили в космическую же сумму – 700 квинтиллионов долларов. И вот уже NASA заявляет, что в 2022 году отправит научную миссию на Психею. А в Англии создана корпорация Asteroid Mining Company, которая планирует начать разработку недр астероида к 2030 году.

И Психея не единственный объект класса «малая планета», ставший в последнее объектом внимания как ученых, так и бизнеса. По оценке аналитиков из Allied Maket Research, к 2025 году бюджет программ по добыче ископаемых на астероидах достигнет отметки в 3,8 миллиарда долларов за счет государственных и частных инвестиций. При этом, к этому времени все программы будут находится фактически на старте и на Землю не попадет еще ни килограмма руды, добытой в коммерческих целях.

Такой объем инвестиций на начальном этапе объясняется большим количеством научных и инженерных задач, которые надо решить для создания индустрии по добыче полезных ископаемых. И для начала решить, а оно вообще надо человечеству, копать шахты за миллионы, а то и миллиарды километров от родной планеты.

Даже платиноидов и редкоземельных элементов еще вполне достаточно и на Земле, чего уже говорить о никеле или кобальте. Да и сама технология доставки полезных ископаемых с астероидов на Землю пока не отработана даже в более или менее приближенной к реальности модели. NASA некоторое время разрабатывало технологию захвата астероидов и доставки их на лунную орбиту, для последующего «потрошения». Однако в 2017 году этот проект агентства был закрыт из-за отсутствия финансирования.

И даже известные энтузиасты космической добычи американская компания Planetary Resources пока зарабатывает не бурением шахт в далеких астероидах, а разработкой спутников. Первый спутник компании, Arkyd-3, приступил к работе в ближнем космосе в 2015 году и отрабатывал на орбите технологическую базу для будущих миссий вплоть до 23 декабря 2016 года: проверял системы управления, софт и другие компоненты.

Но зато у этой компании есть свой вариант ответа про рентабельность подобного рода проектов. Planetary Resources выделяет три типа астероидов, каждый из которых уникален и обладает особыми свойствами.

1й тип (C-type) представляет собой широко распространенное каменистое образование, сформировавшееся в начале развития солнечной системы, из которых планируется извлекать воду.

2й тип (Х-type) практически полностью состоит из металлических руд. Образовавшиеся в результате разрушения более крупного астероида, астероиды 2го типа, представляют собой сохранившееся от более раннего столкновения сверхпрочное ядро, которое может содержать больше платины, чем когда-либо было добыто на Земле. Например, в астероиде 2011 UW158, стоимость содержащихся драгоценных пород по некоторым оценкам достигала $5 трлн. Это, конечно, меньше, чем стоимость запасов на Психее, зато – проще извлечь и ниже риск вызвать обвал мировых цен на металлы (что отзовется и в других отраслях экономики).

3й тип (S-type) астероидов, выделяемых компанией, является смесью первых двух, сохраняя достоинства и недостатки каждого из них.

Год назад состоялся запуск индийской ракеты PSLV, которая вывела на орбиту очередной спутник компании - Arkyd-6. Он интересен тем, что содержит на борту экспериментальную технологию поиска воды на астероидах. А значит, компании, хоть и не так быстро, как планировалось изначально (запуск первого спутника к астероидам был заявлен на 20202 год, но затем перенесен на неопределенное время), но продвигается к поставленным целям.

Итак, подведем промежуточные итоги. Астероиды могут быть источниками драгоценных и редкоземельных металлов, из них можно добывать воду (а вода постепенно становится все более ценным ресурсом), и они могут стать источником снабжения внеземельных поселений широким спектром ресурсов (от воды и железной руды до платины и палладия).

Вода в космосе, кстати, будет востребована даже раньше, чем на Земле.

Правда, не сама по себе вода, а кислород и водород, на которые вода разлагается под действием электрического тока. Водородные двигатели уже существуют, и КПД у них высокий, а основным потребителем скорее всего станут спутники. Запуск спутника – дело дорогое, но, когда на нем кончается топливо, он превращается в космический мусор. Другое дело, если разместить на орбите водородную АЗС. Над технологиями дозаправки в космосе сейчас работают и NASA, и Китай, и частные компании. В частности, японская компания iSpace заявила, что ее первые аппараты отправятся на Луну уже в 2020-м и 2021-м, а к 2030 году начнется активная эксплуатация ресурсов спутника. Под ресурсами подразумевается реголит, из которого японцы и намерены извлекать водород с кислородом.

Пока космические «рудные стартапы» бьются за инвестиции, параллельно реализуются научно-исследовательские программы. Астероиды интересны ученым и как источник информации о формировании и составе тел Солнечной системы, и как потенциальный источник угрозы нашей планете (в истории Земли были случаи столкновения с крупными метеоритами, а Луна, как минимум, один раз «прилетело» и астероидом, так что вероятность подобного события ненулевая).

Ну и конечно, сама отработка посадки на малые космические объекты, получение там проб и доставка их на Землю – очень важны, как для дальнейшего исследования космоса, так и для его промышленного освоения.

Есть ли у новосибирских ученых вероятность поучаствовать в этом увлекательном и весьма перспективном процессе? Конечно, и эта вероятность намного выше, чем у возможного столкновения нашей планеты с астероидом. Начнем с того, что ряд институтов Академгородка имеет успешный опыт работы на нужды космонавтики еще с советских времен. А некоторый, как Институт физики полупроводников, эту работу не прекращали ни на день.

Во-вторых, само расширение спектра научных задач (одно дело – отправка на астероид исследовательского зонда и совсем другое – организация на Луне или астероиде «космической шахты») значительно расширяет список потенциальных участников их решения. И ряд исследований, которые изначально имели чисто земное применение (у того же Института геологии и минералогии или химических институтов) вполне могут получить и космические перспективы.

Здесь, пожалуй, главное не готовность ученых Академгородка к выполнению такого рода работы, а потребность в ней, наличие заказчика. Есть ли у «Роскосмоса» в программе на ближайшие годы какие-то глобальные проекты, требующие привлечения науки. Федеральный закон «О космической деятельности» 2015 года предусматривает, что Роскосмос должен заботиться по крайней мере о предупреждении космических угроз. Схожую работу ведут и в других странах: при NASA, например, существует отдел (office) по этой проблеме с бюджетом 40 млн долларов в год помимо специальных проектов, которые стоят дороже.

У нас пока все на уровне «деклараций о намерениях», хорошо, хоть в этих намерениях четко озвучено сотрудничество с институтами РАН. В январе этого года представители Роскосмоса заявили «Российская академия наук и Роскосмос приступили к разработке программы для исследования и создания методов противодействия угрозам из космоса — это астероиды и осколки космических камней». О других проектах российской космической корпорации, связанными с астероидами, пока ничего не слышно. Но это не означает, что для нашей науки, это направление совсем не актуально. И Россия как страна, и отдельные академические институты не раз становились полноправными участниками крупных международных научных проектов. Будь то Международная космическая станция или Большой адронный коллайдер. Так и сейчас, за неимением чисто отечественных проектов, мы можем войти в совместные, благо, российские ученые и инженеры пользуются в мире куда большим уважением, чем чиновники. А пользу от такого сотрудничества, как показала практика, получает вся страна, а не только участники проекта.

Сергей Исаев

Насколько и в чем отстает российская генетика от зарубежной, какими видят центры геномных исследований ученые из российских университетов и что может дать стране их создание — в следующем материале.

Среди задач национального проекта «Наука» кроме создания научно-образовательных центров мирового уровня значится и открытие как минимум трех центров геномных исследований. До 15 июля Минобрнауки принимает заявки на участие в проекте. Мы узнали у ученых-генетиков из российских вузов программы «5-100», что они думают о проекте и будут ли в нем участвовать.

«Мы, по сути дела, впрыгиваем в последний вагон»

Открытие центров геномных исследований — часть федеральной научно-технической программы развития генетических технологий, рассчитанной на 2019–2027 годы. На их создание предлагается потратить не более 11,18 млрд рублей до 2024 года. По свидетельствам генетиков, с которыми поговорил Indicator.Ru, сумма выглядит огромной, даже космической для этой области науки. Как этот объем финансирования обоснован в программе?

Ее первый раздел «Состояние генетических технологий в Российской Федерации» рисует удручающую картину: во всем мире растут рынки генетического редактирования, модифицированных сортов растений, биоинженерии и медицинской генетики, а в России расходы биотехнологических компаний на исследования и разработки составляют незаметные 0,53% от всех инвестиций российского бизнеса в R&D. Отрасль не создает новых продуктов. Конкурентоспособность академических исследований тоже низкая: по числу статей по генетике в Web of Science в 2017 году Россия была на 17-м месте. Огромное отставание и по числу патентов: 22 патента в 2017 году (9-е место) против, к примеру, 1097 патентов у Германии (5-е место).

Цель программы — ликвидировать это отставание, обеспечить конкурентоспособность российских технологий и продуктов на мировом рынке, равно как и качество и безопасность жизни в стране. Перед центрами геномных исследований ставится задача вести прорывные исследования и разрабатывать технологии, продвигая их в международном сообществе и внедряя в практику.

Насколько верна оценка, поставленная российской генетике в программе? Заведующий лабораторией геномной инженерии МФТИ Павел Волчков согласен с ней и отмечает, что уровень наук о жизни в России в целом ниже уровня ведущих центров — таких, как биомедицинские агломерации в Бостоне, Сан-Франциско, Сан-Диего или некоторые центры в Европе. Но он не уверен, что вливанием денег в развитие существующих организаций проблему можно решить. Нехватка финансирования — только одна из причин отставания.

«На сегодняшний день в стране нет сложившихся мощных научных коалиций, направленных на получение экономически значимого результата, а есть научно-бюрократическая машина по генерированию статей в первом квартиле», — сетует исследователь.

 Заведующий лабораторией биобанкинга и геномной медицины СПбГУ Андрей Глотов отмечает, что, несмотря на отсутствие масштабных проектов, задачи которых сформулированы в федеральной программе, ситуация с генетическими исследованиями в России не так плоха.

«С точки зрения публикаций за последние пять лет мы — я могу говорить в основном за СПбГУ — здорово подтянулись по качеству и количеству благодаря во многом программе развития университета и гранту РНФ "Трансляционная биомедицина в СПбГУ".

Но чтобы исследования развивались, нужно созреть критической массе молодых исследователей. На ее накопление, на то, чтобы выросли новые школы, требуется 5—7 лет. Сейчас мы, по сути дела, впрыгиваем в генетике в последний вагон, и, если этого не сделать, российская наука в этом направлении откатится назад еще на 30 лет», — отмечает ученый. Хватит ли на накопление этой критической массы и на развитие технологий срока программы, неясно. Но пока не будут подготовлены кадры, ждать успехов от генетической науки, биотехнологических компаний и медицины преждевременно. По словам Глотова, квалифицированных в области геномики кадров не хватает и в самих университетах, и в практической сфере — медицине, сельском хозяйстве, биотехнологии. Например, из 300 врачей-генетиков в России едва ли 30 знакомы с современными геномными технологиями.

Руководитель лаборатории лесной геномики Сибирского федерального университета Константин Крутовский не считает отставание катастрофическим. По его мнению, в России с каждым годом становится больше научных групп, которые выполняют генетические и геномные исследования на мировом уровне, и задача нацпроекта «Наука» — поддержать их развитие, особенно в регионах.

«Генетика — не очередной хайп»

Программа развития генетических технологий построена вокруг четырех основных векторов: биобезопасности, технологий для медицины, сельского хозяйства и промышленных биотехнологий. Предполагается, что конкретные направления выберут на основе своего предыдущего опыта сами организации, в которых могут быть созданы центры геномных исследований. Представления ученых об этих направлениях совпадают — самой важной отраслью они считают биомедицину. Помимо собственно научных задач, считают эксперты, будущие центры должны уделять внимание образованию и популяризации.

 Так, руководитель центра геномной и регенеративной медицины школы биомедицины Дальневосточного федерального университета Александр Каганский подчеркивает, что российская геномика сильно отстает от зарубежной в том числе в силу недостатка данных. По его мнению, в настоящее время жители России мало осведомлены о генетике, а это сказывается на количестве доступных исследователям генетических данных.

«За счет интереса к проекту 23andMe (стартапу, который предоставляет возможность потребителю исследовать свой ДНК, чтобы найти своих предков, — прим. Indicator.Ru) удалось составить всемирную базу данных, но в ней мало российских геномов. Так что в задачи центров будет входить и распространение этой информации, чтобы люди поняли — генетика не очередной хайп, геном есть в каждом. Это поможет двигаться дальше в понимании того, что каждый человек может сделать для собственного здоровья», — уверен Каганский.

ДВФУ, по его словам, может принять участие в проекте создания геномных центров, но только вместе с более мощным партнером, например МГУ. Пока решение о подаче заявки не принято.

Глотов, в свою очередь, видит задачу центров геномных исследований в подготовке ученых, которые смогут продолжить работу как в науке, так и в практической медицине и смежных отраслях. При этом под подготовкой следует понимать не стандартные учебные программы, а участие в исследованиях. Причем, подчеркивает ученый, центр геномных исследований не может не быть междисциплинарным, он должен строиться на основе комплексного подхода: иметь свой биобанк с качественно собранными образцами, исследовать биологический объект редактирования, быть центром обработки данных и только после этого заниматься геномным редактированием. В СПбГУ, по его словам, все необходимые компетенции развиты, создан геномный центр под руководством академика Игоря Тихоновича, который будет участвовать в отборе. На каких направлениях сосредоточится заявка, еще не решено.

Важность биомедицинских исследований отмечает и Крутовский, который, однако, призывает не забывать о геномике для морского и лесного хозяйства.

«Сейчас леса гибнут, они ослаблены, происходят засухи и пожары, и не совсем понятно, в чем причина: деревья страдают из-за изменения климата или из-за патогенных организмов. Чтобы понять и бороться с этим, лесные экосистемы надо изучать на геномном уровне. Этим и занимается моя лаборатория в СФУ», — заявляет специалист.

У таких исследований уже сегодня возможны полезные практические приложения. Например, по официальным данным, 20% древесины в России добыто незаконно и продается по подложным документам. Популяционно-генетическая база лесов позволит по генотипу устанавливать, откуда происходит древесина, не была ли она добыта браконьерскими методами на заповедной территории.

«Ее развитие должно стать национальным приоритетом»

В конкурсных документах, опубликованных Министерством высшего образования и науки, указывается, что будущие центры геномных исследований мирового уровня должны иметь опыт проведения геномных исследований и разработки генетических технологий, реализации соответствующих программ, а также обладать собственными биоресурсными коллекциями. Выполнение этих условий и наличие проработанной исследовательской программы будет достаточным, чтобы организация (или консорциум) попали в число претендентов на миллиардное финансирование. Что не учтено в программе? И как обеспечить соответствие результатов мировому «уровню актуальности и значимости»?

Александр Каганский рассчитывает, что создание геномных центров поможет решить проблемы с развитием генетических технологий в России в том числе и на законодательном уровне — ведь сейчас внедрение модификации генома в практику запрещено. Остановить процессы развития генетических технологий уже нельзя, значит, нужно добиться их принятия в обществе и использовать то, что уже может принести реальные плоды. Если это удастся, то и развитие научных исследований будет вполне успешным.

Андрей Глотов залогом успеха считает привлечение максимального числа партнеров. По его мнению, исследовательская программа любого будущего центра не должна быть замкнута на одном университете.

«Трех центров на страну будет, конечно, недостаточно, они должны иметь ответвления в рамках консорциумов: в академические институты, в практическую медицину, в другие университеты. Кроме того, бизнес в геномных исследованиях может быть не только заказчиком, но и партнером. Зачастую интересы бизнеса разительно отличаются от того, что делают ученые, а площадок для взаимодействия не хватает. Будет здорово, если в рамках геномных центров будут созданы такие площадки по принципу "Точек кипения" (пространств для коллективной работы, созданных при поддержке Агентства стратегических инициатив, — прим. Indicator.Ru)», — считает он.

 Центры геномных исследований должны решать и задачу развития регионов, считает Константин Крутовский. Он надеется, что один из центров удастся создать в Сибири.

«Здесь уже работают сильные группы по геномике: в Институте цитологии и генетики СО РАН в Новосибирске, у нас в СФУ и другие, — отмечает специалист. — Наш геномный центр работает уже семь лет и до сих пор остается одним из самых оснащенных в стране: у нас есть вся линейка секвенаторов ДНК, специальный компьютерный кластер с 96 ядрами. Но сохраняется проблема недостаточного финансирования, и создание центра геномных исследований помогло бы развивать исследования и создать рабочие места для среднего звена ученых — сейчас талантливые выпускники аспирантуры вынуждены уезжать в столицу или за рубеж».

 Павел Волчков никаких революционных прорывов от центров геномных исследований не ждет.

«У нас уже запускались программы, которые ничем не закончились, я не вижу пока, почему сейчас все должно пройти иначе. Пока не изменится подход, никаких качественных улучшений не будет, — считает ученый из МФТИ. — Сейчас для потенциальных участников эта программа — еще один способ получить финансирование, обеспечить свое существование, их можно понять, но прогресса по генетическому треку ожидать сложно».

Выход специалист видит в том, чтобы результаты программы измерялись реальными экономическими показателями, такими как увеличение доли ВВП в секторе генетических технологий до условных 1–2%, получаемых от нефти. «Такие показатели невозможно подделать. И, как следствие, придется делать реальные шаги по интеграции научного R&D и промышленности, создавать рынок генетических и сопряженных технологий. Если мы хотим, чтобы в результате программа развития генетических технологий привела к экономическому буму и инициировала прогресс в соседних отраслях промышленности, то ее развитие должно стать национальным приоритетом с соответствующими экономическими индикаторами». Пока же, по мнению Волчкова, для большинства академических институтов создание центра геномных исследований — очередной грант с наукометрическими целевыми показателями без серьезных обязательств. 

Хотелось бы отметить одно принципиально важное инновационное направление наших дней – создание автоматизированных многоярусных теплиц для сити-фермерства. Само это понятие – «сити-фермерство» - вошло в нашу жизнь совсем недавно. Однако в руководстве мэрии Новосибирска к нему проявили серьезный интерес, в связи с чем все наработки в этой области регулярно освещались во время весеннего форума "Городские технологии - 2019" и периодически организуются соответствующие выставки.

Напомню, что в Новосибирске есть успешная IT-компания, которая входит сейчас в тройку российских лидеров в области проектирования вертикальных ферм. Сегодня в ее портфеле имеется уже порядка пятисот заказов на проектирование таких систем. Причем, не менее половины заказов приходит от зарубежных партнеров.  Для нашего города – это очень важный прецедент. Фактически он означает, что новосибирские разработчики движутся в русле мировых трендов. Да, вертикальные фермы – это модное направление, активно развивающееся в других странах. И очень хорошо, что мы пытаемся здесь не отставать. Однако при этом мало кто из нас знает, что наша страна спокойно могла бы оказаться в лидерах по данному направлению еще лет пятьдесят тому назад.

О фабриках овощей у нас заговорили сразу же после революции. Перевод земледелия на индустриальные рельсы был заманчивой мечтой молодого советского руководства, стремившегося стереть грань между городом и деревней. Конкретных технологий еще не было, но мечта, подчеркиваю, была. Некоторые советские публицисты договорись до того, что даже хлеб предлагали выращивать в заводских условиях. Впрочем, до зерновых дело не дошло. А что касается овощей и зелени, то эти культуры очень хорошо подходили для индустриальных технологий. Естественно, в связи с этим стали вынашиваться планы по развитию тепличных хозяйств. До революции каждый уважающий себя помещик имел свою собственную теплицу. Климатические условия России еще с давних времен вынуждали русских земледельцев прибегать к выращиванию отдельных культур в закрытом грунте. В принципе, теплица как раз и была прообразом овощной «фабрики». Оставалось лишь подвести под это дело современную научно-техническую базу.

Дело в том, что с традиционными теплицами имелась одна проблема: высокая себестоимость продукции. При традиционном тепличном выращивании овощей уход за растениями был значительно сложнее и накладнее, чем в открытом грунте. Так, для теплиц приходилось специально готовить почвенную смесь из грунта, торфа, перегноя и перепревшего навоза. Возникала необходимость в искусственном орошении. Из-за переувлажнения воздуха шло сильное распространение вредителей и болезней, на борьбу с которыми также приходилось затрачивать дополнительные средства. Кроме того, стекло задерживало 20 – 30% света, из-за чего требовалось устраивать дополнительное освещение.

Согласно тогдашним подсчетам, при выращивании овощей в открытом грунте на один гектар затрачивалось примерно 250-350 человеко-дней. А при выращивании в теплицах на ту же площадь требовалось уже от 14 до 26 тысяч человеко-дней! Понятно, что при таких затратах о массовом производстве тепличных овощей не было и речи. Приходилось искать принципиально новый путь, обращаясь к достижениям науки и техники.

Этот путь открывала гидропоника. Первые опыты по выращиванию культур в искусственной среде проводились уже в 1869 году немецкими учеными, использовавшими для этих целей растворы химически чистых солей. В России еще до революции аналогичные опыты проводил Тимирязев. Он даже выставлял на ярмарках специальные сосуды с жидкостями, в которых росла зелень. В 1929 году в Калифорнийском университете в водном питательном растворе был впервые получен большой урожай томатов. Именно этот новый способ был назван «гидропоникой». В отличие от традиционных теплиц, где использовалась почвенная смесь, здесь грядки и стеллажи заменялись специальными лотками, покрытыми изнутри битумом. Туда наливался питательный раствор солей. В качестве опоры (почвы) для растений служил слой какого-либо рыхлого материала: торфа, мха, мелких древесных стружек. Эта подстилка помещалась над раствором на металлической сетке с водоотталкивающим покрытием. В отличие от обычных грядок, такая система позволяла экономить время и энергию на прополке, окучивании, рыхлении, перекопке, борьбе с сорняками. Необходимо было только следить за слоем воздуха в лотке – по мере роста побега этот слой должен был понемногу увеличиваться. Кроме того, работнику теплицы надлежало обладать некоторыми познаниями в химии, поскольку ему приходилось готовить соляной раствор, тщательно соблюдая все пропорции.

В дальнейшем ученые нашли более удобные способы выращивания растений – на щебне, гравии, шлаке, керамзите и даже на песке. Здесь также используются лотки, на дно которых укладывалась труба для подачи раствора. Затем лоток засыпался гравием: крупным – внизу, мелким – вверху. Раствор подавался по трубе два-три раза в день с таким расчетом, чтобы верхний слой гравия на полтора-два сантиметра оставался сухим.

Гидропоника обладала целым рядом преимуществ. Например, она давала возможность точно регулировать процесс питания, а значит – и рост растений.  Здесь уже не было трудоемких работ по заготовке и обработке почвы, по ее стерилизации и замене. Мало того, не было никакой зависимости от плодородия земель. Следовательно, гидропонные теплицы можно было устанавливать хоть в пустынях, хоть в горах. А при необходимости – хоть в тундре, хоть в городе. Наконец, был еще один немаловажный момент – возможность автоматизации основных процессов, что сводило участие человеческого труда к минимуму. Причем, советские инженеры к началу 1960-х годов уже разрабатывали оборудование для автоматического приготовления и  регулирования подачи питательных растворов, а также для промывки и дезинфекции гравия. Были соответствующие проекты автоматизированных гидропонных теплиц, управлявшихся с единого командного пункта.

Как мы понимаем, выращивание овощей в водных растворах и искусственных средах дало возможность существенно снизить трудозатраты. Согласно проведенным расчетам, для получения урожая в гидропонной теплице площадью 1 000 квадратных метров затрачивалось чуть больше 400 человеко-дней. Это было в три раза меньше, чем затрачивалось при выращивании овощей на той же площади в открытом грунте.

Таким образом, гидропонные теплицы, оснащенные автоматикой, как раз и стали первыми, самыми настоящими фабриками овощей. Советские ученые предрекали им большое будущее. Была абсолютная уверенность в том, что они получат широчайшее распространение и проникнут в такие районы, где традиционное овощеводство кажется немыслимым. Считалось, что фабрики овощей заменят, наконец, дедовские огороды с их парниками и обычными тепличками. Новые овощеводческие хозяйства планировалось организовывать как самые настоящие промышленные предприятия по производству растительных продуктов питания.

Но самое главное: современная (на тот момент) механизация и автоматизация подачи питательных растворов позволяла делать такую теплицу многоярусной. Эта мысль высказывалась советскими разработчиками еще шестьдесят лет назад! Иначе говоря, уже тогда ставился вопрос о создании вертикальных ферм. Согласно одному проекту, описанному еще в 1960 году, новейшая фабрика овощей должна была состоять из десяти пятиярусных корпусов размером 60 на 150 метров каждый. Для сообщений между ярусами и для транспортировки продуктов в каждом корпусе предполагалось устанавливать лифт. Опоры, на которые подвешивались лотки, одновременно служили бы опорами для всего оборудования корпуса – для трубопроводов, для осветительных приборов, для транспортеров, для мостков-переходов и для кровли. Часть урожая планировалось сразу же отправлять на переработку в построенный рядышком специальный цех. Разработчики были уверены, что новые плодоовощные предприятия – ввиду их фантастической урожайности (в пересчете на квадратный метр занимаемой общей площади) будут круглогодично снабжать овощной продукцией промышленные города (что было не под силу овощеводческим хозяйствам старого типа, даже очень крупным).

Показательно то, что аналогичные инновационные решения начинают наглядно воплощаться как раз в наши дни, спустя почти шестьдесят лет после того, как были высказаны предложения советских разработчиков по созданию автоматизированных вертикальных ферм. Российские компании, разрабатывающие сегодня технологии для сити-фермерства, по сути, возрождают именно это направление, некогда нами забытое. Поэтому при внимательном рассмотрении вопроса всё новое оказывается хорошо забытым старым. Хотя, как мы понимаем, возрождение былых инновационных решений происходит уже на более высоком технологическом уровне. Во всяком случае, шестьдесят лет назад в распоряжении проектировщиков еще не было ни светодиодных ламп, ни микроэлектроники. Так что можно надеяться, что в новых условиях мечта об автоматизированных и высокопродуктивных фабриках овощей начнет реально воплощаться в жизнь.

Олег Носков

Сотрудники компании «Дата Ист» представили ИТ-разработки на Международной конференции пользователей Esri в Сан-Диего (США).

Самая масштабная конференция в сфере геоинформационных систем открылась под лозунгом «GIS – The Intelligent Nervous System» и определила вектор движения умных технологий. Геоинформационные технологии играют большую роль в управлении городами и сохранении биоразнообразия на планете, они помогают предотвращать природные катастрофы и анализировать проблемы, связанные с изменением климата. Этим и другим проблемам посвящены ключевые доклады конференции. «Представления людей о мире постоянно меняются. Сегодня ГИС помогают создавать умные организации, чтобы каждый мог внести позитивные изменения в нашем мире. Это интеллектуальная нервная система, которая связывает всех нас и позволяет эволюции происходить в реальном времени, используя географию как объединяющий фактор», - отметил Джек Данжермонд, президент компании Esri, мирового лидера в сфере ГИС.

Около 18000 участников съехались из разных стран мира, чтобы узнать о будущем технологий и увидеть своими глазами современные разработки, которые влияют на мировые процессы, меняют отрасли, систему образования и управления.

 «Дата Ист» продемонстрировала новые версии своих программных продуктов XTools Pro, CarryMap Builder, TAB Reader, которые хорошо известны в России и за рубежом. Их используют ведущие нефтяные и горнодобывающие компании, природоохранные организации, исследовательские институты и вузы, крупные федеральные агентства и муниципалитеты. Так, с помощью CarryMap Builder ученые и путешественники создают интерактивные цифровые карты землетрясений и наводнений, туристических объектов, национальных природных парков.

«Это крупнейшая конференция в области геоинформационных технологий. Нельзя быть в курсе событий, не посещая таких мероприятий. Для многих компаний, и нас в том числе, — это своеобразный рубеж, когда значимые проекты и разработки могут быть представлены всему миру. Кроме того, это эффективная площадка для расширения круга деловых контактов и нового сотрудничества. Участвуя в конференции, можно сверить часы, понять основные тенденции и определить вектор движения. Мы привезли новые версии своих продуктов. У нас всегда есть чем порадовать наших клиентов», - сказал генеральный директор «Дата Ист» Вячеслав Ананьев.

Екатерина Вронская