Когда-то в Богемии, где впервые был обнаружен уран, работавшие на серебряных рудниках шахтеры активно использовали против болезней одно необычное свойство рудничной воды. Считалось, что при регулярном употреблении она способствовала уменьшению простудных заболеваний. Чтобы усилить этот эффект, они приносили домой кусочки радиоактивной руды и клали их в свои подушки. Насморк, действительно, у них полностью исчезал. Правда, потом эти люди умирали от рака, однако в те времена никто таких диагнозов еще не ставил. Борьба с простудой для шахтеров была, по всей видимости, актуальнее.

Эту историю о богемских шахтерах напомнил в своей лекции известный популяризатор атомной науки и ядерных технологий, преподаватель Санкт-Петербургского государственного технологического института Андрей Акатов. Рассказанная им история во многом показательна. Дело в том, что мы обычно воспринимаем радиацию как прямую угрозу для жизни, тогда как на самом деле её влияние на организм гораздо сложнее. А что касается источников излучения, то их, как выяснилось, намного больше, чем многим из нас кажется.

«Все предметы вокруг нас – в том числе и мы сами, в обязательном порядке радиоактивны», – отметил Андрей Акатов. Отсюда следует, что избежать воздействия радиации невозможно в принципе.

Впрочем, во многих случаях этого даже не нужно, поскольку радиация в малых дозах может оказывать положительное воздействие на организм. По словам эксперта, опыты, проведенные на животных, показали: если их полностью изолировать от воздействия ионизирующего излучения, то у них начисто пропадает желание питаться и размножаться. Все функции организма быстро угасают. Выражаясь философски, без радиации утрачивается воля к жизни. Более того, без воздействия ИИ резко падает иммунитет. «Если полностью убрать радиационный фон, – замечает эксперт, – то мы с вами будем гораздо чаще болеть, нежели это происходит в обычном состоянии». Именно для этого некоторые люди специально ездят на радоновые источники. То есть намеренно пытаются получить небольшую дозу облучения, чтобы «запустить» иммунные процессы. К слову, полезное действие радоновых ванн известно уже более двух тысяч лет. К подобному виду лечения прибегали еще древние римляне. То же самое было когда-то и у японцев.

Как показал Андрей Акатов, огромное количество объектов вокруг нас имеют определенное излучение, и тем самым они вносят свой вклад в общий радиационный фон. Для этого, собственно, не нужно дожидаться никаких аварий на атомных электростанциях. «Фонят» многие предметы, даже вполне обычные. Радиоактивные вещества, от которых мы в течение своей жизни получаем основную дозу облучения, очень часто содержатся в самых разных материалах и продуктах, используемых нами в повседневной жизни. В качестве наглядного примера Андрей Акатов приводит набережную Санкт-Петербурга. «В гранитах и вообще в изверженных из магмы породах очень много радиоактивного калия-40, тория и урана», – уточняет он. Если подойти с дозиметром к знаменитому Гром-камню, на котором высится памятник императору Петру Великому, то радиационный фон там в четыре раза выше, чем в целом по городу. Причем, этот фон в самом Санкт-Петербурге даже выше, чем на территории Ленинградской АЭС. Связано это с тем, считает Андрей Акатов, что человек, в силу своей техногенной деятельности, концентрирует вокруг себя различные природные радиоактивные вещества. 

Самый главный источник радиации в разных городах – в том же Санкт-Петербурге, в Мурманске, в Новосибирске, – это граниты и асфальт. В асфальте, на удивление, достаточно много радиоактивных веществ. «Когда вы идете по асфальту, – говорит Андрей Акатов, – то радиационный фон здесь заметно выше, чем когда вы идете по голой земле». Кстати, Горный Алтай, где граниты выходят на поверхность, также имеет место повышенный радиационный фон. Это одно из самых радиоактивных мест на территории нашей страны, утверждает Андрей Акатов. Схожая ситуация наблюдается и в Финляндии (также из-за гранитов). Этим она заметно отличается от соседней Ленинградской области.

Больше всего на радиационный фон влияет радон. Это так называемы «благородный» летучий газ. Он выделяется из почвы практически везде – поднимается по разломам в земле и совершенно спокойно проникает в наши дома, давая нам примерно половину от годовой дозы облучения. Так происходит по все планете – где-то чуть больше, где-то чуть меньше. Обычно радон поступает на первые и вторые этажи зданий (выше он не поднимается).

Еще один источник излучения – фосфатные удобрения. Радиоактивные вещества неизбежно концентрируются при переработке фосфатных руд, в связи с чем весь суперфосфат проходит обязательный радиационный контроль. «В противном случае можно перестараться и внести избыточное количество урана и тория под свои растения», – замечает эксперт.

Отдельная тема – строительные материалы. Самый радиоактивный строительный материал – это фосфогипс, получаемый при переработке упомянутых фосфатных руд. По мнению эксперта, если ваш дом построен с применением такого материала, то вы, возможно, находитесь в зоне радиационной опасности. В этом случае просто необходимо контролировать радиационную обстановку в вашей квартире и во всем здании. «Фонят» и некоторые газобетоны. Однажды из подобных материалов был построен поселок в Финляндии. В результате пришлось срочно расселять около ста домов, поскольку при проверке обнаружился повышенный радиационный фон. Некоторые строительные материалы интенсивно выделяют радон, из-за чего радиация может слегка «зашкаливать». В этом случае, считает Андрей Акатов, необходимо хорошо проветривать квартиру и регулярно проводить влажную уборку. Эти несложные меры обеспечивают вам нормальную защиту от повышенной радиации.

Радиоактивные вещества содержат и природные угли, используемые в тепловых станциях. И если углекислый газ при их работе улетучивается, то с радиоактивными веществами происходит все наоборот – они концентрируются в золе. Зола, в свою очередь, накапливается на территории станций. Поэтому, как это ни удивительно, возле городских ТЭЦ радиационный фон может оказаться выше, чем возле АЭС.

Даже сам человек является носителем радиоактивных веществ. Речь, в первую очередь, идет о калии-40 (К-40). Калий, как известно, помогает деятельности сердца и потому необходим человеку. К-40 является радиоактивным изотопом. Из-за него в каждом человеке, по словам Андрея Акатова, каждую секунду происходит четыре тысячи радиоактивных распадов. Соответственно, мы облучаем и самих себя, и своих соседей. Когда люди живут совместно, то они увеличивают суммарную дозу облучения примерно на один процент.

Наконец, самое интересное. «Атомщики, – объясняет Андрей Акатов, – придумали своего рода «банановый» эквивалент радиации. Бананы содержат большое количество калия. Поэтому этот популярный фрукт может запросто служить стандартом радиоактивности». Интересно, что когда партии бананов пересекают на границе пункты радиационного контроля, то нередко срабатывает ложная тревога из-за и их высокой природной радиоактивности.

Насколько банан радиоактивен? Согласно упрощенным расчетам, доза, которую мы получаем при флюорографии, равняется пятистам бананам. В принципе, считает эксперт, любую радиацию можно измерить в бананах. Хотя бананы –  далеко не самый радиоактивный продукт. У бразильских орехов радиоактивность еще выше. Это растение вдобавок ко всему умудряется «втягивать» в себя из земной коры радий-226. На сегодняшний день бразильский орех считается самым радиоактивным из всех известных продуктов. Где-то поблизости находятся грибы, некоторые крупы и зелень (особенно сельдерей).  

Впрочем, пугаться не стоит, поскольку радиоактивность указанных продуктов во много раз ниже опасного уровня. Так, годовая доза облучения, которую получают жители Новосибирской области (4 мЗв) эквивалентна сорока тысячам бананов. То есть, необходимо употребить целый контейнер этих тропических фруктов, чтобы приблизиться к обычным (и вполне нормальным) для нашего региона показателям.

Олег Носков

Наука и технологии должны стать мостом, соединяющим Россию и Японию. С такой оценкой выступил в воскресенье в Киото на открытии ежегодного Международного форума науки и технологии (STS) министр экономического развития РФ Максим Орешкин. 

"Развитие науки и технологий – национальный приоритет нашей страны, и мы открыты к технологическому сотрудничеству. И я как специальный посланник президента по развитию российско-японских отношений сделаю все возможное для того, чтобы наука и технологии стали мостом между нашими странами", – отметил он.

Выступая перед участниками международного форума, министр экономического развития РФ выразил уверенность, что с каждым годом технологии все больше используются в качестве оружия.

"Оружия для конкуренции в экономической и финансовой сферах, оружия, используемого на политической арене, и оружия для доминирования в том или ином виде, – подчеркнул Орешкин. – Дальнейшее использование технологий в качестве оружия продолжит оказывать негативное влияние на мировой рост и рост благополучия".

Он также отметил, что международное сообщество только совместными усилиями сможет "вернуть науку и технологии на службу человечеству".

В Киото в воскресенье начал свою работу ежегодный Международный форум науки и технологии в обществе. Это мероприятие уже в 15-й раз собирает свыше 1,5 тыс. ученых, предпринимателей, политических и общественных деятелей из более чем 150 стран мира, включая Россию.

Екатерина Штукина

«Наука в поисках Бога» – книга с таким названием совсем недавно появилась на прилавках книжных магазинов и уже (если верить издателю) стала хитом продаж. Автор книги – знаменитый американский астрофизик и популяризатор науки Карл Саган, достаточно хорошо известный российскому читателю. Чем особенно привлекательна эта книга? Наверное, тем, что Сагана у нас воспринимают как ярого ниспровергателя религиозных догм и борца за научное просвещение. Воспринимают его по аналогии с советскими пропагандистами научного атеизма. Мы давно привыкли к такому стилю и логике подобных ниспровержений, ведущих всегда к одному единственному выводу: религию и саму идею Бога – долой! Очевидно, что от Сагана многие из нас ждали того же самого. И вдруг, как снег на голову: «Наука в поисках Бога»…

Перефразируя одну поговорку: если долго всматриваться в космос, то космос начнет всматриваться в тебя. Быть может, созерцая неисчислимые галактики и мириады звезд, астроном начинает испытывать какие-то особые, сильные чувства, пораженный величием мироздания. «Я не знаю лучшего способа задействовать религиозное восприятие, ощутить религиозный благоговейный трепет, чем посмотреть в небо ясной ночью», – признается автор книги. Для Сагана, выросшего в иудейской среде и впитавшего в себя с детства ветхозаветную традицию, идея Бога-Творца не была пустой абстракцией. Энтузиазм исследователя, конечно же, привел его к отрыву от ортодоксии, но в глубине души оставалась тяга к чему-то невыразимому, к тому, что открывается исключительно человеческому сердцу.

Редактор упомянутой книги сравнивает Сагана с ветхозаветным пророком, разрушающим стены, которые не позволяли людям с открытым сердцем воспринимать «научные откровения». Саган, отмечается в предисловии, не мог жить двойной жизнью, «используя в лаборатории одно мировоззрение, а другое, противоположное, оставляя для празднования субботы». Как выясняется, он серьезно изучал мировые религии, с такой же жаждой знаний, как и в научной области. «Дискутируя с представителями духовенства, он случалось, умудрялся превзойти их в цитировании священных текстов», – читаем мы. Иногда из таких дискуссий рождалась дружба и совместная деятельность.

Саган не стремился к тому, чтобы отделять науку (как один из способов поиска истины) от того, что мы связываем со священным. По его убеждению, познание священного еще не завершилось. Именно поэтому старые ортодоксальные представления о Боге и его творении плохо согласуются с современными знаниями о мире. Небеса, считает Саган, дают нам понять, что «конечность не только жизни, но и целых миров, целых галактик, по сути, несколько противоречит общепринятым западным (но не восточным) религиозным представлениям». Его вывод звучит ошеломительно: общая проблема большинства западных религий заключается в том, что «изображенный ими бог слишком незначителен». «Это бог маленького мирка, а не бог галактики, а уж тем более Вселенной», – утверждает Саган. По его мнению, дело не в том, что в далекие времена было недостаточно терминологии для описания истинных масштабов космоса. 

Богатый метафорический язык священных писаний, считает он, позволяет иносказательно изобразить и галактику, и Вселенную, но ничего этого там нет. «Там выведен бог одного крошечного мирка», – так Саган формулирует главную проблему современной теологии.

Напомним, что сегодняшняя космология рисует нам безграничные пространства Вселенной, заполненной тысячами галактик с миллиардами звезд. Мало того, даже слово «вселенная» уже не употребляется в единственном числе – речь теперь идет о множестве вселенных. Со времен Коперника границы космоса были расширены на головокружительные расстояния, и теперь не только наша планета, но и вся Солнечная система воспринимается как крохотная песчинка в безбрежном океане бытия. В своих книгах Саган постоянно напоминает об этом обстоятельстве. Земля, по его выражению, – лишь «голубая точка» во Вселенной. И живем мы не в центре, а на «задворках» галактики. Попытка придать нашей планете или Солнечной системе центральное положение неизбежно ведет к разочарованию, считает ученый. «Вселенная не отвечает нашим ожиданиям», – замечает он.

Как известно, Саган был одним из инициаторов поиска внеземного разума. Постепенно он пришел к выводу, что землянам нет смысла посылать сигналы в космос. Правильнее будет – искать сигналы от инопланетных цивилизаций, которые наверняка окажутся более продвинутыми в техническом плане. И, скорее всего, именно они попытаются выйти с нами на связь. Как могут выглядеть эти инопланетные существа? – задается вопросом ученый и дает красивый ответ: биологическая конституция не имеет здесь никакого значения. Физические законы везде одинаковы, но именно с физической точки зрения рассматривать наших «братьев по разуму» не имеет никакого смысла. Смысл имеет только интеллектуальное родство между разумными существами.

«Само наличие техногенной цивилизации, – пишет Саган, – говорит о том, что в какой-то степени вы разобрались с истинным устройством Вселенной. И потому мне кажется, что именно в этом – и только в этом – смысле есть резон говорить о близости между нами и более развитыми существами».

Интересно, что Саган не исключает возможность посещения Земли инопланетянами, хотя при этом он не склонен вливаться в ряды уфологов, поскольку считал вопрос, связанный с НЛО, слишком деликатным. Он выступает за «скептическую придирчивость», которая касается, в том числе, и чисто религиозных вопросов. Такой подход лежит в основе разделяемой им естественной теологии.

Естественная теология, напомним, опирается не на откровение и не на мистические переживания. Подобно науке, здесь знание получается исключительно путем логических рассуждений, путем опоры на факты и экспериментальные данные. Саган в этих вопросах не одинок. Яркий пример тому – Альберт Эйнштейн, также рассуждавший о Боге. По мысли Сагана, для ученого это понятие включает в себя (по сути своей) некий «ряд невероятно мощных физических принципов, объясняющих многое из устройства Вселенной, никаким другим объяснениям не поддающееся». Наличие универсальных физических законов он трактует как проявление «неожиданной упорядоченности мироустройства». И если речь идет об этих законах, «тогда никто из нас не может быть атеистом», – заключает ученый. В этом смысле все мы – «верующие».

Саган обращает внимание на то, что, обсуждая вопрос происхождения Вселенной, мы неизбежно подводим себя к другому вопросу: а что было до её происхождения? Отношение астрофизиков к этому двоякое. Одни категорически исключают саму постановку такого вопроса (это примерно то же самое, как если спросить богослова о том, кто «создал» Бога?). Но есть и другая позиция. Саган формулирует ее так: мы живем в пульсирующей Вселенной, у которой имеется бесконечно повторяющийся цикл сжатия и расширения. Первая позиция («не спрашивай, что было до») соответствует иудео-христианской традиции, вторая – отчетливо перекликается с индуизмом.

Не признавая за религией сколь-нибудь серьезного значения в деле познания мира, Саган, тем не менее, не стремится к тому, чтобы покончить с религиозными традициями раз и навсегда (за что обычно выступают убежденные атеисты). Религия, считает он, «может пробуждать сознательность», задавать модели поведения. Религия может бороться с фатализмом и вселять надежду. Самое важное, считает он, «у религии много функций, посредством которых она может способствовать предотвращению катастрофы». Ряд религий, отмечает Саган, проповедует моральные устои, которые имеют непосредственное отношение к этой глобальной проблеме.

В этой связи отстраненный взгляд на положение нашей планеты в пространстве и времени, по мнению Сагана, обладает не только познавательным, то также нравственным потенциалом. В том ракурсе, в котором мы видим снимки Земли из космоса, «сразу становится ясно, насколько это хрупкий и тесный мир, и как бесконечно пагубны для него бесчинства его обитателей». И сейчас, заявляет ученый, ключевой вопрос для нас не в том, будет ли существовать Земля дальше, а в том, будем ли существовать на ней мы?

Олег Носков

В Кемерове во время археологических раскопок были обнаружены уникальные артефакты – монета 1748 года, фрагменты керамической и фарфоровой посуды и кованные гвозди.

Находки относятся к периоду 17-18 веков, когда на территории современного города уже существовали поселения. Это подтверждает карта 1840-х годов, на которую, в частности, нанесены все постройки деревни Кемеровой. Из деревень, составивших ядро областной столицы, первоочередным объектом стала бывшая деревня Кемерова, которая располагалась на правом берегу реки Томи в месте впадения в неё ручья Крутой. Сейчас эта территория относится к Кировскому району. Археологи Федерального исследовательского центра угля и углехимии смогли, несмотря на плотную застройку, найти участок, свободный от строений, на котором ранее, судя по карте, размещался амбар.

Уже весенняя разведка дала много находок, а сейчас ученым вместе с преподавателями и студентами КемГУ удалось проследить культурные слои разных периодов трехсотлетней истории. Это и керамика, и фрагменты посуды, изготовленные на ручном гончарном круге, кованные гвозди. Одной из самых удивительных и значимых находок стала монета 1748 года выпуска, которая была в обращении на территории России с 1747 по 1753 годы во времена императрицы Елизаветы Петровны.

Глава города Илья Середюк побывал на месте археологических работ: «У нас появляются новые знания о том, кто здесь жил, каков был их быт. Слой за слоем мы видим, что эти поселения основаны ранее 19 века. Теперь мы строим планы по освоению новых участков, раскопки планируется начать весной будущего года», – отметил он.

Ученые уже определили наиболее перспективное место раскопок – участок, где находилась часовня. Еще в планах – расширить ареал исследований вплоть до территории, которую занимал Верхотомкий острог (территория Кемеровского района).

Археологические раскопки стали возможны благодаря трёхстороннему соглашению между администрацией города Кемерово, КемГУ и Федеральным исследовательским центром угля и углехимии СО РАН. Кроме того, на эти цели получен грант Президента РФ. Найденные артефакты будут обработаны и войдут в основу будущей выставки в музее археологии. 

Знаменитая научно-фантастическая лента Стивена Спилберга «Парк Юрского периода» сразу вызвала критическую реакцию со стороны специалистов по древней фауне. По уверению палеонтологов, показанные там динозавры относились к Меловой, а отнюдь не к Юрской эпохе. Но самым «непростительным» моментом оказался облик кровожадных велоцирапторов. Мало того, что создатели фильма сильно преувеличили размеры этих тварей, так еще намеренно лишили их… перьевого покрова.

К слову, Спилберг был проинформирован о птичьих чертах в облике динозавров еще на стадиях создания фильма. По этой причине у велоцирапторов убрали раздвоенные змеиные языки и уподобили их движения птицам. В итоге эти ящеры стали выглядеть, как ощипанные зубастые индюшки с длинными хвостами. Вдобавок один из главных героев – палеонтолог Алан Грант – постоянно талдычит в фильме о том, что птицы являются потомками динозавров. Этим, похоже, ограничился компромисс режиссера с наукой. Все остальные доисторические чудовища выглядели в полном соответствии с устоявшимися представлениями, как будто взятыми из картин Зденека Буриана.

Создатели последующих картин этой серии пошли тем же путем, в результате чего им еще больше досталось на орехи от нынешних палеонтологов, успевших за прошедшее десятилетие радикально изменить свои представления об «ужасных ящерах». В наши дни неожиданно выяснилось, будто это были не совсем ящеры (то есть не совсем рептилии). Возможно, уверяют нас, динозавры являлись теплокровными и очень подвижными существами. Конечности у них также были прямыми, а не расставленными в стороны, как у ящериц. Но самой впечатляющей особенностью (опять же, если верить палеонтологам) было наличие у динозавров перьевого покрова – если не у всех, то почти у всех, включая грозного тираннозавра, который выступил в роли самого кошмарного чудища в упомянутых голливудских лентах.

В общем, палеонтологов не устраивает то, что создатели фильмов якобы игнорируют новейшие открытия в этой науке, потчуя зрителей устаревшими (а значит, неправильными) картинками. Дескать, рептильный облик динозавров – это дань прошлому столетию. В реальности же не только велоцирапторы, но и тираннозавры походили на зубастых хвостатых птиц, нимало не ассоциируясь с известными представителями класса пресмыкающихся.

К этому взгляду, надо сказать, палеонтология шла постепенно, и нынешние заявления о поголовном перьевом покрове динозавров звучат как шальная постмодернистская выходка. Сторонникам «классики» в этом случае ничего другого не остается, как подвергнуть столь смелое заявление если не проверке, то, по крайней мере, логическому осмыслению. Так ли уж всё было на самом деле, и нет ли здесь натяжек и преувеличений?

О том, что в строении скелетов некоторых динозавров имелись черты, схожие со скелетами птиц (например, наличие полых костей или «птичье» строение таза), известно даже школьникам. Богатую пищу для размышлений в этом отношении давали двуногие хищные динозавры, обликом своим чем-то напоминавшие известных нелетающих пернатых вроде страусов или казуаров. В результате анатомических сопоставлений у некоторых палеонтологов возникла мысль о генетической связи между этими существами и первыми птицами. Двуногие хищники как будто напрашивались на роль прародителей пернатых. Такие гипотезы уже вовсю высказывались во второй половине прошлого столетия, но о сплошном оперении самих динозавров речь до поры до времени не шла. Отдельные предположения на этот счет высказывались, однако конкретные свидетельства у палеонтологов появились только в 1990-е годы, когда на территории Китая были найдены останки небольших хищных динозавров с отчетливыми отпечатками перьевого (как принято считать) покрова. Чуть позже ученым попались и более крупные оперенные экземпляры, в том числе – один из родственников знаменитого тираннозавра.

Таким образом, ничто не мешало палеонтологам выделить особую группу «пернатых ящеров» (что, собственно, и было сделано). Но научная мысль пошла по этому пути еще дальше, определив наличие перьев как один из важнейших признаков динозавров. Этот вывод сегодня преподносится в качестве неоспоримой истины в различных научно-популярных изданиях. В недавно вышедшей книге американского палеонтолога Дэвида Хоуна «Хроники тираннозавра: Биология и эволюция самого известного хищника» на полном серьезе заявляется, будто птицы – «это самые настоящие живые динозавры». Соответственно, их предки имели схожее строение, следовательно, наличие перьевого покрова у динозавров вряд может рассматриваться как что-то невероятное и «экзотическое». То есть грань между птицами и динозаврами стерта здесь окончательно. При этом Хоун утверждает, что к этой идее к концу 1980-х годов пришло большинство палеонтологов.  

Таким образом, объявив птиц «живыми динозаврами», палеонтологи сразу устранили все неудобные вопросы. Например, если мы спросим, зачем понадобились перья громоздким хвостатым рептилиям, то ответ будет звучать просто: потому что это не совсем рептилии, а может – вообще никакие не рептилии. Они – птицы (ну, или прародители птиц – что не меняет сути)! В самом деле, мы ведь не задаемся вопросом, зачем нужно оперение страусам или пингвинам, учитывая, что они не летают. Просто они – птицы, и этим как бы всё сказано. То же самое, как мы видим, переносится и на динозавров (якобы «предков» птиц). Коль динозавр, значит – оперен.

Хоун на этот счет дает поразительный образец «научной» логики. На его взгляд, недавние находки оперенных динозавров наконец-то раскрыли тайну истинных покровов этих существ. Иными словами, если отдельные виды обладали перьями (допустим, что это были действительно перья), значит у ученых – согласно этой логике – есть веские основания переносить данный признак на ВСЕХ  динозавров.

Это не значит, конечно, что все динозавры обязательно должны были иметь перья. Просто теперь палеонтологу ничто не мешает «примерять» такой наряд к тому или иному виду этих мезозойских тварей.

В частности, тираннозавр в изображении Хоуна как раз стал пернатым. Вдобавок ко всему, теперь этому хищнику приписывают птичью походку, чисто птичьи (как у орлов) движения головы, зоркий глаз и такую же активность и подвижность (включая, наверное, и сообразительность).

Разумеется, нам трудно с ходу принять столь революционный поворот в палеонтологии. То же самое, наверное, касается и постановщиков научно-фантастических фильмов, коим привычнее изображать древних чудовищ в стиле Буриана. Зато современный палеоарт, похоже, решил откликнуться на сенсационные научные открытия, создав совершенно новую стилистику в изображении вымерших существ. Динозавров теперь стали изображать «по-современному»: они начали приобретать не только перья, но и заметно изменились в пропорциях. Художники нарастили им мышцы и даже «добавили» подкожного жиру. В итоге некоторые динозавры стали больше походить на забавных игрушечных зверушек, чем на «ужасных ящеров». Такая «мультяшная» стилистика настолько отличается от привычной для нас «классики», что уже трудно провести границу между подлинно научной реконструкцией и художественным вымыслом.

Мало того, нынешние художники постоянно норовят проявлять остроумие, позволяя себе обыгрывать самые необычные (но «жизненные», на их взгляд) сюжеты, вроде брачных игр, валяний в грязи и даже гомосексуальных отношений (!) в мире динозавров. Фантазия, конечно, бьет здесь ключом, и нам становится всё труднее и труднее уловить в подобных выдумках связь с наукой. В этом плане я нисколько не удивлюсь, если указанные революционные открытия в области палеонтологии дадут повод для столь бурной волны остроумия, которая превратит палеонтологию в банальное развлекательное шоу.

Олег Носков

Микробиологи Тюменского государственного университета (ТюмГУ) обнаружили в почвах Крайнего Севера бактерии, которые можно использовать для восстановления загрязненных нефтью территорий и акваторий. Результаты их изучения представлены на конгрессе в Италии, сообщает в четверг пресс-служба вуза.

"Микробиологи Института экологии и рационального использования природных ресурсов ТюмГУ обнаружили в почвах около устройств по сжиганию попутного газа на нефтяных месторождениях севера Тюменской области углеводородокисляющие микроорганизмы. Результаты исследований, выполняемых в рамках госзадания, они представили на конгрессе, который состоялся на острове Искья в Италии".

"Поиск новых микроорганизмов актуален, так как позволяет разрабатывать новые методы восстановления загрязненных нефтью и нефтепродуктами территорий и акваторий путем применения эффективных штаммов микроорганизмов",  – сообщили в пресс-службе.

По словам ведущего научного сотрудника Института экологии и рационального использования природных ресурсов ТюмГУ Александра Галушко, микроорганизмы, способные жить в экстремальных условиях, относятся к так называемым экстремофилам. "К ним [экстремальным условиям], например, относят высокие и низкие значения температуры, рН, давления и другие", – приводит пресс-служба слова ученого. 

Как рассказали в пресс-службе вуза, проект выполняется совместно с сектором экологической микробиологии Агротехнического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург). "Ученые планируют получить новые данные о присутствии и распространении микроорганизмов, развивающихся как в почвах Крайнего Севера, так и более южных районов. Ранее в поверхностных слоях грунтов северных районов систематически это не оценивалось, поэтому полученные результаты внесут вклад в понимание биоразнообразия обитающих микроорганизмов и прогнозирование изменений в разнообразии микрофлоры планеты", – уточнили в вузе.

Ранее сообщалось, что исследование стало возможным благодаря поддержке проекта Минобрнауки РФ. По словам ученых, интерес к микробиологическим процессам в регионах с вечно-мерзлотными почвами связан с глобальным потеплением, поскольку в результате повышения температуры в холодных регионах почвы прогреваются, вследствие этого усиливаются разнообразные микробиологические процессы. Дополнительно в рамках проекта будут исследованы образцы почв более теплых регионов: юга Тюменской области и Апшеронского полуострова.

Прямо сейчас, для многих незаметно, идет перезапуск отечественной науки. Последствия этого процесса нельзя переоценить — их вообще нельзя себе представить. Пережив развал 1990-х и болезненное реформирование Академии наук, первые лица и государства, и научного сообщества пришли к мнению, что у нас еще есть огромный научный потенциал, но уже и накоплено огромное отставание от развитых экономик в технологическом развитии. В отечественной науке настало время больших надежд. Осталось дождаться утвержденного плана финансирования.

Флагманом перезапуска стал новосибирский Академгородок. Результатом визита туда президента Владимира Путина в феврале этого года на День науки стали президентские поручения от 18 апреля о принятии программы развития Новосибирского научного центра (ННЦ) и комплексного плана развития Сибирского отделения РАН. Тридцатого сентября правительство РФ должно выпустить распоряжение о начале реализации программы с приложением в виде плана. В самом ННЦ это называют «Академгородок 2.0».

В последних числах августа в новосибирском Академгородке прошел шестой Форум технологического развития «Технопром-2018». От предыдущих пяти его отличали две детали — незначительная и существенная. Во-первых, в связи с некоторыми организационными неувязками его сдвинули с обычного времени проведения — в июле — на конец лета. А во-вторых, на форум приехал президент РФ Владимир Путин, и это не был формальный дружеский визит. Первые лица Российской академии наук вообще и его Сибирского отделения в частности представили президенту проект «Академгородок 2.0».

Сейчас уже трудно вспомнить, кому принадлежит авторство самого термина «Академгородок 2.0», но идея бродила давно. Год назад председатель Сибирского отделения РАН академик Валентин Пармон выдвинул идею «Кремниевой тайги». А в конце прошлого года тогда еще временно исполняющий обязанности губернатора Новосибирской области Андрей Травников на одном из совместных заседаний правительства области и президиума СО РАН заявил, что назрела необходимость глубокой инфраструктурной реформы Академгородка, создания обновленной и более эффективной структуры «Академгородок 2.0». Но старожилы припоминают, что слышали это название еще раньше.

На одном из последних заседаний президиума СО РАН отметили, что после долгих лет застоя в науке началась мобилизация: ученые могут работать вместе, есть перспектива конкретных результатов в разных науках, и есть надежда, что это движение поддержит страна. Если получится у сибиряков, это станет сигналом к возрождению для всей российской науки. «Академгородок 2.0» долго вызревал во многих головах, но к приезду президента счастливо сложились обстоятельства — региональная власть восприняла проблему развития Академгородка как проблему развития всей области.

— От нас ждут Нобелевских премий по фундаментальной науке, — так определяет суть происходящего в Сибирском отделении РАН академик Пармон. — Некоторые из этих исследований считаются отвлеченными, но без этих работ нельзя продвигаться дальше — они дают задел на будущее. Есть прямые указания президента о тех направлениях, которые сейчас стратегически важны для российской науки, для mega science. Россия отстает в области генетических разработок. Обозначены прорывные задачи для реального сектора экономики и оборонки. Есть проблема с микроэлектроникой и элементной базой. Много стратегически важных вещей, связанных с аэродинамикой, гидродинамикой — это крупные турбины, будущее энергетики. Большие задачи поставлены перед медициной. Один из центральных проектов — это медицинский научно-образовательный комплекс, консолидация нескольких медицинских институтов и университетов, планируется создание исследовательской клиники — не учебной, а направленной на разработку новых технологий. Есть прорывные задачи в ядерной медицине. В Академгородке одни из самых компетентных в стране специалистов, надо дать им развиваться.

В наиболее упрощенном виде «Академгородок 2.0» представляет собой 25 научных проектов (позднее их количество увеличилось до 31), которые на «Технопроме» представили как приоритетные. Часть из них, такие как источник синхротронного излучения СКИФ и центр «Генетические технологии», чуть позже вошли в концепцию национального проекта «Наука».

Строительство в новосибирском Академгородке Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ) — часть большого проекта ИССИ-4 (Источник специализированного синхротронного излучения), в рамках которого еще один источник синхротронного излучения уже строится в Курчатовском институте и еще один планируется в недалеком будущем построить на Дальнем Востоке, на острове Русский.

— Что такое СКИФ? — спрашиваю я.

— Ну, давайте начнем с общефилософских вещей, — отвечает академик Павел Логачев, директор Института ядерной физики (ИЯФ) им. Г. И. Будкера СО РАН после некоторого раздумья. — Успехи и продвижение в областях науки, как правило, зависят от инструментария, который есть в распоряжении ученых. Совершенствуя инструмент, они начинают видеть то, чего раньше не видели, и понимать то, чего раньше не понимали. То есть наука, с одной стороны, получает новые знания, а с другой — создает новые инструменты, чтобы добыть эти знания. В результате открываются новые эффекты и законы, которые в будущем никогда не изменятся. Это и есть фундаментальная наука. Она приводит к новым технологическим и физическим возможностям. Новые инструменты позволят уже в других областях науки заглядывать туда, куда раньше не удавалось. В этом смысл развития физики, методы которой являются основным локомотивом прогресса в других науках.

Сегодня многие считают, что старую парадигму науки нужно менять. Но есть два принципа, которые всегда верны для жизни и успеха отдельного человека, народов, наций и целых цивилизаций. Во-первых, у вас должен быть «царь в голове», то есть набор принципов, которые не меняются веками и тысячелетиями. Во-вторых, вы должны быть открыты всему новому, чтобы воспринимать информацию и использовать возможности, которые она дает. Но, чтобы эту информацию добыть, вы должны владеть достоверными методами ее получения.

Физика и математика — это как раз те науки, которые оперируют такими методами и устанавливают базовые принципы. Работать именно с такими методами крайне важно, потому что чем дальше ученые переходят к изучению более сложных систем, тем более критерии истинности и объективности размываются из-за множества состояний самой системы, среди которых одно состояние легко перепутать с другим. СКИФ и современные источники синхротронного излучения, являющиеся частью большого проекта Курчатовского института ИССИ-4, позволят заглянуть далеко за горизонт известных знаний.

Если говорить совсем образно, СКИФ — это супермикроскоп. Прибор, который поможет заглянуть туда, куда сегодня мы заглянуть не можем. Особенностью этой установки будет колоссальная яркость. Это ключевой параметр для синхротрона, от него зависит точность измерений и качество эксперимента.

Беспрецедентная яркость СКИФа позволит вам разглядывать отдельные атомы, и вы сможете в подробностях рассмотреть сложные органические молекулы и биологические структуры.

При этом сгустки фотонов из синхротрона короткие, они следуют друг за другом с интервалом в несколько наносекунд. Это позволяет видеть не статическую картинку, а снимать развитие процессов во времени. Актуальность и срочность реализации проекта ИССИ-4 в том, что другие страны уже давно проводят недоступные пока отечественным ученым эксперименты. Мы должны поторопиться, чтобы Россия в сфере науки и высоких технологий не отставала от всего мира.

— А зачем мне в подробностях рассматривать структуры, о которых вы говорите?

Павел Владимирович на несколько наносекунд теряет дар речи и терпеливо продолжает:

— Наука строится таким образом, что вы должны увидеть, как происходит процесс. Увидев, измерив, записав — разобраться и понять, почему происходит именно так. Выстроить соответствующие закономерности, построить теории и на основе всего этого предсказывать, как эта система будет себя вести, а значит, вы сможете конструировать то, что вам нужно.

— Для каких конкретных целей будет применяться СКИФ?

— Вам лучше об этом спросить у специалистов, которые станут пользоваться источниками излучения. Но могу заметить, что за последние двадцать лет сорок процентов Нобелевских премий в области биологии, в изучении белковых структур были получены исключительно на установках синхротронного излучения и только благодаря этим возможностям.

— Почему необходимость построить СКИФ возникла именно сейчас?

— Сделать самый современный источник СИ мы могли всегда. Сейчас особенно, потому что при участии в создании синхротронов за рубежом приобрели необходимые опыт и технологии. С другой стороны, государство осознало степень тяжести этой проблемы — системного катастрофического отставания в области НТП, связанное с отсутствием такого инструмента. Профиль ИЯФ — разработки мирового уровня, мы не делаем что-то ординарное, мы стремимся выйти в мировое лидерство по ключевым параметрам. Например, мы продемонстрировали это, выведя в лидеры самый лучший на сегодня источник СИ на планете — NSLS-II в Брукхейвенской национальной лаборатории (США, Аптон, основана в 1947 году, используется для исследований министерства энергетики США, в основном для исследований в области ядерной физики). Помогли нашим американским коллегам — до этого попытки других стран запустить подобные установки и выйти в лидеры закончились неудачей.

Значение СКИФа и всего проекта ИССИ-4 переоценить невозможно — не существует ничего сравнимого по масштабу и важности для развития многих наук. Химия, физика, генетика и геномные исследования, фармакология, материаловедение, нанотехнологии, молекулярная биология, геология и даже археология — все это с помощью синхротрона выносится на самый высокий мировой уровень. Даже прикладная медицина — мы сейчас отрабатываем технологию лечения онкологических заболеваний с помощью пучка синхротронного излучения. Мышек уже лечим…

Первая очередь СКИФа должна заработать в 2024 году, на полную мощность он должен выйти к 2035 году.

Павел Логачев, директор Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН: «Сегодня многие считают, что старую парадигму науки нужно менять. Но есть два принципа, которые всегда верны для жизни и успеха отдельного человека, народов, наций и целых цивилизаций. Во-первых, у вас должен быть “царь в голове”, то есть набор принципов, которые не меняются веками и тысячелетиями. Во-вторых, вы должны быть открыты всему новому, чтобы воспринимать информацию. Но, чтобы эту информацию добыть, вы должны владеть достоверными методами ее получения».

Время уклоняться от объятий

Проект «Академгородок 2.0» возник на подготовленной почве, из семян, заложенных, как ни странно, еще во время развала страны в 1990-е годы. Для ученых это было время сохранения накопленного. Тогда оставалось только два не всем доступных источника жизнеобеспечения — госконтракты и коммерциализация разработок. Госконтракты поступали в основном по линии ВПК, с которым у Академии наук традиционно было тесное сотрудничество. Хрестоматийный для Сибири пример — новейший вертолет Ми-28 «Ночной охотник», уникальный всепогодник и круглосуточник. Он оборудован мультивизором, которым экипаж сканирует пространство сразу во всех диапазонах. Фотоприемник для него разработан в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН и производится в филиале этого института.

Нужно понимать, что в 1990-е было два потоковых процесса бегства из науки. Традиционно считается, что в основном это «отток мозгов» за границу, в результате чего, например, до сих пор существует целая колония сибирских ученых в Хьюстоне — центре не только ракетно-космических, но и нефтегазовых наук. Но был и второй путь, который назывался страшным словом «депрофессионализация» — уход в бизнес. На практике ученые не только шли торговать «сникерсами». Они учились делать бизнес и из свой фундаментальной работы. Например, в то время в Институте физики полупроводников СО РАН была изобретена и запатентована специфическая спектрометрия. В результате возникло одно из первых наукоемких предприятий Академгородка — «Эконова», которое производит спектрографы до сих пор.

Закончились 1990-е и начался долгий период ремиссии. Государство обратило свой на науку уже в 2000-е. В мае 2008 года, когда председателем СО РАН был избран академик Александр Асеев, был выбран курс на усиление работы с реальным сектором экономики. До 2014 года некоторые институты вышли на интересные показатели: соотношение бюджетного и внебюджетного финансирования составило 50:50. Сначала это были гранты, которые новосибирские ученые, молодые и зубастые, легко выигрывали.

Тогда же запустили в оборот слово «инновации». В приказном порядке госпредприятиям и акционерным обществам с госучастием было предписано разработать ПИРы — планы инновационного развития, которые выполняются поныне. По сути, это соцобязательство по инновациям — некий завод берет на себя обязательство к установленному сроку разработать энное количество новых технологий, внедрить их и получить соответствующие патенты. За инновациями производственники, естественно, шли к ученым. Кроме того, очень вовремя появился 217-ФЗ, который разрешал и предписывал открывать инновационные компании госучреждениям, в том числе академическим институтам. Во второй половине 2000-х ученые открыли довольно много таких предприятий. Наглядный пример — наукоемкий заводик при Институте геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, который выращивает кристаллы удивительной чистоты и геометрии для всего, включая промышленные лазеры и прочие точные приборы.

Прямым следствием «коммерческих инноваций» стало возникновение в Новосибирском научном центре одного из первых в стране технопарков.

«Региональные власти заинтересованы в развитии инновационного сектора, он уже приносит прибыль. Малые предприятия технопарка получили 26 миллиардов рублей чистого дохода в прошлом году», — комментирует ситуацию академик Валентин Пармон.

Первая, неудачная, попытка реформировать большую науку была предпринята в 2013–2014 годах. Двадцать восьмого июня 2013 года в новосибирском Академгородке царило ощущение августовского путча. Накануне состоялось последнее перед летними каникулами заседание правительства, когда был внесен убийственный для РАН законопроект — она подлежала ликвидации, а на ее основе предполагалось создать нечто новое, что еще не имело точных контуров. Сразу появились общественные объединения, такие, как «Клуб 1 июля», проводились акции неповиновения. Состоялся флешмоб, когда ученые надели белые, синие, черные рабочие халаты, кто в каких был, и в знак протеста выстроились вдоль проспекта Лаврентьева, на котором стоит большинство институтов, спиной к проезжей части. А на дамбе ОбГЭС молодые ученые нанесли надписи «Хватит кошмарить науку» — частично они сохранились до сих пор.

В результате 28 сентября был принят вступивший в силу с 1 января 2014 года 253-ФЗ, слегка смягченный: Академию наук не ликвидировали, но она прекратила быть управляющей компанией для институтов, которые, со всеми клиниками и полями, транспортом и установками, перешли в Федеральное агентство научных организаций. Оно управлялось научно-консультативным советом — неуклюжим образованием, куда включили наиболее лояльных реформе академических ученых. ФАНО сделало одну большую полезную работу — провело инвентаризацию всего имущества. Но сейчас ФАНО, выполнив свою миссию и нанеся неизбежный ущерб, находится в процессе ликвидации. Его территориальные управления в полном составе перешли в Министерство науки и высшего образования.

В мае 2017 года сменилось руководство РАН, ее президентом стал академик Александр Сергеев. После выборов первые шаги академии были направлены на повышение степени доверия между руководством государства и представителями научной сферы. Сергеев заявил, что Академия наук готова к диалогу, готова работать на реализацию Стратегии научно-технического развития, принятой в конце 2016 года. Хотя к ней высказывались критические замечания, документ получился взвешенным и рамочным — он отступает от конкретных формулировок и дает РАН возможность выстраивать планы научных исследований, как сказано в стратегии, «которые вытекают из логики развития науки». Это позволяет самим ученым формулировать задачи на будущее, но в то же время предполагает и конкретные цели, ответы на большие вызовы, которые стоят перед обществом.

Валентин Пармон, академик, председатель СО РАН: «От нас ждут Нобелевских премий по фундаментальной науке. Есть прямые указания президента о тех направлениях, которые сейчас стратегически важны для российской науки. Россия отстает в области генетических разработок. Обозначены прорывные задачи для реального сектора экономики и оборонки. Есть проблема с микроэлектроникой и элементной базой. Большие задачи поставлены перед медициной».

НГУ

В Сибири должны появиться точки притяжения.

— Современная парадигма развития Сибири полностью неадекватна реалиям. Если не будет населенной Сибири, Россия может потерять Дальний Восток. Если раньше основной приток постоянного населения давала промышленность, то сейчас она использует небольшое количество людей и вахтовый метод. По СФО почти по всем регионам есть отток, кроме Новосибирска, — объясняет ситуацию академик Пармон. — Выпускники школ должны идти в вузы по месту жительства, а после выпуска там же оставаться работать. Это автоматически даст развитие инновационному сектору.

— Чтобы проект заработал максимально эффективно, необходимо, чтобы здесь собралось и динамично развивалось научное сообщество мирового уровня. Можно ли ученых такого уровня поселить в землянки? Какой бы вы новейший прибор ни построили, если нечего кушать и негде жить, никто не будет этим заниматься. Именно поэтому и появился проект «Академгородок 2.0», — уточняет академик Логачев. — Мы построим СКИФ. С его помощью обнаружим нечто невероятное, например новый принцип работы хлорофилла в фотосинтезе. Предположим, это будет иметь огромный потенциал в практической области. Условно говоря, мы сможем влиять на растения или создавать искусственные системы, которые обладают теми же свойствами. Это прорыв, новые технологии, новые рынки. Но если здесь нет высокотехнологического бизнеса, технопарков, инфраструктуры — результат тут же уплывет на Запад, в Китай, и люди туда же уедут. А зачем тогда мы строили СКИФ?

Именно поэтому наряду с передовыми научными разработками заявлен проект развития Новосибирского государственного университета. Только проекту СКИФ понадобится порядка двухсот молодых специалистов, обладающих междисциплинарными знаниями. В национальном проекте «Наука» речь идет о том, что количество исследователей в стране должно увеличиться на 30 тысяч человек, надо открыть 900 новых лабораторий, которые должны возглавить люди моложе 39 лет. Где их взять? НГУ изначально создавался с целью подготовки кадров для фундаментальной науки и остается едва ли не единственным таким университетом за Уралом. Сейчас в университете обучается 7000 студентов, из них 1400 иностранцев, в основном китайцы. Оптимальным количеством считается 12–15 тысяч учащихся.

— Мы ограничены контрольными цифрами приема — в этом году было всего 961 бюджетное место на все факультеты. Со следующего года начинается небольшое увеличение по STEM-направлениям (science-technology-engineering-mathematics). Физиков — на девять человек, геологов — на двадцать, айтишников — тоже на пару десятков. Не очень значительное увеличение. Востребованность даже самим Академгородком значительно больше. Другой вопрос, наберем ли мы такое количество качественных студентов, — размышляет ректор университета член-корреспондент РАН Михаил Федорук.

Другой аспект — инфраструктура. Университет был рассчитан на три тысячи студентов. Общежития на улице Пирогова — здания 1960-х годов, требующие ремонта. Капремонт одного общежития — 150 млн рублей, всех — около миллиарда. Из 11 общежитий к этой приемной кампании два отремонтировали и два — новых, но и их уже не хватает.

— Без постройки новых общежитий как минимум на три тысячи студентов о восполнении кадрового потенциала можно забыть. Если мы изначально не создадим здесь культурных, материальных и социальных условий для центра мирового уровня, он здесь не появится, — категоричен в оценке Михаил Петрович.

Предварительная цена вопроса — 15 млрд рублей.

При этом университет не только готовит кадры, но и активно участвует в уже существующих проектах, заявленных в концепции «Академгородок 2.0». Это проекты радиационных технологий совместно с ИЯФом, БНЗТ (бор-нейтрон-захватной терапии, принципиально новый метод лечения онкологии, в том числе опухолей мозга; сейчас проводятся доклинические испытания). Университет участвовал в подготовке проекта ВВОД и создании научно-образовательного медицинского центра, который объединит все медицинские институты СО РАН, с созданием университетской клиники до тысячи коек.

Михаил Федорук, ректор Новосибирского государственного университета, член-корреспондент РАН: «Без постройки новых общежитий как минимум на три тысячи студентов о восполнении кадрового потенциала можно забыть. Если мы изначально не создадим здесь культурных, материальных и социальных условий для центра мирового уровня, он здесь не появится».

ВВОД

Российская наука системно отстает в области разработки и использования цифровых технологий — это печальный, но очевидный факт. Поэтому идея, что стране нужны как минимум три равномерно географически распределенных академических и университетских суперкомпьютерных центра мирового уровня давно витает в воздухе. В Москве и Петербурге такие центры созданы, но к востоку от Урала центров мирового уровня нет, а это почти треть российских исследователей.

Директор Института ядерной физики академик Павел Логачев и научный руководитель Института цитологии и генетики академик Николай Колчанов подчеркивают, что для реализации их флагманских проектов необходимы огромные информационно-вычислительные ресурсы: и для компьютерного моделирования, и для обработки и хранения больших данных. Так возник один из основных проектов «Академгородка 2.0» —Сибирский национальный центр высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных (СНЦ ВВОД). Потребителями ресурсов центра станут все институты Сибирского отделения, университеты Новосибирска и других городов Сибири, органы власти города, области и региона. СНЦ ВВОД должен создать и поддерживать цифровую экосистему, в которой будут реализовываться практически все флагманские проекты «Академгородка 2.0» и проекты развития СО РАН, да и всей сибирской науки в целом.

Фактически СНЦ ВВОД — это сердце ННЦ.

— Ключевая предпосылка — не хватает ресурсов для хранения, обработки данных и высокопроизводительных вычислений. Это ощущают все российские научные организации. А ведь такие ресурсы — это драйверы современной науки. В Америке и Европе они составляют до 15 процентов всей инфраструктуры науки. У нас в лучшем случае единицы процентов. Сейчас таких центров, как замышляется у нас, в России просто нет, — утверждает один из участников проекта, первый заместитель директора Института вычислительных технологий (ИВТ) СО РАН Андрей Юрченко, — в том числе потому, что вопросы высокопроизводительного анализа данных и организации их долговременного хранения обычно остаются вне области задач российских суперкомпьютерных центров.

Если говорить шире, то в рамках центра мы объединяем наработки участников в трех ключевых областях: разработки цифровых двойников, работы с большими данными и искусственного интеллекта. Так, усвоение и обработка больших данных нужны для компьютерных моделей, которые позволяют создавать цифровых двойников, а значит, строить прогнозы и совершенствовать технику и производство. Наиболее известный в России проект цифрового двойника — питерский проект автомобиля «Аурус». Они полностью смоделировали процесс проектирования и дальнейшей жизни продукта: от создания и сборки до конца жизненного цикла, — поясняет Андрей Васильевич, — цифровая экономика предполагает, что этот подход будет поставлен на поток.

— Мы уже ведем работы по созданию таких двойников, например по цифровому месторождению. Они уже существуют в мире — такой проект разработан компанией Schlumberger. Но в связи с известными событиями в мире эта компания от сотрудничества с российскими нефтяными компаниями отошла, и нам приходится теперь догонять, — подключается к разговору Михаил Марченко, заместитель директора по научной работе Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ). — Да и раньше нам предпочитали продавать программное обеспечение, отстающее от того, которым они пользуются сами.

Очень важное отличие нашего проекта от других — мы работаем в области супервычислений и организации хранения данных уже сейчас. Нам уже ставятся новые задачи. Например, оценка и прогноз экологической ситуации в Новосибирске — мониторинг, моделирование, выявление зон риска, — уточняет Михаил Александрович.

Что касается реализации проекта, то на первом этапе, в течение 2019 года, запланировано дооснащение существующих центров в НГУ, ИВТ, ИВМиМГ. В том же году планируется проектирование нового здания на десять тысяч квадратных метров, из них половина — машинные залы, другая — научные лаборатории, учебные аудитории, конгресс-центр. На втором и третьем этапе должен произойти качественный скачок: выход на 150 петабайт в хранилище данных и 10-петафлопсный вычислительный центр. Это уже цифры номер один в России. А к 2026 году разработчики проекта смело замахнулись на экзабайт для хранения данных и 0,2 экзафлопса вычислительной мощности. Общая стоимость проекта для выхода на заявленные мощности — 18 млрд рублей.

О сотрудничестве уже заявили компании «Вымпелком» и РСК, есть интересы у «Ростелекома». Интерес к проекту не столько инвестиционный, сколько «компетенционный» — обмен опытом создания больших ресурсных центров и совместное решение больших исследовательских задач.

Алексей Кочетов, директор Института цитологии и генетики, член-корреспондент РАН: «Мы хотим создать универсальную площадку. Где и что искать — будут определять пользователи. “Генетические технологии” — это интеграционный и инфраструктурный проект для проведения фундаментальных и прикладных исследований в интересах сельского хозяйства, медицины и биотехнологической промышленности. Основа — инфраструктурная площадка открытого доступа для институтов, университетов и представителей промышленности».

Время обнимать

Вчера было рано, завтра будет поздно. Именно с такими мыслями научное сообщество уходило на каникулы перед Новым, 2018 годом. Сразу несколько мировых трендов сошлись в одной точке. Международная обстановка для России ухудшилась, вводили очередные санкции. Возник вопрос о конкурентоспособности страны. При этом в области фундаментальной науки эта конкурентоспособность сохранялась. Например, ИЯФ — поставщик уникальных систем, «хайтековского железа» для ЦЕРНа (то есть для Большого адронного коллайдера) и для новых подобных установок, которые создаются в Германии, Франции и Японии.

Неизвестно, что стало последней каплей, но вскоре в ННЦ состоялись два судьбоносных визита президента. Нет, он и до этого здесь бывал. Склонные к точности ученые посчитали: всего за время своего президентства Владимир Путин был в Новосибирске восемь раз. Из них четыре раза он заезжал в Академгородок. Но в 2008 и 2012 годах это были гостевые визиты, когда ему в лучшем случае показывали технопарк. И только в этом году он приезжал в Академгородок два раза. Сначала — в феврале, на День российской науки.

Как полагают, в одну из встреч с президентом будущий глава Новосибирской области Андрей Травников донес до него мысль, что потенциал Академгородка по удельной активности существенно превосходит другие регионы. Здесь высокая концентрация науки, молодежь, заинтересованная в работе после учебы в НГУ.

Не в обиду университетам Москвы и Санкт-Петербурга будь сказано, но, как считают новосибирцы, их отличие в том, что приоритет для них —подготовка собственных кадров, которые не уезжают в другие регионы или за границу. Под лозунгом «Новосибирск — научная столица страны», проходил президентский совет по науке и образованию в Академгородке.

В феврале Путин только слушал. Первые лица Сибирского отделения РАН довольно бесцеремонно заявили, что страна отстает от мировых трендов, инфраструктура ветхая, единственный работающий ускоритель собран еще при Ельцине. Обозначили болевые точки. И впервые в сыром виде предложили идею «Новосибирска 2.0». Разговор частично затрагивал синхротрон. Президент спросил: «Сколько это будет стоить?» Прозвучала цифра 40 млрд рублей. По спокойной реакции президента присутствующие поняли: это реальные цифры.

Результатом стали президентские поручения от 18 апреля, в которых предписывалось начать разработку комплексного плана развития СО РАН, программу развития ННЦ и строительство источника синхротронного излучения. Предписано также разработать программу развития передовых геномных исследований и генетических технологий, предусмотрев ее ресурсное обеспечение.

Центр компетенций «Генетические технологии»

Генетическими технологиями Институт цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН занимается давно, но есть определенный разрыв между фундаментальной наукой и практикой. Во всем мире он уже заполнен, у нас в стране остается, и еще в 2013 году тогдашний директор института академик Николай Колчанов определил направление, которое так и назвал — «генетические технологии». С тех пор эта тема постоянно обсуждалась как одно из направлений развития.

— Какие темы в проекте «Генетические технологии» вы считаете приоритетными, стратегическими?

— Этот вопрос немного противоречит сути концепции, — говорит директор ИЦиГ член-корреспондент РАН Алексей Кочетов. — Мы хотим создать универсальную площадку. Где и что искать — будут определять пользователи. Смотрите, есть центры коллективного пользования. Это когда вы приходите и используете существующее там оборудование. А есть центр компетенции — это когда вы приходите к специалистам, ставите задачу, работаете с ними на предоставленном оборудовании и получаете результат. Мы хотим создать именно центр компетенции.

«Генетические технологии» — это интеграционный и инфраструктурный проект для проведения фундаментальных и прикладных исследований в интересах сельского хозяйства, медицины и биотехнологической промышленности. Основа — инфраструктурная площадка открытого доступа для институтов, университетов и представителей промышленности. Ядро площадки — биоресурсная коллекция.

Мы не начинаем ничего с нуля — большая часть того, что нужно, уже есть, работы ведутся. В современных проектах времени на разгонку нет, нужно использовать существующие возможности и развить их.

Следующий блок — современные технологии. Например, в ИЦиГ есть третий в Евразии по оборудованию SPF-виварий (specific pathogen free — без патогенов, характерных для данного вида животных, чистые лабораторные особи) для лабораторных животных, содержащихся в специальных условиях. По современным стандартам работы в медицине и фармакологии нужны именно такие животные, требуются специальные условия.

У нас этот проект идет с 2007 года, и виварий перегружен заказами. Например, у фармакологической компании есть задача оценить перспективы потенциального лекарственного препарата, они на этапе доклинических испытаний могут использовать наши модели. У нас есть модели самых разных заболеваний — разработаны уникальные модели преждевременного старения, с помощью которых можно искать новые лекарства для поддержки нервной системы, бороться с болезнью Альцгеймера, например. Модели, связанные с гипертонией, с каталепсией. Они нужны не только для расшифровки механизмов заболеваний, на них можно первично скринировать новые лекарственные препараты. Нужно расширить возможности работы с лабораторными животными для нужд фармакологии.

ИЦиГ в этом деле один из первопроходцев. Первые генетические модели были разработаны десятки лет назад с помощью отбора и селекции. Самый известный и популярный эксперимент в этой области — доместикация лис, проведенная академиком Дмитрием Беляевым, который возглавлял ИЦиГ с 1959 по 1985 год. На протяжении десятков лет шла селекция лис на доместикацию — генетически запрограммированное дружелюбное поведение. Можно поймать и приручить лису, но лисята рождаются снова дикими. Беляеву и его соратникам удалось путем селекции создать линии лис, генетически запрограммированных на агрессивное и дружелюбное поведение, и эти свойства передавались по наследству. Практически была выведена порода домашних лис, что позволило в эксперименте смоделировать один из фундаментальных процессов становления цивилизации — приручение диких животных.

— В институте на самом деле довольно много таких генетических моделей поведения — модели социального поведения, агрессии, стрессов, возникающих из-за социального напряжения. Мы ведь тоже социальные животные, физиология процессов общая. Так что это одна из серьезных областей работы и у нас, и во всем мире, — рассказывает Алексей Кочетов

Базовый принцип организации — проекты полного цикла: начинается все с фундаментальных знаний, полученных в академических институтах, потом на основе этого формируются технологии для практики — для диагностики и лечения, получения новых сортов. И потом технологии вводятся в практику.

Например, генетика растений. Сорта растений, которые культивируются в РФ, получают с помощью традиционной селекции. Более современным считается использование генетических технологий, но необязательно в плане генной инженерии, а ускоренный отбор — растения отбираются, скрещиваются, чтобы перенести нужные признаки — устойчивость, урожайность. С помощью диагностики отслеживается, какие гены отвечают за тот или иной признак, что сильно ускоряет селекцию.

Одна из актуальных задач селекции — устойчивость к постоянно возникающим в природе новым расам и штаммам фитопатогенов. Нужно все время вести селекцию, чтобы сорта были готовы к новым, возникающим в природе возбудителям заболеваний. Ищутся источники устойчивости у природных форм растений и переносятся в новые сорта. Это постоянный процесс. Генетические технологии позволяют его ускорять. Другой приоритет работы — новые функциональные продукты, сорта сельскохозяйственных растений, продукты из которых будут характеризоваться низкой аллергенностью и функциональной полезностью. Например, с высоким содержанием антиоксидантов. В будущем человек сможет подбирать индивидуальную диету, в которой по крайней мере часть нужных для его организма свойств пищи заложена не на уровне переработки, а на уровне выбора продуктов из подходящих сортов растений.

— Что в ближайшей перспективе?

— Проекты полного цикла в области фармакологии, разработка новых лекарств. Есть проекты по изучению генетического биоразнообразия — мы планируем сотрудничество со многими институтами в области генетической паспортизации биологического разнообразия. Генетическая паспортизация биоресурсных коллекций России — это важная задача.

— Я думал, все виды, типы и подклассы уже переписаны и занесены в учебники по биологии для восьмого класса.

— Это устоявшаяся точка зрения. Есть классические виды растений и животных, занесенные в определители. Но каждый год открывают новых насекомых, растения, не изучен до конца Мировой океан. И каталогизация геномов позволит все это систематизировать. Помимо фундаментального значения мы должны знать среду, в которой существуем. Новые микроорганизмы вполне могут быть использованы в промышленности, медицине, в сельском хозяйстве.

Особый субъект

Ближайшее будущее проекта «Академгородок 2.0» радужно и туманно одновременно. Концепция программы развития Новосибирского научного центра с приложением списка проектов была подана в Министерство науки и высшего образования 3 сентября. Месяц отведен на согласование в структурах правительства. Нужно определить механизмы реализации. Часть проектов предварительно предлагалось осуществлять через национальные проекты. Но нацпроекты не имеют достаточного финансирования, и ученые не хотят дробить свой единый проект на отдельные, предпочитая комплексный подход.

— Если удастся провести проект комплексно, придется выстраивать иерархию по срокам выполнения. Первыми пойдут проекты, обозначенные в указах президента, затем — образовательный комплекс, без него никуда. Потом пойдут объекты, которые могут быть запущены до 2021 года. Потом ярус до 2024-го. Обязательное условие — возможность коллективного использования всех планируемых объектов научной инфраструктуры. Как в чисто научных целях, так и в интересах реального сектора экономики и оборонки. Посмотрим по готовности команд, — рассказывает академик Валентин Пармон. — Но нам важно, чтобы решение было в пользу комплексной реализации проекта, чтобы его не дробили на отдельные задачи. С Министерством науки и высшего образования у нас есть консенсус, но у них нет денег. Так что решать будут правительство и Минфин. Еще один критерий — востребованность реальным сектором экономики, поддержка от крупных компаний, их готовность к инвестициям. Например, большой запрос от большого бизнеса есть на работу Центра нанотехнологий на базе Института физики проводников — это элементная база современной электроники, полупроводниковые системы, то, без чего двигаться вперед невозможно.

Стали известны расчеты по перспективам проекта «Академгородок 2.0». Это предварительная оценка показателей развития «Сибирского наукополиса» (понятие, объединяющее все наукоемкие территории Новосибирска и его окрестностей) до 2030 года, которая официально пока не обнародуется. Количество занятых в организациях науки, образования и инновационных структурах планируется удвоить — с 31,2 тыс. человек до 66,1. Количество обучающихся в НГУ с 9192 человек должно быть увеличено почти до 23 тысяч. При этом численность населения самого «Академгородка 2.0», уже включающего в себя Кольцово и новые застроенные территории, увеличится почти в два с половиной раза — с 81,5 тыс. до 200 тыс. человек. Общая стоимость проекта «Академгородок 2.0»: на научную инфраструктуру — 350 млрд рублей, на социальную — 150. Итого полтриллиона рублей. За настоящий прорыв. Всего.

Берт Корк

Знаменитый американский футуролог Элвин Тоффлер в своей новой книге «Революционное богатство» обратил внимание на один парадоксальный момент: несмотря на то, что современная экономика напрямую зависит от применения научных знаний, в западном обществе набирают силу открытые выступления против науки как института, а равно и против ученых как представителей академического сообщества. Эта война, указывает Тоффлер, ведется не против отдельных научных фактов, она нацелена на «обесценивание самой науки», на девальвацию доверия к ней как к способу верификации истины. Естественно, речь пока не идет об официальной позиции властей. Угроза исходит со стороны общественных организации и различных групп влияния. Именно поэтому данную ситуацию Тоффлер назвал «партизанской войной». Тем не менее, саму угрозу недооценивать не стоит, поскольку рано или поздно определенные настроения начинают влиять и на политику.

«Если эти попытки, – пишет он, – удадутся, это фатальным образом скажется на будущем наукоемкой экономики, уменьшит шансы в борьбе с глобальной бедностью и нищетой, и само наше будущее потонет во мраке».

Тоффлер выделяет как минимум три источника противодействия науке. Первый источник связан с радикальными левацкими движениями. Сюда входят, в частности, борцы за права животных, феминистские организации и борцы за экологию. Он приводит один вопиющий случай, когда американские ученые-медики получали угрожающие письма, в которых находились бритвенные лезвия – «это было предупреждение от защитников животных, требовавших прекратить эксперименты над животными, а не то…». Следующим шагом должны были стать заложенные в автомобили бомбы и поджоги.

На другом фронте выступают феминисты, возлагающие на ученых вину за то, что из-за них многие женщины будто бы подвергаются дискриминации при получении образования и поступлении на работу. И вообще, якобы западная наука имеет выраженный «маскулинный» характер, что как раз делает ее «неправильной» и враждебной обществу. Наконец, свою лепту вносят и экологи, ставящие под сомнение различные новейшие достижения. Например, именно с их подачи началась оголтелая компания против ГМ-продуктов, которая нанесла большой урон корпорациям, лидирующим в области производства генно-модифицированных семян. Из-за подобных акций другие компании начали сворачивать исследования в этой области, а инвесторы – возвращать вложенные средства. Это, в свою очередь, привело к оттоку перспективных молодых кадров, занятых соответствующими исследованиями. Дело дошло до того, что правительство Зимбабве, несмотря на угрозу у себя массового голода, под давлением некоторых европейских стран вынуждено было отказаться от американской продовольственной помощи – на том основании, что поставляемые оттуда продукты были генно-модифицированными (то есть, предпочтительнее было допустить голодную смерть людей, чем накормить их «неправильной» едой). 

Печальным обстоятельством является то, что подобные «акции» нередко получают поддержку в среде медийных знаменитостей, обвиняющих науку и ученых в многочисленных грехах. К этому хору присоединились даже такие известные персоны, как британский принц Чарльз, который публично осудил науку за ее «неодолимый рационализм», подыгрывая тем самым радикальным защитникам экологии. Как отмечает Тоффлер, голоса этой армии усиливаются стараниями Голливуда, изображающего ученого как злого гения, и бесконечными шоу на темы «запредельного».

Вторым источником является массовое распространение веры в оккультные силы, в астрологию, хиромантию, в паранормальные явления и во всяких «зеленых человечков». Удивительно то, что в западном обществе, несмотря на длительное торжество научного просвещения, тяга к оккультизму не только не спадает, но приобретает внушительный размах. Особая роль принадлежит здесь движению Нью-эйдж. «Пройдитесь, – отмечает Тоффлер, – по любому торговому кварталу, и непременно увидите магазин, предлагающий широкий ассортимент книг Нью-эйдж, курения и амулеты». По его словам, в Интернете можно найти 1200 оптовых фирм, предлагающих четыре тысячи разновидностей товаров, относящихся к колдовству и магии. «Один онлайновый распространитель, – читаем мы, – предлагает 900 постеров по 40 категориям Нью-эйдж: астрологии, чакрам, божествам, колдовству, хиромантии, картам Таро, шаманизму, ангелам, йоге, китам, дельфинам, цыганам, египтянам, дзен-буддизму и многому другому».

Наконец, третий источник, о котором пишет Тоффлер, – это постмодернизм, отрицающий саму возможность постижения объективной истины. Для Тоффлера постмодернизм выступает в качестве современной разновидности обскурантизма, подвергающего сомнению ценность научного знания. Он называет его «мутной французской философией», которая на протяжении последних десятилетий стала проникать на гуманитарные факультеты и даже в бизнес-школы. Постмодернисты уверяют свою паству, будто научные истины относительны, а значит, ни одно из объяснений реальности не может быть лучше другого. Тем самым, полагает Тоффлер, происходит целенаправленная дискредитация науки с неких философских (то есть идейных) позиций, охватывая, как правило, образованную аудиторию.

Таким образом, «партизанская война» с наукой в современном мире осуществляется по всем фронтам, охватывая самые разные социальные группы – от подростков и домохозяек до кафедральных профессоров и политиков. По мнению некоторых исследователей, эта борьба имеет все признаки религиозного миссионерства и, по сути, заполняет тот вакуум, который возник в результате утраты авторитета традиционных религий.

К примеру, язык радикального экологического движения содержит слова, красноречиво подчеркивающие его миссионерскую суть: «спасение» Земли от насилия и загрязнения, строительство «храмов» в пустыне, создание нового «Ноева Ковчега», сохранение того, что осталось «от Сотворения».

Научно-технический прогресс при этом воспринимается как очередное «грехопадение», отход от невинной жизни первобытного Эдема. В этом плане, считают исследователи, экологическое движение по ряду черт четко соответствует религиозному фундаментализму.

Есть еще одна угроза для науки, которую упоминает Тоффлер. Речь идет о сокрытии научных знаний и новых открытий в качестве одной из мер по предотвращению террористической угрозы. Сегодня угроза со стороны отдельных фанатиков и сумасшедших настолько сильно пугает руководителей некоторых западных стран, что они рассматривают возможность и таких радикальных профилактических мер, как придание науке закрытого характера. То есть предлагается уподобить науку некой эзотерической организации, дабы научными знаниями не воспользовались во вред обществу отдельные асоциальные элементы и психопаты. Ведь страшно представить, что может случиться, если технологии создания отравляющих веществ или иного оружия массового поражения окажутся в руках агрессивных экстремистов или целых экстремистских организацией. В данном случае, как мы понимаем, речь идет не об источниках выступления против науки, а об официальной реакции на потенциальные угрозы. Такие вещи уже проговариваются. Науке это может угрожать тем, что в условиях закрытости и тотального контроля со стороны спецслужб о развитии и свободном творческом поиске можно будет забыть (соловьи в клетке не поют). Пока еще никаких решений по этому поводу не принято, но в то же время мы не можем исключать того, что на волне массовой истерии вполне могут последовать какие-либо шаги в данном направлении.

В общем, нынешнюю науку серьезно «обложили» с разных сторон. Кому-то покажется, что бить тревогу рано или вообще глупо, поскольку прогресс якобы необратим. Однако, как показывает мировая история, это иллюзия. Прогресс однажды прервался в античной Европе, он неоднократно прерывался в Китае. Массовое распространение суеверий на фоне активизации агрессивного радикализма и укрепления интеллигентского нигилизма способны в совокупности серьезно разрушить сами основы современной интеллектуальной культуры. Похоже, вопрос о сохранении науки можно сегодня смело включать в повестку дня и приглашать ученых к его обсуждению.

Олег Носков

Что мы знаем о Нобелевских лауреатах по химии 2018 года? Их трое (но это могли бы быть другие люди). Все они — скорее биологи. Они работали по отдельности, но каждый взял на себя роль творца: заставил бактерий производить интересующие его белки, раз за разом отбирая лучшие варианты. Теперь нам известно, кто двигает современную эволюцию (по крайней мере, на молекулярном уровне): их зовут Фрэнсис Арнольд, Джордж Смит и Грегори Уинтер.

Эта история началась более 30 лет назад. Мобильные телефоны были редкостью, геном человека еще не начали секвенировать, а о CRISPR, и уж тем более Cas, никто не слышал. Молекулярная биология была совсем не похожа на то, что мы видим в современных лабораториях. Ученые искали способ создавать усовершенствованные белки с новыми свойствами. Можно, конечно, попробовать собрать белок с нуля, но велик шанс промахнуться и новых свойств не получить. Тогда появилась беспроигрышная идея: использовать проверенный механизм адаптации молекул к новым условиям — эволюцию. 

Это сейчас, оглядываясь назад, мы можем говорить о том, что эти люди применили принципы живых систем к неживым и продвинули нас на пути к созданию искусственной жизни.

А тогда они всего лишь решали конкретные задачи: пытались разобраться во взаимодействии ДНК и белков, хотели создать биоразлагаемое топливо или новое лекарство, и едва ли могли предположить, что на их примере мы через много лет напишем инструкцию для начинающих творцов, решивших оседлать эволюционный процесс.

С чего начать

Лучше всего — с профильного образования, как это сделали Джордж Смит и Грегори Уинтер, которые как решили в молодости заняться биологией, так всю свою жизнь ей и занимаются.

Но есть и обходные пути, как показывает невероятная история Фрэнсис Арнольд. Казалось, Арнольд сделала все, чтобы не стать не то что биологом, а ученым вообще: сбегала с уроков на протестные акции против войны во Вьетнаме, ушла из дома, еще оставаясь ученицей старших классов (а на жизнь зарабатывала, работая барменшей и таксисткой), несмотря на это все-таки поступила в Принстон — на факультет механики и аэрокосмической инженерии (потому что на него было проще всего поступить), бросила учебу на год, чтобы переехать в Италию и там работать на фабрике по производству ядерных реакторов, заявив, что не собирается больше заниматься наукой. Но у судьбы были на нее другие планы.

На дворе 70-е: цены на нефть растут, в США самый тяжелый кризис со времен Великой депрессии, Картер учреждает министерство энергетики, устанавливает солнечные панели на Белый дом и заявляет, что к концу века американцы должны слезть с нефтяной иглы. Ученые и инженеры отзываются на этот призыв, и Арнольд, только что защитившая диплом инженера, оказывается среди них — занимается солнечными панелями, и сегодня грустью вспоминает о цели довести до 20% долю возобновляемых источников энергии в США к 2000-му году. Картер уходит, на его место приходит Рейган, на солнечные панели смотрят, как на странную причуду непопулярного президента, и Фрэнсис приходится искать себе новое дело. Но идею «зеленых» инноваций она уже не бросит.

Ее дальнейший путь ведет в Беркли, где она получает степень магистра химической инженерии. После этого, где она, не желая иметь ничего общего с нефтяной индустрией, пытается заниматься «рациональным» дизайном новых соединений в Калтехе, ищет ферменты, которые позволили бы сделать процесс получения энергии менее токсичным. Но быстро разочаровывается в возможностях человеческого разума в сравнении с природой («Вы тратите два года, у вас ничего не выходит, вы начинаете с начала») — и понимает, что надо перенимать технику у той, кто справляется с задачей лучше.

«25 лет назад это (белковая инженерия методами направленной эволюции) считалось безумием. Ученые подобным не занимались, джентельмены подобным не занимались. Но, поскольку я инженер и не джентельмен, меня это не заботило», — вспоминает она.

Бесконечный конвеер

Итак, мы хотим получить нужный нам биологический объект так же, как это делает природа. Чтобы запустить эволюционный процесс, вам нужны три компонента: (1) объект отбора, (2) фактор, создающий разнообразие, и (3) сила, осуществляющая отбор. В качестве объекта во всех нобелевских исследованиях выступали белки. Значит, кто-то должен был их производить в больших количествах. Это теперь мы умеем синтезировать белки без помощи клеток, а тогда требовался живой организм.

На помощь пришли бактерии: они быстро размножаются, и в их ДНК несложно встроить нужный ген (в отличие от клеток человека или мыши, ДНК которых защищена ядром). В то время это уже умели делать. Кроме того, бактерии могут служить домом для вирусов — бактериофагов, чья ДНК устроена еще проще. Она небольшого размера и легко поддается манипуляциям, а нужные белки впоследствии сами «выпрыгивают» в руки экспериментатора, когда вирусные частицы покидают зараженную клетку.

Дежурный по разнообразию

Следующая задача — создать разнообразие белков, чтобы эволюции местного значения было, из чего выбрать. Для этого нужно внести в ДНК исходного белка разные мутации, чтобы в итоге получились немного отличающиеся друг от друга белки. Дальше можно будет сравнивать их форму и свойства, и отбирать те, что нам больше подходят — иными словами, заниматься самой обыкновенной селекцией. Однако чтобы этот метод работал, необходимо, чтобы исходный белок уже проявлял нужные способности, пусть даже совсем слабо. Если же наш белок на старте совсем не умеет того, что мы от него хотим, шансов добиться этого с помощью мутаций практически нет.

С этой проблемой столкнулась группа Арнольд, которая как раз занималась выведением белков со специальными свойствами. Например таких, которые умеют производить топливо в безвоздушном пространстве — на их основе можно делать более экологичное топливо. Или таких, которые могут активироваться под действием света — их можно было бы потом встраивать в клетки мозга и избирательно активировать эти клетки световыми лучами. Поэтому существенной частью ее работы стал поиск белков, которые обладали бы нужной активностью, хотя бы на минимальном уровне.

После того, как подходящий белок найден, необходимо внести мутации в ген, который его кодирует. Для этого нужно определить ту область белка, которую мы хотим изменить. Это может быть активный центр, если мы говорим о ферменте, или центр связывания с другим белком, если необходимо произвести антитело. Затем мы определяем, какая часть ДНК белка отвечает за эту область. И, наконец, доверяем копирование этой части нарочно неряшливой полимеразе — она переписывает ДНК быстро и с ошибками много раз подряд. Получается целый набор вариантов для тестирования.

Есть и еще один способ создать много мутантных копий ДНК — так называемая «перетасовка» (DNA shuffling). Автор этого метода — Уильям Стеммер — мог бы заменить кого-то в сегодняшнем комплекте лауреатов, но на 5 лет не дожил до мирового признания. Его идея состояла в том, чтобы рекомбинировать, то есть перетасовывать ДНК, кодирующие один и тот же белок у разных бактерий. Такой своеобразный секс в пробирке позволяет собирать еще более разнообразные варианты белков — отличный материал для эволюции.

Результат налицо

В то время как Арнольд выращивала белки в бактериях, чтобы получить нужные соединения для ученых и инженеров, Джордж Смит решал другую задачу. Ему нужно было определить функцию множества неопознанных генов, соотнести их с белками. И он придумал использовать для этого бактериофагов.

Смит встраивал ген интересующего его белка в ДНК бактериофага, рядом с геном, кодирующим белок его оболочки. В результате белки оболочки вируса получались с довеском в виде исследуемого белка. И когда вирусные частицы отпочковывались из клетки, закончив там свои темные дела. Дальше можно было обрабатывать бактериофагов, например, антителами и смотреть, какие из них будут связываться с белками, выведенными на «борт» вирусов. Этот метод Смит назвал фаговым дисплеем, потому что оболочка бактериофага работает как дисплей, демонстрирующий вшитые в него белки.

Кто отберет лучших

Каждый из нобелевских лауреатов вершил свой суд по-разному. Арнольд отбирала белки, которые лучше других вступали в интересующие ее реакции. Смит занимался опознанием прежде неизвестных генов методом дисплея. А Грегори Уинтер, третий сегодняшний лауреат, взял фаговый дисплей Смита и сделал все наоборот: вместо того, чтобы отбирать белки с помощью антител, он взялся отбирать антитела с помощью белков.

Он вводил в геном бактериофагов последовательность ДНК, кодирующую чувствительный кончик антитела (антиген-связывающую область). В результате вирусы оказывались покрыты фрагментами антител. Затем он обрабатывал их белком и отбирал те, которые связывались лучше. В результате у Уинтера получилась система эволюции антител в пробирке.

Что сотворили

Три нобелевских лауреата преследовали разные цели и пользовались разными технологиями, но так или иначе научились решать главную задачу — совершенствовать белки. Дальше этот метод можно применять в любой области, как внутри биологии, так и за ее пределами. Поэтому, например, Арнольд удалось внести свой вклад в самые разные отрасли технологии: она «помогла» эволюционировать множеству белков, участвующих в реакциях органического синтеза, научила кишечную палочку производить каротиноиды и необычные аминокислоты, основала свою компанию по производству биотоплива и даже придумала более дешевый способ синтеза лекарства от диабета.

Метод Смита в исполнении Уинтера оказался полезен для разработки лекарств на основе антител. Чем точнее и прочнее антитело связывается со своей мишенью, тем лучше оно может заблокировать целевую молекулу. Удачным вариантом применения суперточных антител оказался препарат адалимумаб, который блокирует фактор некроза опухоли — мембранную молекулу, с помощью которой Т-лимфоциты посылают сигналы гибели другим клеткам. Снижая активность Т-лимфоцитов, можно бороться с аутоиммунными заболеваниями, такими как ревматоидный артрит, псориаз и другие (нельзя не вспомнить, что два дня назад Нобелевскую премию по биологии и медицине присудили за разработку препаратов со строго противоположным эффектом). На данный момент существуют еще пять лекарств на основе антител, разработанных с помощью фагового дисплея — против системной красной волчанки, сибирской язвы, макулодистрофии и двух видов рака.

Таким образом, Нобелевский приз этого года распределился в следующем соотношении: половина — за концепцию рукотворной эволюции молекул, четверть — за удобную методику, и еще четверть — за практическое применение удобной методики, приведшее к появлению эффективных лекарств.

***

На пресс-конференции члены нобелевского комитета отметили, что премия по химии в этом году получилась необычной — в том смысле, что получилась не то, чтобы премией по химии. Тем не менее, после присуждения половины премии по физике полезное для биотехнологий изобретение уже можно было предположить, что и химия на этот раз окажется замаскированной биологией. Тем временем впереди еще премия по экономике и премия мира, и кто знает — вдруг победное шествие биологов еще не закончилось?

Полина Лосева

Нобелевская премия 2018 года по физике вручена за работы в области оптики. Артур Эшкин изобрел неоценимый в биологических исследованиях лазерный пинцет, который позволил удерживать на месте живые микроскопические объекты, не вредя им, а Жерар Муру и Донна Стрикленд разработали способ получать очень быстрые и мощные лазерные импульсы, которые могут испарять твердые материалы и делать многое другое. Рассказываем про то, как устроены и чем отличаются друг от друга нобелевские лазерные технологии. 

Лазеры, то есть оптические квантовые генераторы света, были изобретены в 1960 году и стали основой для множества самых разных технологий. С их помощью можно считывать данные с компакт-дисков, резать различные материалы (и даже живые ткани при операциях), ими измеряют расстояния и передают информацию с невиданными ранее скоростями. За лазеры и связанные с ними работы самую известную в науке премию присуждали неоднократно (например, Жорес Алферов получил награду 2000 года за структуры, ставшие основой полупроводниковых лазеров), и в этом году Нобелевский комитет решил отметить еще две совершенно разные области лазерных технологий — технику получения сверхкоротких импульсов, которую используют сегодня все современные импульсные лазеры сверхвысокой мощности, и лазерный (или оптический) пинцет.

Лазерный пинцет позволил ученым захватывать и перемещать в нужном направлении отдельные клетки, бактерии и даже вирусы. Этот метод существенно облегчил биомедицинские исследования.

Сверхкороткие лазерные импульсы, в свою очередь, нашли применение не только в исследовательских задачах. Импульсные лазеры, как отметил Нобелевский комитет, сегодня широко используются в микрохирургии глаза, включая ставшие рутинными операции по коррекции близорукости. Получать короткие импульсы света умели и раньше, но именно работы Муру и Стрикленд позволили усиливать их до требуемых на практике значений. Сравнительно скромная энергия, поделенная на крайне малое время и распределенная по очень малой площади, дает фантастическую мощность: современный импульсный лазер может выдать несколько петаватт, то есть на доли секунды мощность излучения превышает суммарную мощность электростанций Земли в тысячи раз.

Подвесить в луче света

К 1970 году, когда Эшкин представил свою разработку на страницах Physical Review Letters, физики давно знали про открытое Петром Лебедевым давление света. Свет оказывает давление на частицы, и идея Эшкина заключалась в том, что внутри лазерного пучка силы, действующие на микроскопический объект, будут подталкивать его к середине луча и, таким образом, удерживать на месте.

Как это работает: электрические силы

Луч света — это электромагнитная волна, то есть колебания электрического (и магнитного) поля. В электрическом поле при прохождении волны возникают области как меньшей, так и большей напряженности, а законы электромагнетизма гласят, что внесенная в луч частица окажется наэлектризована и будет двигаться в сторону большей напряженности поля — по градиенту, как говорят физики.

Так как в центре пучка возникают самые большие значения напряженности поля, то именно туда и сдвигаются в итоге не слишком крупные (до 10 микрометров в поперечнике) объекты. Если еще направить два луча навстречу друг другу, то предмет вдобавок не будет «сдувать» давлением света. Эта конструкция носит название оптической ловушки, и в ней при определенных условиях можно подвесить даже отдельные атомы. Кстати, последним воспользовался ученик Эшкина Стивен Чу, которого в 1997 году наградили Нобелевской премией совместно с Клодом Коэном-Таннуджи и Уильямом Филипсом, — манипуляции отдельными атомами позволили создать особо точные атомные часы и в принципе открыли экспериментаторам массу новых возможностей.

Ловушка для атомов, впрочем, существенно отличается от лазерного пинцета — хотя бы тем, что она работает в вакууме. Пинцет же может манипулировать объектами даже внутри жидкости, то есть им можно подцепить живую клетку. Поначалу последнее казалось не столь революционным, как возможность управлять отдельными атомами, но через два десятка лет стало очевидно: лазерный пинцет имеет массу интересных применений.

Что это дает

Эшкин в своем первом эксперименте подвешивал в луче света простые латексные микросферы — объект, годный исключительно для демонстрации эффекта. Но биологи нашли оптическому пинцету массу куда более интересных применений — например, манипуляция отдельными клетками. В 1987 году Эшкин с коллегой успешно пересадили бактерии из одного образца в другой при помощи инфракрасного лазера; в тот же год схожий опыт был проделан с вирусами.

Кроме чисто технической задачи «взять клетку/бактерию/вирус и куда-нибудь переместить» (подобно тому, как переставляются, скажем, пробирки в ходе опыта) лазерные лучи позволяют сделать еще кое-что. Разные клетки имеют разные оптические свойства, поэтому один и тот же пинцет будет по-разному с ними взаимодействовать. Соответственно, на этом принципе можно собрать автоматическую установку для сортировки клеток и получения однородного образца из имеющейся в распоряжении смеси. А недавно из искусственных микроскопических пузырьков биологи при помощи лазерного пинцета собрали целую сеть, которая может стать основой для сложных биохимических систем — от искусственных клеток до диагностических устройств.

Можно смело сказать, что оптический пинцет Эшкина позволил прикоснуться к тому, что до этого потрогать было просто невозможно. Сдвинуть бактерию на несколько микрометров в сторону, потыкать в живую клетку для определения механических свойств (упругости, например) и при этом не повредить ее — такие задачи либо не решались традиционными манипуляторами вовсе, либо решались с гораздо большими сложностями. Кроме того, оптическим пинцетом можно очень точно и при этом бережно удерживать изучаемый объект на одном месте, а это в сочетании с флуоресцентными метками (отдельными молекулами) позволяет следить, например, за поведением даже не конкретных биологических молекул, а буквально отдельных их частей. Для ученых, которые хотят изучать какой-либо внутриклеточный процесс на молекулярном уровне, оптический пинцет оказывается в ряде случаев чем-то вроде тисков для мастера: не закрепив детали, работы не сделаешь.

***

Сегодняшняя премия Эшкина, кроме знакомства с замечательным техническим достижением, подсвечивает для нас и чисто человеческую сторону научных изысканий. Эшкин написал первую статью о пленении частиц в луче света еще в 1970 году, но особенного успеха поначалу не добился, и Bell Labs, сотрудником которой он тогда был, к концу десятилетия урезала финансирование его исследований. Эшкин не бросил, однако, своей затеи, заразил своим энтузиазмом только пришедшего в лабораторию молодого Стивена Чу. Тот добился успеха со своей установкой и смог подвесить отдельные атомы в 1985-м, а когда получил за это Нобелевскую премию, Эшкин остался за бортом и не скрывал своего расстройства: широкая публика зачастую узнавала его как «члена команды Чу», в то время как Эшкин занимал такую же позицию в лаборатории, да и, по его же словам, «научил Чу делать эти ловушки». Сегодня ученому уже 96 — он самый старый лауреат премии за всю ее историю! И когда журналисты Guardian дозвонились до него, дабы получить комментарий, тот не особенно пылал желанием тратить свое время — работал над очередной научной статьей.

Подрезать лучом света

Общий принцип: растянуть, усилить, сжать

История второй половины сегодняшней премии, которую поделили Жирар Муру и Донна Стрикленд, начинается в середине 80-х. В своей статье для журнала Optics Communications Муру и Стрикленд описали решение проблемы, которая на тот момент встала перед конструкторами импульсных лазеров: при достижении определенного уровня мощности свет начинает самофокусироваться, собираться в компактный жгут. В этом жгуте возникают плазменные сгустки, способные прожечь зеркала, линзы и другие элементы лазера. «Со схожей проблемой получения коротких импульсов с большой энергией, — отмечали исследователи, — сталкиваются при создании радаров, и там решением служит растягивание импульса во времени перед его усилением».

Решение «сделать импульс более длительным, усилить его и затем снова сжать» было реализовано физиками в своем пионерском эксперименте: они сначала удлиняли импульс, делали его растянутым во времени и не столь интенсивным, а потом направляли его в усилитель и затем на дифракционную решетку, которая снова сокращала продолжительность импульса.

По шагам: растягиваем…

Дифракционная решетка — ключевой объект в предложенном Муру и Стрикленд методе. Пластина, на которую нанесены параллельные микроскопические полосы — самым простым и доступным примером является компакт-диск, нужна для для растягивания импульса во времени. Электромагнитные волны, падая на такую решетку, в зависимости от длины волны отклоняются в разных направлениях, и поэтому белый свет даст радужный блик, а разноцветные лучи могут быть, наоборот, собраны вместе.

…усиливаем растянутое…

Усилитель света — это, по сути, тот же лазер, некое пространство, где часть атомов переведена в возбужденное состояние. Свет, проходя через такую среду, не поглощается, а выбивает из атомов кванты той же частоты, в результате чего сигнал усиливается. Оптические усилители к моменту публикации работы Мура и Стрикленд были, разумеется, давно известны, однако наращивать ими мощность импульсов без дополнительных ухищрений не получалось.

…сжимаем

Для сжатия импульса снова используется дифракционная решетка — просто на этот раз лучи направлены так, что они не расходятся еще больше, а собираются вместе. Таким образом, открытие, принесшее французскому физику и его канадской коллеге (на тот момент еще аспирантке, оригинальная статья в Optics Communications — ее первая научная публикация!) одну из самых престижных научных наград, сводится к комбинации двух эффектов: взаимодействия света с дифракционной решеткой и связи длины импульса с его частотными характеристиками.

Почему свет вообще можно растягивать и сжимать?

Любой импульс света ограничен не только во времени, но и в пространстве: спецэффекты «Звездных войн» в принципе не очень ошибаются, изображая стрельбу из лазерного оружия в виде цепочки отрезков (другое дело, что их, конечно, не видно со стороны и летят они со скоростью света). На масштабе в несколько пикосекунд (одна пикосекунда = 10-12 секунд) речь идет о расстоянии в десятые доли миллиметра — фотоны, вылетевшие на фронте импульса, отстоят от покинувших лазер последними буквально на толщину волоса или даже меньше. На таком расстоянии уже становится некорректным рассматривать свет как синусоидальную волну — импульс выглядит скорее так, как показано на картинке:

И такую «горбатую» синусоиду нельзя описать простой формулой sin(x), зато можно представить как сумму колебаний на разных частотах, как совокупность волн с разной частотой. Эти волны, в свою очередь, можно разделить, направив их в оптическую систему со свойством дисперсии, то есть такую, которая по-разному пропускает излучение на разных частотах.

Самым простым примером может служить обычное стекло (и действительно, в первом опыте Муру и Стрикленд взяли просто длинный, 1,4 км, оптоволоконный кабель), однако для большой мощности лучше использовать те же дифракционные решетки — они не портятся даже в очень мощных лазерах. Короткий импульс, проходя через дисперсионный элемент, разлагается на несколько компонентов, причем одни приходят вовремя, а другие запаздывают, и за счет этого длина импульса возрастает иногда в десять раз или даже больше. Сочетая такой метод с линзами, временно расфокусирующими лазерный пучок, физики уже добились экстремальных значений: сфокусированные импульсы на сегодня способны не только прожигать разные материалы, но и делать многое другое.

Что это дает

Наиль Иногамов, ведущий научный сотрудник Института теоретической физики и специалист по взаимодействию лазерного излучения с веществом, в беседе с «Чердаком» отметил, что появление сверхкоротких лазерных импульсов позволило в том числе создать совершенно новые способы обработки материалов при помощи контролируемого испарения участков поверхности. «Когда у вас лазерный импульс попадает на поверхность, он всегда ее нагревает, и этот нагрев затрагивает не только то пятнышко, куда его сфокусировали, но и окрестности — он ее портит. А сверхкороткие импульсы просто не успевают нагреть лишнего; это новый метод, при помощи которого можно создавать материалы с упорядоченными структурами на поверхности — водоотталкивающие, например. Или метаматериалы с упорядоченными структурами для оптики. Причем это не только зеркала и прочие оптические элементы для видимого света, но также элементы для активно развивающейся технологии рентгеновских лазеров».

***

Сложно придумать формулировку лучше, чем в сообщении Нобелевского комитета, — инструменты, сделанные из света. Свет нежный и удерживающий без вреда живые клетки. Свет жесткий, резкий, филигранно взрезающий материю. Свет, выхватывающий мгновения: сверхкороткие импульсы могут быть своего рода фотовспышкой для, скажем, взаимодействующих молекул. Свет, в котором парят легкие объекты. Результаты работы трех разных исследователей этим явно не ограничиваются — впереди нас могут ждать искусственные организмы (собранные из синтетических клеток при помощи лазерных пинцетов), установки по производству антиматерии (сверхсильные электрические поля порождают пары из электронов и их античастиц) и даже то, что мы пока не можем себе представить.

Нобелевский комитет неоднократно отмечал открытия и изобретения, поменявшие мир самым радикальным образом. Это и транзисторы (1956 год, Бардин-Шокли-Браттейн), и синие светодиоды (2014-й, Акасаки-Амано-Накамура), и те же лазеры (1964-й, Таунс-Басов-Прохоров). Сегодняшняя премия достойно продолжила эту традицию.

Алексей Тимошенко