Ученые Сибирского отделения подводят итоги экспедиции «Лена-2017», проходившей на базе самой современной научной полярной станции в России — НИС «Остров Самойловский». Вообще, эта экспедиция стала двадцатой в рамках программы научного сотрудничества между Россией и Германией по изучению Заполярья и самой масштабной за ее историю. Экспедиционный отряд собрал специалистов из разных областей науки: геофизиков, геологов (палеомагнетологов и палеонтологов), почвоведов и ботаников. Кроме того, впервые новосибирский отряд стал частью международного проекта «Лена-дельта», выполняемого по межправительственному соглашению между Россией и Германией и объединяющего ученых из разных стран (Россия, Германия, Канада, США, Франция, Швейцария, Финляндия и др.).

– Наша совместная работа стала уникальным опытом научной дипломатии в нынешней непростой ситуации, – подчеркнул Игорь Ельцов. – И это не только мое мнение, схожую оценку высказали и сотрудники посольства Германии, которые также в этом году побывали на станции.

И подтвердили, что руководство их страны приложит все усилия, чтобы взаимные экономические санкции никак не отразились на совместных научных программах. В этом заинтересованы и наша, и немецкая сторона.

Итоги экспедиции, о которых рассказали сотрудники Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука – директор ИННГ Игорь Ельцов и начальник полевого отряда Алексей Фаге, – также оказались весьма интересными.

Одним из главных направлений работ в этом году стало исследование термокарстовых озер и таликовых зон.

– Мы выполнили, в своем роде, уникальные работы. Судя по тем материалам, которые я видел в зарубежных изданиях, похожие объекты изучались поверхностно и с помощью единичных профилей электротомографии, что не давало объективной картины, — рассказа Алексей Фаге. — Мы же сделали серию параллельных профилей: примерно 115 метров по суше, потом озеро — 70-80 метров, и снова 100 метров по земле. Это позволило нам очень четко определить конфигурацию «мерзлота – подозерный талик (участок незамерзающей породы, идущий вглубь) – мерзлота».

Эти данные, как и результаты обследования прибрежной зоны, где мерзлота вступает в непосредственный контакт с океаном, позволяют лучше понять механизмы процессов, происходящих сейчас в данном регионе.

Напомним, в последние десятилетия четко прослеживается тенденция к продвижению береговой линии на юг. Это открывает новые возможности в освоении арктического шельфа и влияет на формирование климата (не зря Арктику называют «кухней погоды», по крайней мере, в Северном полушарии).

Между тем, имея большой массив наблюдений за происходящими изменениями, мы мало знаем о механизмах их развития, и потому исследования, проведенные участниками экспедиции, вызывают интерес у всего научного сообщества.

Еще одним природным объектом для изучения стал эрозионный овраг на острове Курунгнах. Ученым удалось провести магнитную съемку самого оврага и прилегающей территории. Теперь на основе полученных данных ученые намерены построить модель развития эрозии мерзлоты в будущем. Если эта модель окажется достоверной, то можно будет говорить не только о фундаментальных научных, но и прикладных результатах. Как напомнил Алексей Фаге, подобные овраги (в силу непредсказуемости своего развития) представляют серьезную опасность для инженерных и инфраструктурных объектов за Полярным кругом. Если ученые создадут надежный метод прогнозирования их поведения, это сможет значительно снизить уровень этой опасности.

Большой объем работы по сбору коллекций был проделан почвоведами и ботаниками. И здесь тоже были получены весьма интересные результаты. В частности, было убедительно доказано, что вопреки нашим представлениям о тундре, в районе дельты Лены имеется большое разнообразие растений. Среди них оказались виды орхидей, которые встречаются гораздо реже в более благоприятных по климатическим условиям районах. Главный научный сотрудник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН д.б.н. Николай Лащинский провел ботаническое картирование региона. А теперь, на основе собранных им коллекций,  будет проводиться дополнительное исследование процессов, связанных с циклами выделения и поглощения парниковых газов.

Отдельного внимания достойны результаты, полученные палеонтологами в составе экспедиции: на острове Столб, расположенном недалеко от острова Самойловского, они нашли выход черных сланцев, по предварительным данным, относящихся к периоду т.н. события Келлвассера. Так называют одно из шести великих вымираний флоры и фауны в истории Земли, произошедшее на границе франского и фаменского (Frasnian/Famennian) веков (374,5 млн лет назад). По одной из версий, изменение океанических течений оказалось губительным для организмов, обитавших в прибрежных водах Мирового океана (суша в то время была еще необитаемой). Ранее черносланцевые породы, относящиеся к этой эпохе (и являющиеся главным признаком вымирания), обнаруживали в Германии и Марокко. Находка экспедиции на станции «Самойловский», в случае подтверждения, позволит говорить о планетарном характере события Келлвассера. 

Наталья Тимакова

Российской академии наук (РАН) необходим наблюдательный совет под руководством президента страны, считает кандидат на пост главы РАН Александр Сергеев.

По его словам, аналогичный совет работает, например, в Московском государственном университете и мог бы быть полезным академии.

Сергеев также считает, что пожилые члены РАН должны сформировать консультативный "совет старейшин", передав управленческие функции более молодым академикам и членкорам. "Без этого нас ни руководство страны, ни общество не поймет", - подчеркнул кандидат в президенты.

Выборы президента РАН должны были пройти в марте этого года, однако общее собрание РАН 20 марта проголосовало за их перенос на осень 2017 года после того, как все три кандидата сняли свои кандидатуры.

Новые выборы президента РАН запланированы на 26 сентября 2017 года, в них будут участвовать пять кандидатов: Евгений Каблов, Геннадий Красников, Роберт Нигматулин, Владислав Панченко и Александр Сергеев.

Сколько раз уже приходилось слышать дилетантские высказывания насчет того, что в Сибири-де слаще морковки ничего вырастить невозможно. Однако это заблуждение наглядно опровергают опытные сибирские садоводы. Причем не только любители, но и профессионалы.

Показательно в этом отношении крестьянско-фермерское хозяйство «Сады Шубиной», расположенное в пригороде Новосибирска, на въезде в поселок Краснообск. Новосибирцам хорошо известна эта организация, предлагающая дачникам «полный набор» посадочного материала: от плодовых деревьев и кустарников до овощей и декоративных растений. Количество видов здесь огромно: яблони, груши, сливы, виноград, смородина, малина, ежевика, жимолость, облепиха, земляника, разнообразные бахчевые культуры, огурцы, томаты, кукуруза, картофель,  хвойные и много чего другого.

Особенностью данного хозяйства является то, что здесь, по сути, проходит испытание различных видов и сортов растений на пригодность их выращивания в наших природно-климатических условиях. В каком-то смысле «Сады Шубиной» можно назвать испытательным участком, а саму фермерскую деятельность приравнять к научным исследованиям, ориентированным на экономический результат. Такой подход к организации работы совсем не удивляет, если принять во внимание, что основатели хозяйства являются профессиональными растениеводами с профильным образованием. Сад был организован Людмилой Шубиной – кандидатом сельскохозяйственных наук и старшим научным сотрудником. Поэтому деятельность сада направлена не только на чистую коммерцию, но также на популяризацию сибирского садоводства, для чего проводятся регулярные консультации дачников, организуются специальные семинары и выставки.

Встретившись с директором хозяйства – Юрием Шубиным, - я первым делом задал ему самый актуальный на текущий момент вопрос: «Как Вам нынешнее лето? Не удручает?». Ответ поразил. По словам Юрия Шубина, нынешнее лето оказалось вполне хорошим, даже «благодатным» - и по теплу, и по влагообеспеченности.

Никакого запаздывания с вегетацией не наблюдается. Всё созревает в срок. Сумма активных температур в этом сезоне ничуть не ниже, чем в прошлые годы, поэтому назвать нынешнее лето холодным (а тем более – «аномально холодным») никак нельзя, считает Юрий Шубин. Есть проблемы с арбузами: в открытом грунте из-за переизбытка влаги они плохо созревают. Но в теплицах таких проблем нет.

Кстати, насчет теплиц. В «Садах Шубиной» активно используются пленочные теплицы внушительных размеров – от 500 до 800 кв. метров. То есть одной такой теплицей можно спокойно перекрыть целый дачный участок. К зиме верхняя пленка скатывается в рулон, весной снова устанавливается на место. Операция эта, замечает Юрий Шубин, достаточно трудоемкая, пожилым людям вряд ли под силу. Тем не менее, теплица дает массу преимуществ. Во всяком случае, огурцы, томаты, виноград и арбузы чувствуют себя там прекрасно. Выгонка рассады без теплиц также не обходится. 

Сразу уточню, что использование тепличных укрытий не является какой-то чисто сибирской страховкой урожая. Такие же несложные пленочные теплицы вовсю используются в Китае, даже в очень теплых южных провинциях, граничащих с тропиками! Этот прием полностью себя оправдывает, особенно если речь идет о коммерчески ориентированном растениеводстве.

Впрочем, в «Садах Шубиной» значительные площади выделены под открытые плантации. Например, я видел обширные участки, занятые земляникой и жимолостью. Особое внимание уделяется выращиванию яблонь. Их в хозяйстве насчитывается не менее 50 сортов. И площади под ними немалые. Юрий Шубин указал мне на большую поляну, засаженную подвоем – дикой яблоней, на которую в следующем году будут прививать культурные сорта. Учитывая площадь посадок, этот опыт (на мой взгляд)  вполне можно применить и к промышленному выращиванию яблонь в наших краях. Будет ли здесь коммерческая отдача, решат специалисты. Тем не менее, сибирский яблоневый сад – не утопия. Конечно, речь в данном случае идет о зимостойких сортах так называемых «полукультурок», однако их вкусовые качества ничуть не уступают крупноплодным яблоням. То же самое касается и продуктов переработки.

Характерная деталь: по словам Юрия Шубина, они не используют в своем хозяйстве химические обработки растений для борьбы с болезнями и вредителями. Растения, в данном случае, как бы проходят отбор на устойчивость. Если тот или иной сорт оказался неустойчивым к болезни, если биологические способы борьбы не помогают, его исключают из списка и уже не рекомендуют дачникам. Насчет вредителей я выслушал такой любопытный рассказ.

«Поначалу, - говорит Юрий Шубин, - когда яблоневые посадки у нас были невелики, мы регулярно каждую зиму отаптывали вокруг них снег, чтобы спасти растения от грызунов. Но со временем грызуны привлекли внимание хищников, даже одичавших собак, которых много бегает в окрестностях сада. Удивительно, но мыши посадкам яблонь теперь не вредят».

И в качестве подтверждения своих слов он предложил мне осмотреть стволы яблонь. Действительно, следов «работы» грызунов видно не было.

Как я уже сказал, в хозяйстве много самых разных плодовых культур. Немалый интерес здесь был проявлен к косточковым – сливе и абрикосу. Отметим, что сливы пытаются выращивать многие сибирские дачники. Мало того, для некоторых из них сливовое дерево является некой «идеей фикс» - это своего рода атрибут «настоящего сада». В принципе, к сливам подход найден, хотя культура эта несколько капризная. Слива нередко подпревает, хотя не катастрофично. Сложнее обстоят дела с абрикосом, поскольку он выпревает почти полностью. Возможно, не всё так безнадежно, но пока практика показывает именно такой результат.

Еще одна примечательная культура, над которой «бьются» в «Садах Шубиной» - это гуми. Гуми – растение, родственное облепихе. Его плоды необычайно вкусны и очень полезны для здоровья. Однако оно отличается низкой зимостойкостью. И в отличие от сливы и даже от абрикоса (!), оно не выдерживает сибирских зим. Не исключено, что к нему со временем можно будет найти какой-то особый подход. «Было бы очень здорово, - рассуждает Юрий Шубин, - если бы наши ученые из академических институтов  всерьез занялись этим растением, хорошо бы его изучили. Это была бы замечательная поддержка сибирского садоводства». Замечу, что плоды гуми чем-то напоминают облепиху, однако они не такие кислые и обладают великолепным ароматом. Хороши они и в свежем виде, и для переработки.

Естественно, я не смог не задать вопроса насчет взаимодействия хозяйства с научными организациями, с академическими институтами. Юрий Шубин с сожалением констатировал, что научные коллективы, занимающиеся проблемой растениеводства, в нашей стране грозят кануть в лету. В том смысле, что пожилые специалисты уходят на пенсию, а молодежь вовлекается в такую работу неохотно.

Впрочем, по картофелю «Сады Шубиной» взаимодействуют со специалистами СибНИИРС. Как мы уже писали, СибНИИРС реализует небольшие партии семенного картофеля, которые буквально сметаются с прилавка каждую весну.

В хозяйстве Шубиных намерены увеличить предложение посадочного материала. Для этого сейчас оборудуется специальное помещение, где будет смонтирована установка для выращивания семян.

Конечно, нельзя сказать, что сибирские условия совсем не отражаются на агротехнике. Да, у нас много ограничивающих факторов, но это еще не означает, что сибирский сад – обязательно что-то скучное, бедное и блеклое, напрочь лишенное разнообразия. Хозяйство Шубиных наглядно демонстрирует, что как раз с разнообразием проблем нет никаких. Есть и еще один обнадеживающий факт. По словам Юрия Шубина, занимаясь садоводством не одно десятилетие, они констатируют отчетливое смягчения климата. По крайней мере, зимы стали заметно мягче. Сегодня молодому жителю Новосибирска даже трудно представить и ощутить, что такое «настоящая» сибирская зима. Так что есть надежда на то, что природа идет сибирским садоводам навстречу. И если в Европе «глобальное потепление» считают страшной угрозой, то в Сибири взгляд на этот процесс диаметрально противоположный. Кто его знает, может, спустя полвека именно сибирские сады станут образцовыми садами для той же Европы. Самое главное, что в наших краях живут люди, готовые всей душой отдаться этому прекрасному делу.

Олег Носков

В Институте вычислительных технологий СО РАН разрабатывают математические модели и вычислительные методы, которые позволят рассчитать и оптимизировать технологический процесс 3D-печати наноразмерной электроники. Это исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Аддитивные технологии производства электронных устройств (они же технологии 3D-печати) — быстроразвивающаяся в мире область. Уже сегодня с их помощью создаются ОLED-транзисторы для экранов и мониторов на гибкой подложке, способной менять форму. Другое направление — производство наноразмерных полупроводниковых приборов на основе неорганических чернил (коллоидных растворов нанокристаллических частиц). Прорыв в этой сфере обеспечит производство компактных электронных плат большой площади — неудивительно, что государственные и коммерческие корпорации проявляют к ней интерес.

Для решения проблем, возникающих при создании таких технологий, ученые ИВТ СО РАН разрабатывают математические модели и вычислительные методы, которые позволяют моделировать динамику растворов чернил и процессы переноса зарядов в них на основных этапах производства. С их помощью можно определить нужные параметры — скорость течения и расход растворов чернил, распределение тепловых и электромагнитных полей, вольт-амперные кривые транзисторов и другие важные для технологов показатели. Это позволит узнать, какими характеристиками должны обладать используемые чернила и технологические процессы, чтобы произвести электронное устройство с заданными свойствами и затратить при этом минимальное количество времени и ресурсов.

— Такая постановка подразумевает достаточно серьезные математические вызовы, — рассказывает старший научный сотрудник ИВТ СО РАН кандидат физико-математических наук Борис Владимирович Семисалов.

— Даже если мы сумели достоверно описать основные физические эффекты с помощью математической модели, её еще нужно грамотно проанализировать: понять, существуют ли решения записанных уравнений, сколько их, устойчивы ли они, ведь даже малые возмущения исходных параметров могут сильно влиять на конечный результат, что, естественно, нежелательно для производства.

Cоздавая математические модели наноразмерной электроники, исследователи частично опираются на уже существующие подходы, например, методы решения задач физики полупроводников или механики неньютоновской жидкости, однако просто скопировать готовые решения нельзя. В этой области есть множество специфичных эффектов, которые нужно учитывать и в самой модели, и в её численной реализации. Например, разномасштабность — в системе существуют как микро-, так и наноэлементы, к тому же сильно варьируется плотность легирования (внедрения примесей) полупроводников. Другой эффект — сильная связанность процессов. Так, теплоперенос влияет на скорость течения чернил, а скорость — на теплоперенос, поэтому модели получаются нелинейными и решить их уравнения аналитически становится невозможным.

— Эти особенности вынуждают разрабатывать проблемно-ориентированные численные методы и комплексы программ, учитывающие основные специфичные черты задачи, а не использовать готовые программные решения (коммерческие или бесплатные пакеты), ведь получить в таком случае устойчивый и сходящийся вычислительный процесс, дающий верное решение рассматриваемой нелинейной разномасштабной задачи крайне затруднительно — объясняет Борис Семисалов.

Продолжаем наши публикации, посвященные открытию памятника академику Дмитрию Константиновичу Беляеву интервью с заместителем директора ФИЦ «Институт цитологии и генетики» Сергеем Лаврюшевым.

– Сергей Вячеславович, насколько я понимаю, Вы не были лично знакомы с академиком Беляевым?

– Да, действительно, я пришел работать в ИЦиГ в середине 1990-х и самого Дмитрия Константиновича, к огромному сожалению, не застал. Но надо учитывать, что вся работа Института пропитана идеями, которые закладывал Беляев, сотрудники постоянно вспоминают о нем. И, по большому счету, моя активная работа здесь началась в 1997 году как раз с подготовки конференции, посвященной 80-летию академика Беляева. Тогда меня поразило, сколько людей приехало поговорить о научной работе, начатой Дмитрием Константиновичем и продолжающейся до сих пор.

А в 2003 году мне было поручено заняться популяризацией Белявских лис как нового вида домашнего животного. Мы проделали большую работу, но теперь все (кто интересуется этой темой) знают, что настоящие домашние лисы производятся только в Институте цитологии и генетики. Так что, хоть я и не знал Дмитрия Константиновича лично, я хорошо знаком с результатами его работы и отношусь к ним с огромным уважением.

– Как родилась идея отметить столетие со дня его рождения не просто юбилейной конференцией, но и установкой памятника?

– Идею с памятником предложили Николай Александрович Колчанов и Владимир Константинович Шумный еще три года назад. Они же предложили Андрею Харкевичу разработать его проект. Насколько я помню, им было создано больше двадцати эскизов, и утвердили именно этот макет. И летом прошлого года уже началась работа по созданию самого памятника: стали искать скульптора, согласовывать проект с родственниками. Очень большую помощь оказал Михаил Беляев, предоставивший фото отца, активно участвовавший в согласовании эскизов. Большое ему спасибо!

– А почему в качестве скульптора выбрали именно Константина Зинича?

– Мы изучили работы сибирских скульпторов, которые занимаются качественной малой архитектурной формой. И увидели, что самая высокая концентрация интересных памятников – в Красноярске, причем, наиболее близкими по духу к нашему проекту нам показались работы Константина Зинича. Мы ему просто позвонили и спросили: «Константин Мелатдинович, возьметесь?» Он ответил, что ему это интересно, а, так как он через пару дней планировал быть в Новосибирске, то готов зайти к нам и обсудить проект более детально. Так началось наше сотрудничество, которое вылилось в этот замечательный памятник.

– «Беляевскими чтениями» празднование столетия академика завершается?

– Юбилейные мероприятия – да. Но на этой конференции обсуждали вопрос, что в Институте сильно не хватает регулярной конференции по генетике животных. У нас есть замечательная международная конференция по биоинформатике и смежных с ней темах – BGRS – которая в следующем году отметит свое двадцатилетие. Есть международная конференция «Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений», которая прошла уже трижды и также пользуется интересом со стороны научного сообщества. А по генетике животных и человека подобных конференций у ИЦиГ в настоящее время нет.

Поэтому появилась идея, сделать такую регулярную международную конференцию, которая будет проходить по нечетным годам. Будет она носить имя Беляева или нет – вопрос открытий. Но то, что она будет и раз в десять лет в ее рамках будут проходить «Беляевские чтения» – это точно.

– На открытии памятника было проанонсировано, что ФИЦ ИЦиГ присвоят имя Дмитрия Константиновича Беляева, а на стене главного корпуса, недалеко от памятника, появится интерактивный экран, с которого будут, в том числе, рассказывать и о его работе. Как продвигаются дела в этом направлении?

– Наш ученый совет принял решение о присвоении Институту имени Беляева, объединенный ученый совет по биологическим наукам РАН наше решение одобрил. Соответствующее письмо в ФАНО было отправлено. То есть, процесс идет. Когда пройдет переименование точно сказать сложно. Мы стараемся пройти все процедуры в этом, юбилейном году. Если получится – будет хорошо. Что касается идеи с интерактивным экраном, то она будет воплощаться в рамках концепции «Тропы науки», возможно, в качестве одного из первых ее элементов.

Ультракороткие рентгеновские импульсы новой международной установки открывают недоступные сегодня возможности для множества экспериментов, среди которых – исследования сверхбыстрых химических реакций, анализ структуры белков и других наноразмерных объектов. Один из основных российских участников – новосибирский Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН – разработал и изготовил для Европейского XFEL научное оборудование на общую сумму более 25 млн евро.

Всего в проекте участвуют 12 стран, по степени вовлеченности Россия занимает второе место после Германии. Стоимость создания установки составила 1,22 млрд евро (на 2005 г.), при этом Российская Федерация взяла на себя 27% этих расходов.

Большую часть вложенных средств российские организации получили в виде заказов на разработку и производство научного оборудования.

Лазер на свободных электронах (ЛСЭ). Принцип работы

Излучение в ЛСЭ создает пучок электронов, разогнанный почти до скорости света. В Европейском XFEL для этого используется самый большой в мире сверхпроводящий линейный ускоритель длиной 1,7 км. Ускоренный пучок попадает в ондулятор – устройство с периодическим магнитным полем. Двигаясь в нем по зигзагообразной траектории, электроны излучают фотоны. Диапазон излучения существующих ЛСЭ – от терагерцового до рентгеновского. Новая установка будет генерировать ультракороткие рентгеновские вспышки с рекордной частотой – 27000 раз в секунду, а ее пиковая яркость – в миллиард раз выше обычных источников рентгеновского излучения.

Для новой установки специалисты ИЯФ СО РАН разработали несколько принципиально важных систем. Среди них – криогенные стенды для испытаний сверхпроводящих модулей линейного ускорителя. Внутри каждого модуля находится 8 резонаторов, проходя через которые пучок ускоряется высокочастотным электромагнитным полем. Резонаторы работают при температуре 2 Кельвина (-271,15 °С), поэтому для их охлаждения используется жидкий гелий при давлении около 30 миллибар.

Еще одна разработка ИЯФ СО РАН для проекта XFEL – вакуумные камеры для транспортировки пучка общей длиной более километра. Помимо высокой точности при изготовлении камер требовалось обеспечить исключительную герметичность и чистоту внутренних поверхностей. 

По словам руководителя рабочей группы исследовательского центра DESY Свена Ледерера, благодаря слаженной работе команды сотрудников ИЯФ СО РАН, установка и запуск вакуумной системы прошли точно в намеченные сроки.

В 2012 году ИЯФ СО РАН и Европейский XFEL заключили контракт на сумму 2,5 млн евро на разработку, производство и ввод в эксплуатацию системы питания корректирующих электромагнитов линейного ускорителя и каналов транспортировки пучка. Перед Институтом стояла задача произвести большой объём уникального оборудования в соответствии с жёсткими европейскими требованиями.

Корректирующие электромагниты создают добавочное поле для коррекции параметров электронного пучка. Ключевое требование для системы питания магнитов – поддержание высокой стабильности выходного тока (допустимые отклонения – не более 0,001 %), а также обеспечение высокой надёжности работы. Неисправность даже одного источника питания отрицательно скажется на качестве пучка.

«Для наших источников питания мы гарантируем среднестатистическую наработку на отказ не менее 100 тыс. часов (в среднем одна поломка за 11 лет) – рассказывает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат технических наук Олег Беликов. – Это рекордная величина для аппаратуры такого класса, поскольку отказом считается любое отклонение от заданных параметров. 

Но даже при такой надежности с учетом того, что источников много, поломки будут происходить раз в две недели, поэтому обязательным условием было создание «горячего резерва». В общей сложности, из 387 источников 50 – запасные. Заменить элемент, вышедший из строя, на резервный можно без непосредственного вмешательства технического персонала, с помощью системы управления. В случае поломки оператор производит замену моментально, одним нажатием на кнопку. Это сделано потому, что даже минута работы такой установки стоит очень дорого».

Европейский XFEL открывает огромные возможности для изучения химических и физических процессов, происходящих в веществе.  Этой осенью начинают работу две пользовательские станции, предназначенные для исследований в различных областях науки. Одна из них – под названием «Фемтосекундные рентгеновские эксперименты», которую также неофициально называют «Молекулярное кино», – позволит фиксировать реакции, происходящие в течение квадриллионной доли секунды. Например, исследователи получат возможность посмотреть «в живую» на процесс фотосинтеза – превращения света в химическую энергию. Другая – «Станция для исследования отдельных кластеров и биомолекул и параллельной фемтосекундной кристаллографии»: здесь ученые смогут проводить анализ мельчайших структур (вирусов и макромолекул) на атомном уровне.

В начале 2017 года более 60 научных коллективов подали заявки на проведение экспериментов на этих станциях: очередность устанавливала специальная международная экспертная комиссия. В результате были отобраны первые 14 групп исследователей, которые приступят к работе уже в сентябре.

Анастасия Степанова

Летом этого года в нашей стране состоялось знаменательное событие – в воздух был поднят новый пассажирский самолет МС-21, позиционирующийся как «Магистральный самолет XXI века». Утверждалось, что новая машина станет достойной отечественной альтернативной зарубежным аналогам, занимающим ту же коммерческую нишу. Как мы знаем, проект этот замышлялся еще в ту эпоху, когда проблема импортозамещения не стояла так остро, как сейчас.

После известных политических событий создание отечественных самолетов стало восприниматься как вызов не только нашим производителям, но и как вызов отечественной науке. Дело в том, что для МС-21 изначально предполагалось два варианта силовых установок – на выбор заказчика. В первом случае речь идет об отечественном двигателе ПД-14, во втором случае – о зарубежном двигателе PW1400G (от компании Pratt & Whitney). Опытный образец, поднятый в воздух, был оснащен импортными двигателями. Понятно, что в сложившихся условиях предпочтительнее вариант перехода на отечественные силовые установки.

В прессе уже неоднократно появлялись сообщения о том, что отечественные двигатели будут установлены на новом самолете в 2018 году. По заявлениям Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) двигатель ПД-14 в ходе испытаний показал все заявленные характеристики, соответствующие двигателю нового поколения. Если верить официальным сообщениям, то по выбросам в атмосферу и шумам он даже превосходит зарубежные аналоги.

Однако есть некоторые сложности, решить которые невозможно без активного привлечения к работе наших академических институтов. Об этих сложностях рассказал генеральный конструктор, заместитель генерального директора ОДК Юрий Шмотин, выступая на XXIII Сибирском теплофизическом семинаре, посвященном 60-летию Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН.

По словам Юрия Шмотина, до сегодняшнего дня в ОДК не было комплексной программы исследований. «И это есть не очень хорошо», – заключил он. 

Напомним, что основные виды деятельности Корпорации – разработка, производство, продажа и обслуживание газотурбинных двигателей для военной и гражданской авиации, участие в космических программах, создание энергетического и газоперекачивающего оборудования, корабельных силовых установок. На сегодняшний день ОДК объединяет шесть конструкторских бюро и девять производственных предприятий. За последние два года в Корпорацию включено два авиаремонтных завода. «Корпорация, – отметил Юрий Шмотин, – учится работать совместно. И если мы говорим о совместных комплексных работах, то только сегодня у нас начинают реализовываться работы по комплексным исследованиям – в рамках тех ключевых программных продуктов, которые реализуются в данный момент».

Более половины выпускаемой продукции составляют двигатели для боевой авиации. Гражданский сектор двигателей пока еще незначителен – 1,5%. Столь малая цифра «гражданки», объяснил Юрий Шмотин, является прямым результатом распада СССР, когда на отечественном рынке появились иностранные компании, предложившие продукт с высокими конкурентными преимуществами. «Для того, чтобы отвоевать этот рынок, нам приходится сегодня прикладывать очень серьезные усилия», – заметил Юрий Шмотин. Комплексная программа исследований – как раз одно из таких стратегических направлений, призванное повысить конкурентоспособность отечественных двигателей для гражданской авиации.

Как пояснил Юрий Шмотин, повышение доли продукции гражданского назначения – одна из важнейших целей ОДК. И без комплексной программы исследований, признался он, реализовать ее невозможно.

«Мы сегодня четко понимаем, – сказал он, – что существующий научно-технический задел уже исчерпан. Он полностью реализован в той продукции, которая выпускалась в последние годы. Теперь для того, чтобы создавать новые, конкурентоспособные продукты, нам необходимо формировать новую программу исследований и создавать системный, комплексный, долгосрочный поход к созданию научно-технического задания. Это, в том числе, необходимо для увеличения доли в гражданском секторе».  

По словам Юрия Шмотина, сегодня сформирована междисциплинарная комплексная рабочая группа, которая организовывает работу не только в «периметре» структур ОДК, но и с привлечением институтов РАН, а также ведущих вузов страны и малых предприятий. В текущем году, пояснил он, уже планируется осуществить совместную работу с научными организациями и вузами. Причем, речь не идет о каком-то эпизодическом взаимодействии с той или иной организацией (как это обычно происходит). Вопрос ставится о стратегическом сотрудничестве, которое должно вывести отечественное двигателестроение на принципиально новый уровень.

На текущий момент ключевой задачей является создание отечественной замены зарубежному двигателю PW1400G (с которым, напомню, состоялся первый полет МС-21). Указанным требованиям должен отвечать отечественный ПД-14. «Это – ключевая задача для ОДК на 2018 год», – подчеркнул Юрий Шмотин. На очереди – двигатель ПД-35, для создания которого, по словам генерального конструктора, будет активно вовлекаться научное сообщество РФ. Также ставится вопрос о создании принципиально новых турбовинтовых и вертолетных двигателей.

Одна из важнейших научно-технических задач, которую предстоит решить совместно с научными организациями – это создание полимерных композиционных материалов и высокотемпературных композитов. По словам Юрия Шмотина, полимерные композиционные материалы существенно повышают надежность двигателя при одновременном снижении его веса на 35-45 процентов. Новая технология создания лопатки вентилятора фактически меняет саму философию современного двигателестроения. Надежность и безопасность подтверждена реальным опытом эксплуатации соответствующих зарубежных моделей силовых установок. В результате принимаются совершенно новые сертификационные требования. Как разъяснил генеральный конструктор, металлическая лопатка вентилятора не обеспечивает столь высокой надежности. Обрыв лопатки вентилятора повышает нагрузку на заднюю подвеску до 80 тонн! «Представьте, какие нагрузки должны держать все болтовые соединения и стыки газотурбинного двигателя», – говорит Юрий Шмотин. В том случае, если лопатка вентилятора будет реализована из полимерных композиционных материалов, то отрыв будет практически исключен. Соответственно, отпадет необходимость проектировать двигатель по таким нагрузкам. Именно отсюда вытекает снижение веса на 45 процентов. Отсюда же, в свою очередь, снижаются требования и к композиционным деталям корпуса.

К сожалению, в настоящее время (в свете указанных выше политических причин) доступ нашей страны к таким технологиям ограничен. Что касается высокотемпературных композиционных материалов, то по ним передача технологий из США и из Европы для России закрыта полностью. Некоторые типы газотурбинных двигателей специального назначения вообще невозможно создать без реализации таких технологий. И именно это – как раз то направление, по которому должна сейчас работать наша наука.

В общем, внешняя политика парадоксальным образом привела к тому, что производители остро почувствовали важность для себя отечественной науки. Хотелось бы надеяться, что мы стоим на важной точке перехода к новому качеству отношений между производственниками и учеными.

Олег Носков

Распоряжение Правительства РФ от 31 августа 2017 года № 1875-р.

Подписанным распоряжением согласован список кандидатов из пяти человек:

Е.Н. Каблов – генеральный директор ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», академик РАН;

Г.Я. Красников – генеральный директор АО «Научно-исследовательский институт молекулярной электроники», академик РАН;

Р.И. Нигматулин – и.о. научного руководителя ФГБУН «Институт океанологии им. П.П.Ширшова Российской академии наук», академик РАН;

В.Я. Панченко – председатель совета ФГБУ «Российский фонд фундаментальных исследований», академик РАН;

А.М. Сергеев – директор ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр “Институт прикладной физики Российской академии наук”», академик РАН.

На нашем портале вы могли ознакомиться с материалами, отражающими позицию Евгения Каблова и Александра Сергеева в отношении развития отечественной науки и экономики в целом.

Также на сегодня зарегистрированы 4 кандидата на должность председателя СО РАН, давших письменное согласие баллотироваться на эту должность.

1. Академик РАН Алексеенко Сергей Владимирович (заведующий отделом Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук) выдвинут объединенными учеными советами СО РАН: по математике и информатике; по энергетике, машиностроению, механике и процессам управления; по физическим наукам; по нанотехнологиям и информационным технологиям; по химическим наукам; по биологическим наукам, наук о Земле, по экономическим наукам и по медицинским наукам.

2. Академик РАН Бычков Игорь Вячеславович (директор Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института динамики систем и теории управления им. В.М. Матросова Сибирского отделения Российской академии наук) выдвинут объединенным ученым советом СО РАН по нанотехнологиям и информационным технологиям.

3. Академик РАН Верниковский Валерий Арнольдович (заведующий лабораторией Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук) выдвинут объединенными учеными советами СО РАН: по биологическим наукам и наук о Земле.

4. Академик РАН Пармон Валентин Николаевич (научный руководитель Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук) выдвинут объединенными учеными советами СО РАН: по химическим наукам, по биологическим наукам, наук о Земле и по гуманитарным наукам.

Обсуждение кандидатур состоится на заседании Президиума СО РАН 13 сентября 2017 года.

Слова «опередил время» не раз звучали в адрес талантливых ученых и исследователей. Но каково это было – высказывать идеи, которые современниками воспринимались как фантастические, а то и бредовые. И далеко не всегда авторов этих идей ждали слава и признание при жизни. А многие остались в тени истории и по сей день (хотя сама ценность их работы уже сомнений у мирового научного сообщества не вызывает). В числе такого рода примеров – один из пионеров трансплантологии, наш соотечественник Владимир Демихов.

Сердце – символ жизни, этот орган своими непрестанными сокращениями обеспечивает кислородом и питательными веществами весь наш организм. За семьдесят лет работы этот «насос» размером с кулак и весом около 200 грамм (мы говорим о сердце человека) перегоняет через себя 360 тысяч тонн крови. А его остановка означает для человека смерть.

Неудивительно, что веками любая рана сердца считалась смертельной, а врачи избегали даже прикосновений к сердцу, чтобы не рисковать жизнью пациента. Но время не стоит на месте. В 1883 году немецкий хирург Теодор Бильрот писал: «Хирург, который бы вздумал зашивать рану сердца, потерял бы уважение своих товарищей». А уже в 1897 году его соотечественник, хирург Людвиг Ренн провёл первую операцию на открытом сердце. А еще через два года, в России, рану на сердце успешно зашил профессор Варшавского университета Юлиан Касинский.

С этого времени и началось развитие кардиохирургии – одного из важнейших направлений современной медицины.

Мысль о возможности полной или частичной замены пораженного сердца посещала уже самых первых кардиохирургов, но оставалась для них недостижимой мечтой. Равно как и идея пересадки здоровых органов вместо больных вообще.

Но, перешагнув важный (в том числе – психологический) рубеж, медицина шла теперь вперед быстрыми шагами. В 1902 году русский физиолог Алексей Кулябко впервые в истории оживил сердце трехмесячного младенца, умершего от пневмонии, через 20 часов после смерти самого ребенка. А уже через несколько лет последовали первые опыты пересадки сердца у животных. Правда, сроки работы пересаженных органов (как и жизни самих подопытных животных) после операций исчислялись часами.

А в 1926 году в Москве на Всесоюзном съезде физиологов Сергей Брюханенков продемонстрировал в работе свой аппарат для искусственного кровообращения («аутожектор»). Аппарат состоял из двух механически управляемых насосов с системой клапанов. Оксигенатором служили удалённые лёгкие донорского животного. Присоединенная к аутожектору голова собаки прожила около двух часов.

Весть об аппарате облетела все мировые СМИ, сама идея о том, что с помощью таких систем можно поддерживать функционирование мозга оказалась очень привлекательной, речь шла, конечно, прежде всего о «великих умах человечества». Вдохновленный этой идеей, Александр Беляев пишет свой знаменитый роман «Голова профессора Доуэля», а Бернард Шоу предлагает свою голову для экспериментов.

Сергей Брюхоненко продолжает исследования и в 1935 организует для этого Институт экспериментальной физиологии и терапии. В ходе набора сотрудников его внимание привлекает эксперимент студента биологического факультета Воронежского университета Владимира Демихова по изучению искусственного кровообращения. В мастерских университета двадцатилетний студент изготовил специальный прибор, который должен был заменить сердце собаки.

Эксперимент оказался относительно успешным (прибор заработал и сумел оживить собаку после получасовой остановки сердца), и уже в 1937 году Владимир Демихов по рекомендации Брюханенко переводится в МГУ. Уже там он провел следующий эксперимент – пересадку сердца щенка на шею взрослой собаки. С этого времени можно говорить, что направление научных интересов для него было определено – пересадка жизненно важных органов как способ продления жизни пациентов.

Работу Демихова, как и многих советских молодых ученых того времени, прервала начавшаяся Великая Отечественная война. Он ушел на фронт в 1941 году и прошел всю войну, закончив службу старшим лейтенантом в 1946 году в Манчжурии. А затем, наконец, смог вернуться к своим исследованиям: сначала – в маленькой лаборатории Пушно-мехового института в Балашихе, а с 1947 года – в Институте экспериментальной и клинической хирургии (ИЭКХ) АН СССР.

Здесь, в поистине спартанских условиях, он проводил сложнейшие операции и ставил уникальные эксперименты. Демиховым впервые в мире было успешно пересажено собаке второе сердце, а вскоре он смог полностью заменить сердечно-лёгочный комплекс, что стало мировой сенсацией, которую в СССР даже не заметили.

Оказалось, что заменить сердце вместе с легкими, с хирургической точи зрения, даже легче, чем просто пересадить сердце. Поскольку при этом не приходится сшивать многие легочные сосуды.

И это было только начало. В последующие годы Демихов изобретет и апробирует на собаках несколько способов пересадки сердца, пересадит собаке печень, легкое и др.

В одиночку он проводит исследования, которые считались по силам только большому научному коллективу. Благодаря таланту и небывало целеустремленности. Но эти же черты характера осложняли его взаимоотношения с начальством. «Демихов – наше несчастье, не желает никому подчиняться», – характеризовал его директор Института хирургии Александр Вишневский.

А Демихов, тем временем, не имея хирургического образования, проводил виртуозные операции, наблюдать за которыми приезжали хирурги не только со всего СССР, но и из-за рубежа. Конечно, это раздражало его коллег. Равно как и идеи Демихова, казавшиеся им фантастическими. Его много критиковали за якобы отрицание проблемы отторжения донорских тканей, хотя он всего лишь писал, что его опыты с пересадкой органов, в отличие от тканей, показывают, что эта проблема часто преувеличивается.

Его критиковали, а он отвечал новыми результатами: в 1951 году создает новое искусственное сердце (на Западе сумели создать аналог лишь через шесть лет – объединив для этого работу группы ведущих ученых с немалым бюджетом на исследования). А первые успешные операции по имплантации человеку механических устройств в сердечную мышцу были осуществлены и вовсе в 1980-е годы.

Демихов старался использовать каждую возможность, для распространения информации о возможностях трансплантологии. На всесоюзной медицинской конференции в Рязани, на глазах сотен врачей, он проводит операцию по пересадке сердца и легких собаке Дамке. Она прожила семь дней и умерла от случайного повреждения гортани, нанесенного во время операции. Это был первый случай в мировой медицине, когда собака с чужим сердцем жила так долго.

А в 1952 году Демихов в ходе операции на сердце другой собаки первым в мире применил шунтирование. В этот раз его «пациент» прожил после операции семь лет. Ученый вновь опередил время: прошли десятилетия, прежде чем хирурги научились делать такие операции человеку, а его заслуга в этом была отмечена только в 1987 году вручением Государственной премии.

К 1956 году он заканчивает работу над кандидатской диссертацией «Пересадка жизненно важных органов в эксперименте», но новый директор института Владимир Кованов просто не допускает его к защите, поскольку не верит в выводы и результаты, полученные Демиховым. «Работа не заслуживает внимания», – заявили на биофаке МГУ, где предполагалась защита.

Вскоре ему пришлось пережить новую волну неприятностей. Хотя в этот раз все начиналось весьма хорошо. В декабре 1958 года он впервые в жизни поехал за границу: в ФРГ на международный конгресс по проблемам трансплантологии. Там его доклад и показательные операции имели сенсационный успех – Демихову тут же предложили работу в нескольких ведущих научных центрах Запада. А в СССР полетела телеграмма, что товарищ Демихов разглашает на заседаниях конгресса государственную тайну (когда «не заслуживающие внимания фантазии»  стали «гостайной», так и осталось неизвестным). Демихова срочно вызывают в посольство в Бонне и вывозят в Москву, где ему на всю жизнь присваивают статус «невыездного».

Вскоре после этого, из-за конфликта с руководством, он вынужден перейти на работу в Институт скорой помощи имени Склифосовского. Зато здесь в 1963 году Демихов, причём в один день, смог защитить сразу две диссертации (кандидатскую и докторскую).

Он продолжает свои опыты, проводит уникальные операции на животных (чего стоит собака, которой Демихов трансплантировал вторую голову), и к нему периодически приезжают учиться гости, включая заграничных. В начале 1960-х дважды на операциях Демихова присутствовал молодой хирург из ЮАР Кристиан Барнард.

3 декабря 1967 года в госпитале Кейптауна Барнард проводит первую в мире операцию по пересадке сердца человеку. Он тут же стал звездой мировой медицины. В своих многочисленных интервью он постоянно рассыпался в комплиментах своим учителям - американским хирургам Уолтону Лиллехаю и Норману Шамвэю, но лишь один раз вспомнил про Демихова. Почему? Это осталось на совести самого Барнарда.

Между тем, проведение первой операции не означало, что она вскоре станет распространенной в мире практикой. Первый пациент – Луис Вашкански – прожил недолго: после пересадки он получил такую дозу иммуноподавляющих препаратов, что чрез неделю его организм не смог справиться с обычной простудой.

Именно эта проблема – послеоперационного восстановления – стала барьером и для подобных операций в СССР, в итоге они вообще были запрещены. И даже, когда в мире в 1980-е появилось новое поколение иммуномодуляторов, наша кардиохирургия оставалась в рамках этого запрета (практически до распада СССР).

Могли ли помочь в решении этой задачи работы Демихова? Скорее всего, да, ведь ему удалось добиться того, что собаки успешно жили годами после операций. Но сам он к 1960-м годам стал своего рода «изгоем» в мире советской медицинской науки. Общаться с ним, ссылаться на него в своей работе считалось чуть ли не дурным тоном. В итоге вместо поддержки и ресурсов для исследований, ученый получил травлю, которая в 1968 году довела его до инсульта.

Демихов смог восстановиться и продолжить работу, но уже не с прежней энергией. Хотя в его лаборатории разрабатывались методы пересадки головы, печени, надпочечников с почкой, пищевода, конечностей. Результаты этих экспериментов были опубликованы в научных журналах и получили международное признание. Ему присвоено звание почётного доктора медицины Лейпцигского университета, почётного члена Королевского научного общества в Уппсале (Швеция), а также Ганноверского университета, американской клиники Майо.

Выйдя на пенсию в 1986 году, он прожил последние годы в бедности и забвении со стороны многих коллег. Некоторое возвращение интереса к его работам можно было наблюдать лишь в последние годы. А 27 июня 2016 года в Москве, в новом здании НИИ трансплантологии и искусственных органов имени Шумакова состоялось торжественное открытие памятника Владимиру Петровичу Демихову.

Надо признать, Демихов (несмотря на всю сложность своего характера) не был жертвой политических или карьерных интриг. Он – классический пример ученого, опередившего время. Медицина середины прошлого века была просто не готова воспринять его смелые иди в области трансплантологии. И не нашлось силы или организации, где могли бы поддержать такого рода исследования. А теперь нам остается только гадать, а сколько бы удалось сделать Демихову, получи он поддержку государства или родись на полвека позже.

Наталья Тимакова

В лабораториях бьются искусственные сердца, молекулярные компьютеры играют в крестики-нолики, а крошечные медицинские роботы учатся взаимодействовать между собой внутри наших тел. Люди всегда мечтали подражать природе, и теперь это получается у них все лучше. «Чердак» отбирает самые интересные бионические новости, чтобы вы не потерялись в этом новом, странном мире.

Есть одна старая страшилка, в которой компьютерный вирус заражает живой организм и, например, стирает его воспоминания. Сложно представить, как это сделать, но вот принципиальную возможность в каком-то смысле обратной схемы совсем недавно показали американские ученые, которые превратили молекулы ДНК в прототип простейшего компьютерного вируса.

Для этого они взяли одну из популярных компьютерных программ с открытым кодом, используемую при секвенировании генома, и внесли в нее такие изменения, что она смогла производить переполнение буфера (то есть могла записывать данные за пределами выделенной для ее работы памяти, а значит, вносить туда какие-нибудь вредоносные инструкции — этот подход часто используют компьютерные вирусы). Дальше ученые спланировали, какие молекулы ДНК будут активировать эту ошибку, синтезировали их и попытались секвенировать: в 37% экспериментов это действительно вызвало переполнение буфера, то есть часть данных о последовательностях ДНК в зашифрованном виде было записано вне памяти специальной программы.

Конечно, у этой работы пока много оговорок. Во-первых, исследователи только показали теоретическую возможность создания подобного компьютерного вируса (можно придумать такую последовательность ДНК, что при секвенировании она заложит в память компьютера вирусные инструкции), но на практике его не сделали. Во-вторых, они внедрялись в компьютер через специально «ухудшенную» программу для секвенирования (но параллельно показали, что аналогичные возможности использовать эту уязвимость есть у трех других аналогичных программ). И в-третьих, их подход даже теоретически подходит только для очень специфических случаев: ДНК-последовательность, атакующая программу для секвенирования, должна быть достаточно короткой (для того чтобы ее не порезал на части секвенатор) и сбалансированной (соотношение аденин/тимин и гуанин/цитозин нуклеотидов в ней должно меняться в определенных узких пределах, иначе такая молекула ДНК свернется и не будет секвенирована).

Поэтому сами исследователи подчеркивают, что их работу стоит воспринимать скорей как предупреждение: если со временем техники секвенирования будут становиться все более мощными и общедоступными, то такая незакрытая уязвимость может выстрелить очень громко.

С помощью компьютерных вирусов на ДНК можно будет красть разные данные из лабораторий, подделывать результаты генетических экспертиз или, например, незаметно портить ГМО-продукты.

А если представить, что техника секвенирования станет доступна в домашних условиях, то фантазия разыгрывается даже еще больше: покупаешь в магазине какой-нибудь продукт и хочешь проверить его генетический состав, а вместо этого получаешь компьютерный вирус.

Мир бактерий живет в невероятных темпах. Возьмем каплю воды из лужи, посмотрим на нее под микроскопом и увидим тысячи микроорганизмов, которые постоянно перемещаются в абсолютно случайных направлениях. В каком-то смысле это живое топливо: если обуздать этот хаос и направить все бактерии в одну сторону, то энергии их движения хватит на многое. Похожую вещь в июле сделали итальянские ученые: они заставили кишечные палочки e. coli вращать лопасти миниатюрных моторов, как вода вращает жернова водяных мельниц.

Микромоторы были сделаны из пластика и выглядели следующим образом: в центре вертикальная ось, на которую насажен миниатюрный ротор диаметром в 7,6 микрон и толщиной в 3,7 микрон — полый диск, объем которого разделен перегородками на 15 маленьких камер, в каждую из которых помещается ровно по одной e. coli (при этом «тело» кишечной палочки находится полностью внутри камеры, а жгутик, вращение которого и обеспечивает движение кишечной палочки, — снаружи). Также вокруг ротора была сделана еще одна радиальная оболочка с насечками, направлявшими кишечные палочки так, чтобы они заходили внутрь своих камер головами вперед.

Исследователи сделали несколько десятков таких моторов и добавили к ним «топливо» — суспензию кишечных палочек. Всего за две минуты бактерии заполнили около 90% камер и за счет хаотичных движений своих жгутиков начали вращать ротор так, что максимальная скорость вращения микромоторов достигала около 15 оборотов в минуту.

Так, конечно, не могло продолжаться вечно. Для вращения жгутиков, как и для работы любых других механизмов, тоже нужна энергия, которую бактерии получали за счет переноса протонов из внешней среды (грубо это можно сравнить с любым электрическим прибором, работающим за счет направленного переноса электронов, то есть электрического тока). Но здесь исследователи пошли на хитрость: они модифицировали гены e. coli таким образом, что бактерии стали производить фотоактивный белок протеородопсин, перекачивающий протоны из внешней среды за счет энергии солнечного излучения. Так ученые сильно расширили свои возможности: во-первых, они могли поддерживать работу микромоторов с помощью света, а во-вторых, меняя интенсивность излучения, научились регулировать и синхронизировать скорости их вращения.

Конечно, прямо сейчас применить такую систему где-нибудь на практике затруднительно, но в будущем все возможно. Сами авторы отмечают, что их микромоторы, вращаемыми «рабами"-бактериями, могут пригодиться для создания разных медицинских микроботов или систем адресной доставки лекарств.

Наши роботы уже неплохо ходят, ползают, плавают и даже бегают, но как-то совершенно не умеют расти, например, как лианы: мы просто не привыкли, что этот «растительный» способ передвижения тоже вполне подходит для перемещения в пространстве. Исправляют ситуацию американские ученые из Стэнфорда и Калифорнийского университета, которые создали мягкого робота, способного вырастать более чем в 250 раз и так пробираться сквозь самые труднодоступные места.

Выглядит новый робот как легкая мягкая трубка, которая разжимается под действием воздуха. Ее изначальная длина составляет 28 сантиметров, а максимальная — 72 метра. При этом направление роста робота можно менять, регулируя интенсивность подачи воздуха в полости с разных сторон трубки, а спереди робота установлена камера, по картинке которой можно направлять рост трубки.

Этот робот хорошо показал себя в испытаниях. Он сумел проползти по липкой бумаге, клею, отвесной ледяной стене и даже гвоздям (с постепенным раскрытием трубки перемещается только его передняя часть, а вся остальная конструкция остается на месте, поэтому, хотя тело робота и получало проколы, оно все равно не сдувалось, так как сами гвозди и закрывали эти отверстия). При этом в передней его части кроме камеры был установлен сенсор углекислого газа, который продолжал работать после всех перемещений. В других испытаниях робот подлез под дверью, поднялся, закрутился вертикально вверх спиралью на несколько метров и даже смог подползти под 100-килограммовый ящик, чтобы потом приподнять его.

Исследователи говорят, что их разработку можно использовать при различных чрезвычайных ситуациях, когда нужно быстро пробраться через завалы и найти выживших людей (в этом может как раз помочь датчик углекислого газа) и хотят развивать свою технику. Они планируют сделать аналогичного робота, накачиваемого не воздухом, а водой (снова для работы в завалах и, соответственно, доставки воды в труднодоступные места), и миниатюрного растущего робота длиной в два миллиметра для работы внутри человеческого организма.

Было бы очень здорово сделать биокомпьютеры — миниатюрные системы на основе биомолекул или клеточных органелл, которые могут производить точно такие же вычисления, какие делает обычная электроника, и по их результатам регулировать работу живых организмов, внутри которых, собственно, помещены биокомпьютеры. Сейчас ученые предлагают разные компоненты, на основе которых можно было сделать подобную электронику. Например, в июле американские исследователи показали, что простейшие вычисления и логические операции можно делать с помощью молекул РНК.

Для этого исследователи использовали структуры, называемые рибопереключателями — это одноцепочечные молекулы РНК, которые могут находиться в двух состояниях. По умолчанию они «выключены» — свернуты в пространстве таким образом, что по ним невозможно синтезировать белок, но в присутствии некоторых веществ (например, коротких антисмысловых РНК или других биомолекул, образующих связи с изначальной цепочкой РНК) они разворачиваются и, соответственно, «включаются», то есть по ним снова можно синтезировать белок.

Такие рибопереключатели по умолчанию нужны кишечной палочке, чтобы регулировать работу некоторых генов. Однако для того, чтобы запустить на них биовычисления, ученые модифицировали e. coli таким образом, что по молекулам РНК синтезировались различные флуоресцентные белки.

Дальше они показали, что прямо внутри бактерий можно проводить простейшие вычисления, в которых входными сигналами будут концентрации антисмысловых РНК, а выходными — интенсивность свечения флуоресцентного белка (в классических полупроводниковых схемах и входные и выходные сигналы — это электрические токи). К примеру, сделали кишечные палочки, которые выполняют логическую операция ИЛИ: если к культуре e. coli добавляли определенные антисмысловые РНК A и B (как вместе, так и поодиночке), то активировалась выработка зеленого флуоресцентного белка, а если в среде отсутствовало и вещество A, и вещество B, то синтез белка не шел.

Таким же образом исследователи закодировали и некоторые другие логические операции, а также сделали алгоритм, работающий сразу с двенадцатью входными сигналами. Теперь авторы говорят, что подобные вычисляющие системы можно «имплантировать» и в другие живые бактерии, чтобы, например, контролируемо производить лекарства или топливо.

Кроме компьютерных вирусов на ДНК, бактериях, вращающих микромоторы, растущего мягкого робота для работы в завалах и РНК-вычислителях, работающих внутри кишечных палочек, в июле и августе было много и других интересных бионических новостей. В геном бактерий записали видео со скачущей лошадью, из гидрогелей сделали плотную как шелк искусственную паутину, слизевик Physarum Polycephalum сымитировал сеть древнеримских дорог, а роборыбы помогали изучать агрессию среди рыбок сиамских петушков. Впереди еще много всего интересного!

Михаил Петров