Ученый Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ) разработал алгоритм для реализации быстрого и точного метода на основе машинного обучения для анализа временных рядов, который может быть применен для прогнозирования погоды, курсов валют, ситуации на биржевом рынке и других процессов.

Временной ряд — это любая последовательность событий, распределенных во времени. С помощью анализа временных рядов делаются прогнозы курсов валют, метеорологических данных, стоимости акций, объемов потребления определенных товаров или услуг, распределения трафика на дорогах и многого другого.

«Этот алгоритм позволяет реализовать метод прогнозирования временных рядов таким образом, что его трудоемкость достигает максимально возможной эффективности. Он может работать в онлайн-режиме, огромные данные считывать сходу, обрабатывать и сразу же выдавать прогнозы с огромной скоростью», — рассказал создатель алгоритма доцент кафедры прикладной математики и кибернетики СибГУТИ Антон Ракитский.

Он пояснил, что высокоточный и быстрый метод прогнозирования временных рядов был предложен математиком Борисом Яковлевичем Рябко, однако он считается очень трудоемким и требующим сложных математических вычислений. Созданный алгоритм позволит эффективно реализовать метод прогнозирования с максимально возможной точностью и скоростью. Его можно реализовать для анализа любых последовательностей.

Сейчас команда ученых работает над созданием библиотеки алгоритмов и методов для анализа временных рядов. «Это набор разных методов, эффективно реализованных, оптимизированных, которые позволяют прогнозировать временные ряды. У нас есть уже методы для считывания, для предварительной обработки и подготовки данных, для переключения между алфавитами и прочими вещами», - сказал Ракитский.

В частности, эту библиотеку смогут использовать разработчики при написании программного обеспечения для анализа определенных временных рядов и решения задач определенной компании или ведомства.

В следующем году планируется начать работу по улучшению прогноза потребления газа для индустриального партнера университета - компании «Газпром межрегионгаз Новосибирск».  Задача ученых - снизить процент погрешности прогнозирования с 10% до 3%.

Это важная задача, так как правильное управление запасами газа в единой системе газоснабжения зависит от точности прогнозов потребления.

Команда планирует создать модель, которая будет давать точные прогнозы потребления газа для различных категорий пользователей.

Использование натурального сырья для создания лекарственных препаратов насчитывает уже тысячи лет. В принципе, это понятно, поскольку в далекие времена ничего другого и не было. Тем не менее, такая практика давала свои положительные результаты. Мало того, данное направление сохраняет актуальность и в наши дни.

Например, в Древнем Египте на основе эфирных масел изготавливались лекарства, а также всевозможные настойки, свечи, брикеты. И до сих пор, надо сказать, ароматерапия имеет значение в современной медицине. Знаменитый Гиппократ использовал экстракт коры ивы для купирования болезненных состояний. Оттуда, кстати, вышло знаменитое во всем мире лекарство – аспирин (ацетилсалициловая кислота). Не менее знаменитый врач Авиценна использовал экстракт коробочек мака. В настоящее время существует огромное количество опиоидных анальгетиков, без которых невозможно представить существование людей с определенными патологиями.

По сию пору природные соединения играют огромную роль как источник активных компонентов для изготовления лекарственных препаратов. Такая работа ведется и в научных организациях новосибирского Научного центра.  Об этом подробно рассказал в своем докладе на 14-й Международной конференции, посвященной биоинформатике и системной биологии, руководитель Отдела медицинской химии Института органической химии имени Н. Н. Ворожцова СО РАН Нариман Салахутдинов.

По словам ученого, сегодня на рынке лекарственных препаратов только 20% из них являются чистой «синтетикой». Всё остальное, так или иначе, основано на использовании природных компонентов. Среди них попадаются исключительно «ботанические» вещества, не подвергшиеся существенным трансформациям. В процентном отношении их совсем немного. Большая же часть (примерно 75%) – это вещества, возникшие в результате химических трансформаций натуральных соединений. В основном это – низкомолекулярные соединения, уточнил Нариман Салахутдинов. В принципе, подчеркнул он, в любой аптеке до 90% всех лекарств – это как раз низкомолекулярные препараты. И это касается фармакопеи всего мира.

Институт органической химии СО РАН давно уже и весьма активно работает с природными веществами, основываясь на местном сырье. Благо, сибирская флора располагает весомым лекарственным ресурсом. Еще в 1960-х годах в Институте была создана лаборатория лесохимии. В течение первых двадцати лет был выполнен огромный объем исследований хвойных растений Сибири и Дальнего Востока – уникальных источников терпеновых соединений. В основном речь идет о таких растениях, как сосна, кедр, пихта и другие. Нашими учеными был установлен химический состав живиц, скипидаров и экстрактов нескольких видов хвойных деревьев. Кроме терпеноидов, объектами исследований ученых НИОХ СО РАН стали компоненты некоторых ландшафтных растений (легкодоступные алкалоиды и фенольные метаболиты). Исследования флоры Сибири включали в себя поиск источников перспективных растительных метаболитов, идентификацию и установление точной структуры индивидуальных веществ, а также разработку оптимальных методов их выделения. В результате всех этих работ в Институте был создан банк данных, куда вошли метаболиты, обладающие очень важными достоинствами.

В число таких достоинств входят доступность самого растительного источника и технологичность методов выделения. Также отмечается химическая структура, открывающая широкие возможности для синтетической модификации. И, что не менее важно, - наличие прогнозируемой биологической активности. По словам Наримана Салахутдинова, основные усилия возглавляемой им команды ученых сосредоточены на создании агентов в наиболее востребованных терапевтических направлениях – в онкологии, в кардиологии, в разнообразных вирусных инфекциях и нейродегенеративных заболеваниях.

Как отметил Нариман Салахутдинов, терпены являются здесь основным классом. Примеров работы с такими веществами уже достаточно много. Так, была проведена работа с одним таким веществом, входящим в состав соснового скипидара. Путем несложных химических трансформаций было получено очень важное соединение Проттремин, демонстрирующее активность против болезни Паркинсона. Данное соединение уже прошло доклинические испытания и первую фазу клинических испытаний.

Это далеко не единственный пример. Для всех перечисленных выше областей терапии были найдены соединения-лидеры, большая часть которых прошла цикл доклинических испытаний. К примеру, был обнаружен антивирусный агент Камфецин – производное природной камфоры. Данный компонент способен ингибировать широкий спектр штаммов вируса гриппа. Также были найдены соединения-лидеры в борьбе с оспой, вирусами Эбола и Марбург.

Было обращено внимание и на производное природной усниновой кислоты. Это уже имеет отношение к онкологии. Совместное использование данного агента с другими препаратами позволяет нашим ученым надеяться на успех в лечение такого серьезного онкозаболевания, как рак легкого. Наконец, серьезные успехи были достигнуты и в создании препаратов, обладающих анальгетическим действием и регулирующих содержание сахара в крови.

В общем, работа ведется давно и успешно – успешно с научной точки зрения. Главная проблема, как всегда, касается финансирования таких разработок. Возьмем упомянутый выше Проттремин. Как сказал Нариман Салахутдинов: «Мы сейчас стоим на пороге второй стадии клинических испытаний. Минздрав разрешение дал. Ждем деньги. Денег надо много. Вторая фаза стоит триста-четыреста миллионов рублей. Столько же стоит и третья фаза». Вопрос: где взять деньги?

Как пояснил Нариман Салахутдинов, создание препарата – начиная с того момента, как прошли фундаментальные исследования и получена молекула-лидер, - стоит примерно миллиард рублей (плюс-минус сто тысяч). Кажется, что это очень много. Однако в США та же самая работа обходится в миллиард долларов! «Поэтому мы в состоянии создавать современные препараты, затрачивая на их разработку почти в сто раз меньше американцев», - заявил ученый. Тем не менее, на рынке мы не видим препаратов, сознанных на основе указанных отечественных разработок. В чем же тут дело? Ведь есть же, в конце концов, отечественные фармацевтические компании, заинтересованные в производстве недорогих и эффективных лекарств. К тому же, у нас в Сибири имеется хорошая сырьевая база (взять те же хвойные деревья). Почему мы не видим сотрудничества фармацевтических компаний с отечественной наукой?

Существует мнение, будто виной всему - бюрократические процедуры, связанные с выдачей патентов. Нариман Салахутдинов не согласен с таким мнением. «К сожалению, - разъясняет он, - у нас нет «Big Farm» в западном понимании этого слова. Поверьте, мы вели разговоры с очень многими российскими компаниями. И они нам говорят, что им совсем невыгодно рисковать миллиардом рублей, хотя он у них есть. Поэтому им выгоднее купить в Китае какую-нибудь хорошо известную субстанцию «столетней давности», сделать на ее основе таблетки и продавать. Дескать, мы так не получим больших денег, но мы их и не потеряем».

По мнению ученого, ситуация изменится только тогда, когда государство будет брать на себя хотя бы половину рисков. Остальную часть могут взять на себя крупный бизнес, банки и т.д. Вроде бы, считает ученый, какие-то подвижки в этом направлении наметились, особенно после 2022 года, когда (по известным причинам) прекратилось взаимодействие с крупными зарубежными компаниями. Правда, каких-то твердых гарантий со стороны государства еще не прозвучало. Поэтому у наших ученых на этот счет есть только надежда. И пока еще она жива.

Николай Нестеров

 Министр науки и инновационной политики Новосибирской области Вадим Васильев открыл 29-ый акселератор Академпарка - бизнес-ускоритель А:СТАРТ, организованный при поддержке Правительства Новосибирской области. С 2010 года в программе приняло участие более 2500 человек, более 300 проектов, по итогам финальных экспертиз были приглашены в бизнес-инкубатор. Этой осенью к участию в бизнес-ускорителе А:СТАРТ  подано 170 заявок, из них отобраны 125 человек. На старте будет представлено 85 проектов. Программа проводится по трем основным направлениям: «Информационные технологии», «Биотехнологии, Нанотехнологии и Медицина», «Приборостроение».

Участниками программы станут предприниматели, молодые ученые, аспиранты, разработчики, руководители проектных команд и стартапов, студенты вузов. География проектов-участников в этом году включает в себя не только Новосибирск, но и Москву, Санкт-Петербург, Томск, Таганрог, Ижевск, Белгород, Иркутск и другие города. Более 15 проектов представят победители конкурса «Студенческий стартап». По итогам пятого конкурса  - 68 новосибирских студентов стали обладателями гранта ФСИ. А по итогам всех этапов с 2022 года  - 98 студентов.

Среди тех проектов, авторы которых получили место в бизнес-инкубаторе по итогам весенней сессии: промышленное производство аккумуляторных батарей, программно-аппаратный комплекс для управления стрессом, цифровой семейный офис, платформа электронный медицинских рецептов, нейротренажер для школьников и другие. Большинство проектов относятся к сфере IT и приборостроению – важнейшие направления Стратегии научно-технологического развития РФ.

Участников акселератора поприветствовал министр науки и инновационной политики Новосибирской области Вадим Васильев.

«Я вам немного завидую, что вам выпал шанс попасть на эту программу, приобщиться к сообществу профессиональных, неравнодушных людей. Уверен,  что полученные знания вы сумеете с успехом использовать не только в бизнесе, но и в дальнейшей работе и жизни. Программа А:СТАРТ – это только первый шаг на пути к созданию успешно работающего инновационного бизнеса, но и возможность приобрести навыки отстаивать свои идеи, следовать своей цели, добиваться результата. Сейчас вас 4 недели ждет большая, интересная, каждодневная работа над собой. Будет много сложных задач, но со своей стороны хочу заверить - Правительство Новосибирской области, министерство науки и инновационной политики региона, Новосибирский областной инновационный фонд, команда Академпарка готовы оказать вам всестороннюю помощь и поддержку», – сказал министр.

Глава миннауки НСО напомнил, что  в области действует «единое окно» для инноваторов  – это Новосибирский областной инновационный фонд. На базе фонда формируется единая платформа для развития студенческих стартап-проектов – межвузовская студия. Вскоре она поможет проектам молодых технопредпринимателяей из разных вузов, зародившимся на студенческих акселераторах, найти своих индустриальных партнеров. В регионе хорошо себя зарекомендовал конкурс министерства науки и инновационной политики НСО среди инновационных компаний, осуществляющих трансфер научных разработок в реальный сектор экономики. В этом году в целях стимулирования коммерциализации научных знаний и трансфера технологий в Новосибирской области из областного бюджета выделено 170 млн рублей.

«В 2022 году Президентом России Владимиром Путиным был дан старт Десятилетию науки и технологий. Правительство России ставит перед наукой и предпринимателями не просто задачи импортозамещения. Для обеспечения технологического суверенитета необходимо технологическое лидерство. У нас для этого в Новосибирске есть все: более 30 научных институтов Академгородка, ведущие промышленные предприятия, инновационные компании Академпарка, который в ближайшее время планирует увеличить площадь произведственных помещений почти в два раза до 200 тысяч кв. м. Также в регионе есть целый арсенал инструментов поддержки стартап-проектов, предоставляемый Правительством региона, фондами, институтами развития», – подчеркнул Вадим Васильев.

Участники акселератора за 4 недели  посетят мастер-классы, лекции и тренинги при поддержке опытных наставников-практиков: узнают об основах технологического предпринимательства, создадут дорожные карты проектов,  изучат инструменты бизнес-моделирования и управления командой, также научатся общаться с потенциальными инвесторами.

Итоги будут подведены 25 октября. Победители акселератора A:СТАРТ получат льготы на аренду офисов и рабочих помещений, для сотрудников компаний-резидентов предусмотрено льготное жилье, комплекс инфраструктуры по сопровождению бизнеса (трекеры и менторы), доступ к различным информационным ресурсам и помощь с поиском контактов партнёров (например, индустриальных),  содействие в коммуникации с вузами и институтами, а также перспективы поддержки других институтов развития – венчурных и инвестиционных фондов, Новосибирского областного инновационного фонда, Национальной технологической инициативы, фонда «Сколково».

Ученые НГУ и ИЦИГ СО РАН представили новый подход для сбора, хранения и анализа информации о морфометрических характеристиках колоса пшеницы. Активное участие в работе по созданию системы SpikeDroidDB приняли студенты Механико-математического факультета НГУ, Факультета информационных технологий НГУ, а также Математического центра в Академгородке. Работа над данным проектом выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 23-14-00150.

Информационная система SpikeDroidDB позволяет хранить цифровые изображения колоса, аннотировать их фенотипические характеристики по 14 важным признакам и предоставляет гибкую систему запросов для доступа к данным.

С использованием SpikeDroidDB произведена оцифровка и аннотация коллекции колосьев гибридов F2 от скрещивания австралийского сорта мягкой пшеницы Triple Dirk с образцом KU506 китайской пшеницы Triticum yunnanense. Проведен анализ изменчивости колосьев по форме, длине и ширине.

Структура колоса – один из важнейших признаков злаков, связанный с такими их хозяйственно ценными качествами, как продуктивность, устойчивость к факторам внешней среды и вредителям, легкость обмолота. Колосья различаются по форме, размерам, плотности, остистости, цвету и т.д.

Для селекционеров и генетиков большое значение имеют такие параметры, как число зерен в колосе, масса тысячи зерен и другие. Эти характеристики тесно связаны с продуктивностью растений. Полезным селекционным признаком является форма зерновки и такие характеристики колоса, как его тип, длина, профиль, наличие или отсутствие остей, число плодоносных и стерильных колосков (то есть озерненность), ломкость колоса, свойства колосковой чешуи. Собирать и описывать эти признаки вручную — процесс трудоемкий и длительный.

— Научные сотрудники нашей лаборатории давно занимаются решением важной задачи, направленной на то, чтобы заменить измерительные способы генетиков и селекционеров с линейки на компьютер или мобильный телефон. Мы хотели бы сделать так, чтобы ученым больше не надо было бы вручную измерять параметры растений, а просто сделать фотоснимок колоса пшеницы, соблюдая при этом ряд технических условий, и затем получить интересующую их информацию, загрузив это фото в нашу базу данных. Создавая ее, мы работали с обычным анализом изображений, то есть с цифровым зрением, и применили глубокое машинное обучение в части распознавания изображений с помощью нейросетей, выделения отдельных признаков и классификации, — рассказал ведущий научный сотрудник Лаборатории эволюционной информатики и теоретической генетики Института цитологии и генетики СО РАН, сотрудник кафедры информационной биологии Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета Дмитрий Афонников.

Сложность работы исследователей состояла в том, что в ее основу были заложены цифровые изображения колосьев. Именно они служат исходными данными при применении методов автоматического фенотипирования. При их разработке важной задачей является экспертная оценка многих характеристик растений для их дальнейшего использования в обучении и верификации компьютерных алгоритмов. Однако множество морфологических признаков колоса принято оценивать качественно, а не количественно. Очень часто они не имеют количественной оценки. К таким признакам относятся форма колоса, его плотность, цвет колоса, опушение колосковых чешуй, тип остистости, цвет остей, форма колоса, ломкоколосость и множество других. Поэтому применение подходов цифрового анализа изображений для описания формы зерна и колоса, а также их сопоставление с оценками признаков колоса, выполненных экспертами-селекционерами, стала для разработчиков важной задачей.

— В своей базе данных мы собрали более 10 тысяч цифровых изображений колосьев и описали их структуру и свойства, чтобы ученые-генетики могли по фотографии получить все необходимые им данные – размеры колоса, его толщину, ширину, наличие остей, цвет колосьев и прочее, фактически заменив привычные измерения на анализ изображений. И мы получаем в итоге больше характеристик, к тому же они отличаются большей точностью. В данном случае у автоматизированной системы возможностей больше, чем у человека. Если некоторые параметры человек определяет «на глаз», то компьютерное зрение фиксирует их более точно и продуктивно. С помощью компьютерного анализа цифровых изображений мы можем определять сотни параметров колосьев – как основных, так и их производных, и далее использовать их для разработки методов и классификаций, а также оценки продуктивности. Такие технологии обеспечивают высокую степень автоматизации сбора информации, ее хранение в базах данных, интеграцию с данными о генотипе и параметрах окружающей среды, создают основу для интеллектуального анализа полученной информации. Имеется и еще одно важное преимущество: цифровое описание колоса и его изображение будут храниться в базе данных сколь угодно долго, тогда как высушенный колос, помещенный в бумажный конверт, может рассыпаться, сменить цвет или испортиться, и образец будет утрачен, — пояснил Дмитрий Афонников.

В системе SpikeDroidDB с каждым колосом можно соотнести несколько изображений. Для каждого из них указывается протокол, с помощью которого оно было получено. Для съемки разработчики использовали два протокола получения цифровых изображений зрелых колосьев. Они выбрали синий фон, как наиболее контрастный к цвету колосьев и позволяющий легко отделить объект от фона. Съемка колосьев проводилась в двух вариантах: в первом колос располагается вертикально перед синим фоном, второй вариант съемки предусматривает горизонтальное положение колосьев на стекле над синим фоном.

Прототип системы SpikeDroidDB доступен по ссылке http://spikedroid.biores.cytogen.ru/. Главная страница содержит краткую информацию о базе данных, ссылки для входа в систему или регистрации и ссылки на основные блоки информации в базе данных.

Дмитрий Афонников рассказывает, что селекционеры и генетики, занимающиеся выведением новых сортов пшеницы, проявляют большой интерес к данной разработке и высказывают заинтересованность в работе с ней, чтобы автоматизировать кропотливые и длительные рутинные процессы, требующие точности и концентрации внимания. Кроме того, система SpikeDroidDB позволит избежать субъективных оценок, ошибок и неточностей при фенотипировании образцов колосьев.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Первый общий предок человека и кошки — бореоэутерии. Они появились около 100 млн лет назад и обосновались на берегах одного из древнейших континентов — Лавразии. От бореоэутерий в свою очередь отделились скротиферы, или, как их еще называют, пегасозвери — предки хищных, копытных и рукокрылых. На молекулярном уровне все эти животные имеют общее происхождение. Пегасозвери делятся на несколько отрядов, один из них — хищные, к нему относится подотряд кошкообразных.

В настоящее время существует от 37 до 41 вида кошачьих, а в их генеалогическом древе насчитывают 8 линий, выделенных благодаря молекулярно-генетическим исследованиям. Выяснилось, что их первое разделение произошло около 11 млн лет назад, когда в Азии отделилась линия больших рычащих кошек, таких как пантеры, барсы, ягуары, львы, тигры и другие. Особенность этих животных в том, что в гортани у них находится специальная косточка, которая позволяет им издавать рычащие звуки.

Следующая группа, которая появилась в Азии, — мраморный кот и азиатская золотистая кошка. От этой линии отделились и мигрировали в Африку сервал, каракал, оцелот. В это же время остальные кошки широко расселились по Азии, а часть перешла по Берингийскому перешейку в Северную Америку. Затем потомки североамериканских кошек мигрировали назад в Азию, а после — в Африку, где дали начало евроазиатской рыси и африканскому гепарду. Постоянные перемещения животных связаны с падением уровня воды в Мировом океане. По сухопутному мосту животные попадали из Азии в Америку.

«Почему это происходило? Все коты, кроме львов, абсолютно социофобные создания. Они не переносят своих сородичей, но иногда встречаются с ними, чтобы воспроизвести потомство. По этим причинам кошачьи постоянно мигрировали. Матери выгоняли подросших котят, те шли на незанятую территорию и обживались там. Это доказывает, что кошки — идеальные создания, которые могут обитать где угодно. Тигр способен жить и в Амурском крае, и в Индии, снежный барс, близкий родственник льва и тигра, — в альпийской пустыне, рычащая кошка ягуар — в тропическом лесу», — рассказал Павел Бородин.

Основные события макроэволюции семейства кошачьих ученые описали около 20 лет назад. Как показали генетические исследования, на уровне ДНК все домашние кошки практически неотличимы от степного кота — подвида дикого кота, который живет преимущественно на Ближнем Востоке.

Первые древние следы сосуществования человека и кошек нашли на Кипре, они датируются 7—8 тыс. лет до н. э. Эти животные были одомашнены около 10 тысяч лет назад в регионе на Ближнем Востоке под названием Плодородный полумесяц, который считают колыбелью цивилизации. На мусорные кучи вокруг человеческих поселений сбегались грызуны, вслед за ними пришли и кошки. Со временем самые смелые из этих хищников стали всё глубже проникать на территорию человека в поисках пищи. Таким образом, кошка нашла наиболее приемлемую среду обитания рядом с людьми. Первыми и единственными одомашненными котами стали степные, которые вместе с сельским хозяйством распространились за пределы Плодородного полумесяца. Считается, что они не позволяли другим популяциям диких котов присоединяться к их кормовым угодьям  — мусорным кучам.

По словам Павла Бородина, какую бы нишу ни занимали кошки, они всегда будут на вершине пищевой цепочки, так как являются плотоядными животными, и в основном их рацион состоит из мяса. Например, стокилограммовый ягуар во время укуса прикладывает силу в 5 кН, что равняется 500 кг силы. Зверь впивается зубами в шею или череп жертвы, и это приводит к моментальной смерти. Страшнее этого хищника может быть черноногая кошка. Ее рост около 40 см. Она проживает в Африке, чаще всего охотится ночью и может пройти до 16 км в поисках пищи. В среднем за одну ночь черноногая кошка лишает жизни 14 мелких животных, таких как суслики, птицы, рептилии. Иногда она нападает на животных, которые больше ее, например на зайцев и детенышей антилоп.

В ходе хромосомной эволюции геномы кошачьих менялись крайне медленно, они гораздо менее пластичны, чем у других групп млекопитающих. Например, от орангутанга до человека прошло 829 перестроек, а от льва или тигра до домашней кошки — всего 69.

«Если рассмотреть филогению кошек, то можно увидеть следы межвидовых скрещиваний. Когда происходил спад численности и некоторые виды шли к вымиранию, на помощь приходило скрещивание особей разных видов с различной наследственностью. Как показал молекулярный анализ, после следовали быстрые периоды интенсивного отбора, интегрированные куски генома подвергались быстрому преобразованию. Как правило, гибридизация приводила к мужской стерильности и фертильности самок, но, несмотря на это, отбор продолжал идти интенсивно», — дополнил Павел Михайлович.

Сейчас происходит вымирание крупных представителей кошачьих. На их исчезновение влияет потеря кормовой базы, фрагментирование ареалов и прочие причины. За последние 100 лет популяция тигров снизилась на 96 %, а львов на 90 %. Домашние же кошки вносят вклад в вымирание остального животного мира. Часто эти идеальные хищники могут охотиться на редкие и исчезающие виды животных, тем самым снижая их популяцию. В США подсчитали, что в год они убивают от 1 до 4 миллиардов птиц и от 6 до 22 миллиардов млекопитающих. 

«Пожалуй, коты — это самое замечательное создание эволюции, неважно, какого кота мы возьмем: того, который спит у меня на диване или самого крупного представителя кошачьих — тигра. Это идеальные хищники, совершенно замечательные венцы природы, но лучше их держать дома», — заключил Павел Михайлович.

Варвара Фролкина, студентка отделения журналистики Гуманитарного института НГУ

Супер С-тау фабрика – это будущий электрон-позитронный коллайдер, проект которого развивает Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Научная программа установки включает изучение частиц, содержащих очарованные кварки и тау-лептоны, и поиск новых физических эффектов, не описываемых Стандартной моделью. Концептуально проект уже разработан. Сегодня исследователи занимаются детальной проработкой технических решений для элементов установки и моделированием различных процессов эксперимента. Так, например, было проведено моделирование поведения электронов (их скорость, поперечная и продольная диффузия) в газовой смеси для внутренней трекинговой системы – части детектора, которая первая видит рожденные после столкновения электронов и позитронов частицы. Именно от выбора газовой смеси зависит качество измерения траектории полета детектируемых частиц.

Задача детектора коллайдера в том, чтобы восстановить картину рождения частиц, возникающих при аннигиляции электронов и позитронов, то есть зарегистрировать продукты соударения и измерить их параметры. Подзадач у подобного устройства много и все они должны решаться с высокой точностью, поэтому детектор состоит из различных систем, встроенных одна в другую, и напоминает матрешку. Внутренняя трекинговая система, или время-проекционная камера, представляет собой небольшой цилиндр высотой 60 см и диаметром 40 см, и именно она первая включается в работу, когда частицы долетают до детектора.

«Во время-проекционной камере, заполненной специальной газовой смесью, при помощи электродов создается однородное электрическое поле, – пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН,  старший научный сотрудник Лаборатории космологии и физики элементарных частиц Физического факультета НГУ кандидат физико-математических наук Андрей Соколов. – Через камеру пролетает заряженная частица, оставляя в газовой смеси след, или трек, в виде ионизованных атомов газа. Ионы медленно дрейфуют в одну сторону, а электроны – быстро и в другую. Нас интересуют как раз электроны. Когда они добираются до торца камеры, в этой области их регистрирует микроструктурный газовый детектор, способный фиксировать одноэлектронные импульсы каждые 100 наносекунд. Эти высокочувствительные устройства создаются в ИЯФ СО РАН в лаборатории 3, под руководством доктора физико-математических наук Льва Исаевича Шехтмана. Если мы с высокой точностью можем измерить скорость дрейфа, то мы можем вычислить и место, откуда прилетела частица. Газовая смесь – это ключевой элемент данной системы. От нее зависит скорость дрейфа частиц, которая может отличаться в десять раз у разных смесей. Пространственное разрешение, то есть то, как точно мы сможем измерить траектории частиц, также зависит от нее».

Перед прототипированием трекинговой системы специалисты провели моделирование, то есть рассчитали параметры различных газовых смесей для определения лучшей. Данные расчеты проводил аспирант НГУ Виджаянанд Куттикатту Вадакеппатту, приехавший в Новосибирск из Индии. Сотрудничество проходило в рамках программы 5-100 по развитию университетов России в образовательной, научной и инновационной сферах. Одним из направлений этой программы было привлечение иностранных студентов и аспирантов для обучения в НГУ.

«Основная цель нашего исследования состояла в выборе подходящей газовой смеси, которую мы будем использовать в качестве среды для дрейфа электронов в камере временной проекции, а также для уменьшения обратного потока ионов в ней, – прокомментировал аспирант Виджаянанд Вадакеппатту. – Конкретных правил для выбора газовой смеси не существует, но в основном он зависит от транспортных свойств, то есть поперечной и продольной диффузии электронов и скорости их дрейфа. Мы провели детальное имитационное исследование различных газовых смесей, чтобы оценить эти параметры. В качестве основного газа были выбраны аргон и неон. Наше исследование показало, что несмотря на то, что в неоновых смесях диффузия электронов и обратный поток ионов меньше, скорость дрейфа в них тоже меньше. Маленькая скорость дрейфа увеличивает риск перекрытия треков, что значительно усложняет их реконструкцию. Поэтому мы решили использовать газовые смеси на основе аргона и перешли к исследованиям их разрешающей способности».

Физики провели имитационные исследования для более чем 25-ти газовых аргоновых смесей и выбрали две: одну с содержанием 50% тетрафторида углерода и другую с содержанием 40% тетрафторида углерода и 15% метана. Исследование показало, что использование данных видов смесей в трекинговой системе позволит получить поперечное пространственное разрешение лучше 200 микрометров и малый, около 1%, обратный поток ионов – параметры, требуемые для экспериментов на коллайдере Супер С-тау фабрика.

«Для подтверждения полученных при моделировании результатов необходимо протестировать прототип время-проекционной камеры, разработка которого сейчас ведется в ИЯФ. После этого мы полностью завершим этот этап работы», – добавил Виджаянянд Вадакеппатту.

Пресс-служба Института ядерной физики СО РАН

Геология — многогранная наука. Исследовать геологические объекты можно с различных сторон. Данные о них позволяют ученым отвечать на фундаментальные вопросы образования Земли и ее истории, объяснять химические и физические процессы, происходящие при образовании пород и минералов. Подходы к изучению природных материалов зависят от целей исследователя, от запросов и потребностей государства, экономики, производства. Помимо этого, исследование законов образования горных пород рождает собственную творческую научную мысль. Можно подсмотреть у природы, как она создает свой материальный багаж, а дальше создавать свои материалы с заданными свойствами. Старший научный сотрудник ИГМ СО РАН, доцент кафедры минералогии и геохимии ГГФ НГУ Павел Николаевич Гаврюшкин рассказал о своем пути исследователя и предстоящих научных проектах.

— Павел Николаевич, у Вас очень широкий круг научных интересов. Последние Ваши исследования связаны с созданием новых материалов. Расскажите, чем занимается ученый-материаловед?

— Вы знаете, в науке всё очень сильно зависит от конкретного человека. Двух одинаковых исследователей не бывает, ведь творческий путь ученого всегда зависит от его научной биографии. И, на мой взгляд, для такой обширной области как материаловедение — это особенно характерно. Каждый материаловед занимается немножко своим и немножко по-своему. Мой научный путь начался с экспериментальных исследований. Я занимался выращиванием кристаллов из растворов, немного поучаствовал в выращивании изумрудов, затем перешел в лабораторию, занимающуюся выращиванием оптических кристаллов из расплава, потом переключился на эксперименты при высоких давлениях. Таким образом познакомился с тремя основными методами выращивания технических кристаллов, и эти же методы используются для исследования того, как кристаллы образуются в природе. Основные мои научные интересы, были, конечно, связаны с высокими давлениями. Мы ставили эксперименты, где создаются давления, такие же, как во внутренних оболочках Земли: в земной коре, верхней и нижней мантии. Цель была — разобраться, какие трансформации происходят с минералами, когда они попадают в такие экстремальные условия. Вы же знаете, самая глубокая скважина находится на Кольском полуострове и её глубина — порядка 12 километров. При этом радиус Земли — почти шесть с половиной тысяч километров. Любопытно заглянуть и на глубину 300, 400, 500, 600 км и даже глубже! Один из вариантов, как можно это сделать — создать аналогичные давления и температуры в эксперименте и посмотреть, что происходит с минералами. Например, все со школы знают, что под давлением графит переходит в алмаз. Но это же характерно не только для углерода, но и для всех остальных элементов и соединений. Причём, некоторые из них подвергаются не одному, а доброму десятку переходов по мере увеличения давления, как например мой любимый карбонат кальция, который я активно исследовал последние годы

— Ваши исследования тесно связаны с IT-технологиями, при этом Вы сказали, что занимались экспериментом. Как Вы используете компьютерные мощности в своих исследованиях?

— Примерно с 2014 года я стал понемногу подключать к экспериментальным работам теоретические расчеты и сейчас занимаюсь преимущественно ими. И вы знаете, порой данные, которые можно получить с помощью расчётов, трудно отличить от экспериментальных. То есть, если поставить трудоёмкий и дорогостоящий эксперимент, то получатся ровно те же результаты, что и в сравнительно простых и недорогих расчётах. Так бывает, конечно, не всегда и я за объединение усилий расчётчиков и экспериментаторов. Это оптимальная стратегия как на пути получения новых материалов, так и на пути исследования глубинных оболочек нашей планеты.

Последние 10 лет IT-технологии испытывали бурное развитие, и мы все это наблюдали. Порой то, что пару лет назад казалось невозможным, сегодня нами воспринимается как абсолютно естественные атрибуты повседневной жизни. Аналогичные изменения происходили и в области исследования кристаллов. В результате развития IT, расчёты стали конкурентоспособными по отношению к экспериментам. Лично для меня это было основной мотивацией, потому что расчётные методы дают возможность быстро сориентироваться с методом исследования и позволяют прицельно бить экспериментом. Так вероятность попадания в цель оказывается существенно выше. Помимо этого, в расчётах можно создать такие давления, которые экспериментально достичь крайне трудно, а порой и невозможно. А ведь помимо того, что создать давления определенных значений, ученому нужно при этих величинах провести измерения. И не какие-нибудь измерения, а высокоточные и воспроизводимые. С помощь расчётов можно заглянуть и посмотреть в каком состоянии находится вещество в центре Земли, добраться до центров планет гигантов — и это не потребует больших усилий, нужно изменить лишь соответствующий параметр в алгоритме.

Расчёты в большинстве своём требуют использования суперкомпьютеров. Для расчётчика суперкомпьютер — это как реактив, колба, печка, пресс, скан и зонд вместе взятые. Экспериментаторам нужны приборы, геологам — УАЗики, молотки и аналитические методы, а расчётчикам нужны суперкомпьютеры. Радует, что с каждым годом расширяются возможности доступа к суперкомпьютерным мощностям. В частности — наш университетский кластер, на котором мы работаем, постоянно совершенствуется. Обещают, что скоро у нас появится суперкомпьютерный центр Лаврентьев, который будет на порядки мощнее. Сейчас, насколько я знаю, он находится на стадии проектирования. Ждём с нетерпением.

— Как расчетные эксперименты соотносятся с практическим результатом? Статистически теория подтверждается экспериментом?

— Это самый частый вопрос и какие ответы на него я только не слышал. И что «у расчётчиков всё так хорошо, потому что они все подгоняют под эксперимент», и что «ни один расчёт никогда не воспроизведёт реальный эксперимент, потому что там масса параметров, которые нельзя учесть». Звучало и прямо противоположное мнение: что «зачастую эксперименты нужны только для того, чтобы проверить контрольные точки, а так всё можно посчитать». Вообще всё зависит от типа эксперимента и типа расчёта. При исследовании фазовых переходов, как я сказал, действительно точность сопоставима с экспериментальной, но при этом пальма первенства переходит то к расчётчикам, то к экспериментаторам. Получат что-нибудь интересное экспериментаторы, и расчётчики тут же запускают десятки статей в том же направлении, указывая экспериментаторам куда нужно следовать. Или же наоборот — ученые получат интересный теоретический результат, и тут же экспериментальные коллективы по всем миру бросаются его проверять и в ходе экспериментов получаются новые данные, которые дают пищу для размышления расчётчикам. Приведу пример из своей практики: несколько лет назад мы сотрудничали с коллективом проф. Винклера (университет Гете во Франкфурте). По нашим расчётам при синтезе ортокарбоната стронция должен был неизбежно получаться и окси-ортокарбонат, а в опубликованных результатах о нём ничего не говорилось. Казалось бы — противоречие теории и эксперимента. Я написал проф. Винклеру и спросил — не наблюдали ли они каких-то дополнительных фаз [другой тип кристаллической решетки при тех же химических компонентах; прим. ред.] в эксперименте? Оказалось, действительно были какие-то слабые пики на спектрах [графики, по которым исследователи могут отслеживать изменение структуры и состава вещества; прим. ред.], но им не придали значения. Расчёты говорили, что если образец греть подольше, то количество окси-ортокарбоната увеличится. Был поставлен эксперимент с увеличенным временем нагрева. И что вы думаете — слабые пики выросли, образовался окси-ортокарбонат, и его параметры были точно такими, как предсказал наш расчёт. Теперь противоречия никакого не было. Конечно, так бывает не всегда и иногда приходится разбираться, почему в эксперименте получается не то, что в расчёте. Это сложная и интересная задача. Как бывшему экспериментатору мне такие задачи по душе, ставить только одни расчёты для меня немного скучно, и мы неизменно коллаборируемся с экспериментаторами.

— Помимо исследовательской деятельности вы преподаете в НГУ. Связана ли идея создания кристаллографических моделей с вашей научной деятельностью?

— Да, преподавание — это моя любовь. Преподаю я с 2009 года и до сих пор с вдохновением передаю свой опыт. Однажды преподаватель, который вел у нас математику в ФМШ, сказал мне, что «период полураспада преподавателя» — 8 лет. За это время ты либо выдыхаешься и бросаешь преподавание, или же остаёшься в нём навсегда. Тут как с экспериментами: заниматься только наукой для меня скучно, хочется делиться знаниями, общаться с подрастающим поколением.

Здесь не могу не рассказать о нашем проекте по 3D-печати кристаллических структур. Три года подряд мы выигрывали гранты фонда Владимира Потанина для развития этой тематики. А конкуренция там высокая, доходит до 15 проектов на место. В результате мы разработали новую простую и доступную технологию печати кристаллических структур, которую я использую в своём курсе. Сейчас мы создаём открытую базу данных таких структур, которой могут пользоваться преподаватели по всей России. Думаю, что она будет интересной и школьным учителям, и руководителям музеев. И это не просто мои мечты. Изготовленные по нашей технологии модели уже стоят в образовательном центре Эволюция Земли (НГУ). Причём, к нам обратились с просьбой сделать такую экспозицию. И мы решили эту сложную технологическую задачу — как можно такие модели сделать.

Иногда я жалею, что на преподавание остаётся не так много времени, всё-таки основная наша деятельность — это научные исследования.

— Какие актуальные направления Вы сейчас исследуете?

В последние годы я сосредоточился на двух основных направлениях — карбонаты в условиях экстремальных давлений и температур, и новые материалы. В частности, в рамках проектов РНФ мы участвовали и участвуем в поиске новых двумерных материалов — это молодая и очень активно-развивающаяся научная область (проекты №№ 21-73-20183 и 23-13-00117). Многие считают, что на этом фронте может произойти технологический прорыв, в частности, — в поиске термобарьеров, которыми покрывают лопатки турбин, чтобы они не перегревались и позволяли развивать более высокие мощности и демонстрировать больший срок службы. Сейчас наш проект по поиску новых материалов, работающих в ИК-диапазоне на рассмотрении. Причём этот проект мы подали совместно с экспериментаторами и планируем не только предсказывать, но и синтезировать. Надеюсь его поддержат.

Материал подготовлен пресс-службой ИГМ СО РАН

Институт истории СО РАН и Государственный архив Новосибирской области презентовали новую совместную работу – сборник документов «Зона затопления. Социальные и экологические аспекты строительства Новосибирской ГЭС (1950-е годы)».

Данная книга - далеко не первый совместный проект, реализованный этими организациями. «За последние годы у нас вышло немало совместных книг, часть из них выросла из исследований наших коллег-архивистов, которые на определенном этапе привлекали к работе над научной частью наших сотрудников, что-то рождается сначала в виде идеи у руководства наших организаций, а потом закручивается в очень перспективные и интересные проекты», - рассказал директор ИИ СО РАН, д.и.н. Вадим Рынков.

Директор ГА НСО, к.и.н. Дмитрий Симонов в своем выступлении подчеркнул, что, если говорить о региональном уровне, то Новосибирская область последние пять лет фактически задает тренды в такого рода сотрудничестве архивных и научных организаций. «Ежегодно у нас выходит не менее четырех-пяти изданий, в основном сборников документов и материалов. И в большинстве случаев, это уникальные проекты, не имеющие аналогов». В качестве примера, он привел книгу «Новосибирск – город трудовой доблести», выпущенную буквально через полгода после присвоения городу этого почетного звания. И до сих пор она остается фактически единственным в стране примером такого рода сборников (хотя в 2021 году это звание присвоили двенадцати российским городам, а не только Новосибирску).

Уникальным является и сборник «Зона затопления»: есть немало изданий, посвященных строительству гидротехнических объектов, но тему социальных и экологических аспектов, связанных с затоплением прилегающих территорий исследовал разве что Валентин Распутин в своей знаменитой повести «Прощание с Матёрой».

Новосибирская ГЭС – единственная гидроэлектростанция на реки Оби, её строительство привело к созданию Новосибирского водохранилища (Обского моря). Зона затопления заняла 7,7% территории Новосибирской области и 2,7% территории Алтайского края.  Длина водохранилища по р. Бердь составляет около 50, а по Оби  – около 200 км.  По меркам страны – не самое крупное «искусственное море». Но все же, под частичное затопление попали Новосибирский сельский, Искитимский, Ордынский и Ирменский районы Новосибирской области, а также Каменский и Крутихинский районы Алтайского края. А жизнь населения этих районов, по словам одного из авторов сборника, разделилась на два этапа – «до потопа и после потопа».

Причем, речь идет о немалом количестве людей. В зоне затопления и подтопления оказались 54 населенных пункта, в том числе г. Бердск и районный центр с. Ордынское. В 1953–1956 годах из зоны затопления было переселено более 30 тыс. человек. О том, как шел процесс отселения, и какие у него были последствия и рассказывается в сборнике – языком архивных документов, более достоверным (хоть, порой, и менее увлекательным), чем многочисленные мифы, сложившиеся за эти годы вокруг истории образования «Обского моря».

Более подробно о структуре и содержании сборника рассказали его авторы-составители, ведущий научный сотрудник ИИ СО РАН, д.и.н. Наталья Аблажей и молодой исследователь Максим Косицын.

Первый раздел посвящен планам строительства ГЭС, в ее истории точкой отчета обычно называют 1950 год, но, как показано в книге, все началось значительно раньше, еще в 1930-е годы. И изначальные предложения разительно отличались от того, что было воплощено на практике (в частности, предполагалось построить две гидроэлектростанции, одну на территории Новосибирской области, другую возле Камня-на-Оби.

Эти изменения планов позволяют лучше понять не только историю самой ГЭС, но и некоторые особенности общественных настроений и их эволюцию. Как отметил в своем выступлении Максим Козицын, менялось отношение к природе: от «крепости, которую большевикам предстоит взять штурмом» в предвоенные годы к «среде обитания, охранять которую в общих интересах» в последние десятилетия прошлого века.

Он также отметил, что привлеченные в послевоенные годы эксперты Западно-Сибирского филиала АН СССР, обосновывая необходимые мощности будущей электростанции, исходили из того, что экономика страны будет показывать одинаково высокие темпы роста на протяжении десятилетий (не учитывая, что показатели первых послевоенных лет опирались на «низкую базу» экономики, пережившей огромный катаклизм). И в результате, их прогноз о грядущем уровне энергопотребления оказался, мягко говоря, завышенным. Но это стало понятно уже к началу собственно строительства, что тоже нашло отражение в изменении параметров проекта.

«Документы всех последующих разделов сборника иллюстрируют процесс реализации этого сложнейшего проекта, через взаимодействие различных ведомств, проектны и строительных организаций, исполнительной власти на местах», – рассказала Наталья Аблажей.

Конечно, без потерь не обошлось (в итоге с карты области вообще исчез Ирменский район, а второй – Ордынский – был разделен водохранилищем надвое), для многих расставание с родным домом, где на протяжении нескольких поколений жила семья – стало настоящей трагедией.

Как подчеркнула Наталья Аблажей, власти старались, по возможности, выполнить обязательства перед населением и хозяйствами. Причем, речь шла не только о прямых денежных компенсациях. Когда стало ясно, что значительная часть старого Бердска окажется под водой и началось возведение новых жилых кварталов – это тоже рассматривалось и в плане улучшения жизненных условий. Новые районы Бердска, впервые в его истории, были оборудованы централизованной канализационной системой, да и планировка улиц была более современной – прямой, с четким делением на кварталы.

Как признают сами авторы и их коллеги, участвовавшие в его презентации, сборник не дает ответа на все вопросы, связанные с созданием водохранилища Новосибирской ГЭС. Это, скорее, первый шаг для более детального изучения его истории, и оно еще предстоит. Не только потому, что сама эта тема в масштабах страны еще мало исследована и Новосибирск снова может выступить в числе первопроходцев. Но и потому, что за прошедшие десятилетия Обское море стало неотъемлемой частью Новосибирской агломерации, с ним связана масса мифов, да и просто личных историй горожан. А значит оно заслужило и собственной историографии, причем, в формате полноценного исследования, базой для которого и станет вышедший сборник.

Сергей Исаев

Борьба за построение безуглеродного будущего всё еще определяет основной вектор развития мировой цивилизации. Во всяком случае, на уровне официальных документов и деклараций иного пути не предлагается. И, несмотря на то, что за последние годы объемы глобальных углеродных выбросов не только не сократились, но даже выросли (о чем мы писали неоднократно), человечеству настойчиво внушают неизбежность принятия самых разных способов снижения углеродного следа.

Как мы уже отмечали ранее, первоначальные планы по «озеленению» экономики регулярно корректируются под воздействием объективных обстоятельств. Так, если брать энергетический сектор, то недавняя восторженная апология ВИЭ несколько улеглась, и теперь внимание целого ряда стран переключилось на атомную энергетику, стремительно «позеленевшую» в глазах тамошних руководителей. Разумеется, энергетика – не единственная сфера приложения усилий по декарбонизации. Параллельно идет наступление на транспортную сферу, где также ждут больших перемен.

Про переход на электромобили говорится очень много. Не так давно эта тема была столь же популярна, как и тема ВИЭ. Однако и здесь всё пошло не так гладко, как задумывалось. Практика показала, что электромобиль не является полноценной заменой автомобилю на ДВС. К тому же создание такого огромного парка потребует наращивания производства литий-ионных аккумуляторов, что, в свою очередь, подтолкнет вверх цены на тот же литий. Мало того, утилизация аккумуляторных батарей достигнет таких масштабов, что потребует соизмеримых финансовых вложений. В итоге электрификация автомобильного транспорта окажется слишком дорогой затеей.

Впрочем, от этой затеи пока что не отказались. В то же время на Западе признается необходимость использования каких-то иных, альтернативных вариантов «озеленения» транспортной сферы. Тем более что транспорт не ограничивается одними автомобилями. Есть еще самолеты и корабли. Как быть с ними?

В конце прошлого года Международное энергетическое агентство подробно расписало альтернативный вариант УСКОРЕННОЙ декарбонизации транспортной сферы в течение нынешнего десятилетия. Решение проблемы авторы отчета видят в быстром внедрении топлива с низкой эмиссией. В данном случае речь идет об электронном топливе, получаемом на основе электролитического «зеленого» водорода. По мнению авторов, производство электронного топлива способно успешно масштабироваться до 2030 года за счет удешевления электроэнергии на основе ВИЭ и снижения стоимости электролизеров. Это – один из путей диверсификации вариантов декарбонизации, что особо актуально для авиационного и водного транспорта, где электрификация неприменима.

Чтобы было понятно, скажем несколько слов об электронном топливе. Это есть синтетическое топливо, являющееся результатом сложных каталитических реакций, где в качестве исходных компонентов выступают водород и углекислый газ. Водород получают методом электролиза из воды. Затем он направляется в реактор, где «встречается» с углекислым газом. На выходе мы получаем самое настоящее углеводородное топливо – с теми же химическими характеристиками, что и топливо, полученное из ископаемого углеводородного сырья.

Отметим, что электролизное получение водорода совсем не является данью моде, а давно уже поставлено на промышленную основу для получения аммиака. Данная технология была внедрена еще в 1920-х годах. Что самое интересное, здесь даже использовалась «чистая» энергия от гидроэлектростанций, поэтому такой водород вполне мог называться «зеленым». Сегодня производство электролизного водорода на основе «чистой» электрической энергии намерены включить в технологическую цепочку для получения электронного топлива. На этом пути уже вовсю реализуются знаковые проекты, где фигурируют имена знаменитостей в роли инвесторов. Так, американский стартап Infinium получил финансовую поддержку со стороны Билла Гейтса - известного борца за экологию. В числе заказчиков на новое «низкоэмиссионное» топливо значатся такие компании, как Amazon и American Airlines.

С производством водорода в данном случае всё более-менее ясно. Технология отработана давно. И апологеты электронного топлива надеются на дальнейшее удешевления «чистой» электроэнергии и электролизеров.  Это позволит организаторам подобных стартапов масштабироваться и сделать свой продукт массовым и доступным по цене. По крайней мере, такую надежду излучают эксперты МЭА.

Несколько сложнее обстоит дело с углекислым газом. Причем не столько технически, сколько идеологически. С одной стороны, промышленная утилизация CO₂ вполне согласуется с целями декарбонизации. С другой стороны, этот углекислый газ, участвующий в производстве синтетических углеводородов, при сжигании опять попадает в атмосферу. С учетом производственных процессов использование электронного топлива не решает проблемы декарбонизации полностью, а лишь частично. Идя таким путем, мы только снижаем эмиссию углекислого газа, но говорить о достижении нулевого уровня в данном случае не приходится. Тем не менее, на ближайшую перспективу такой вариант представляется вполне обоснованным, о чем как раз и заявляют эксперты МЭА.

Отдельный вопрос – источники CO₂ для синтеза. Упомянутый американский стартап использовал промышленные выбросы углекислого газа от нефтеперерабатывающих предприятий. Как мы понимаем, подобных предприятий достаточно много, причем, в самых разных отраслях. Например, некоторые производители электронного топлива намерены использовать углекислый газ от производителей этанола. Неплохо выглядит и сотрудничество с производителями биогаза (где также имеют место выбросы CO₂). Наиболее заманчивой выглядит перспектива использования углекислого газа, изымаемого прямо из воздуха. Работа в данном направлении уже ведется (о чем мы также писали). Если в целом учесть программы по утилизации и захоронению CO₂, то они вполне могут стать подспорьем для производства электронного топлива.

Правда, здесь есть одно техническое затруднение. Дело в том, отмечают эксперты, что источники «чистой» электрической энергии очень часто не совпадают с источниками CO₂. То есть производство «зеленого» водорода и получение необходимого для синтеза углекислого газа территориально будут разделены. Отсюда, по мнению экспертов, вытекает необходимость создания целой сети трубопроводов, по которым придется прокачивать углекислый газ. Иными словами, впереди еще предстоят солидные вложения в необходимую производственную инфраструктуру, что не может не сказаться на конечной цене «низкоэмиссионного» продукта.

Именно высокая стоимость электронного топлива (в сравнении с его аналогами из ископаемого сырья) больше всего смущает экспертов. По этой причине его пока что производится ничтожно мало, несмотря на высокий энтузиазм создателей таких стартапов. К настоящему времени, по оценкам МЭА, в мире заявлено порядка двухсот проектов в области электронного топлива. Однако лишь пять процентов из этого списка реализовали свои инвестиционные обязательства. Да, тема эта модная, но о коммерческой выгоде пока говорить здесь рано.

Как утверждают эксперты МЭА, в настоящее время производство электронного керосина для авиации обходится как минимум в четыре раза дороже, чем производство традиционного авиационного керосина.  Ожидаемое снижение возобновляемой энергии и электролизеров, по признанию тех же экспертов, способно к 2030 году снизить затраты в полтора-два раза. Но и это все равно не делает электронное топливо настолько дешевым, чтобы оно могло успешно конкурировать со своими традиционными аналогами. Тем не менее, даже такой порядок цифр не мешает тем же экспертам МЭА заявлять о том, что к 2030 году доля электронного топлива в транспортном секторе займет уверенные 10 процентов. Согласно другим прогнозам, к середине столетия половина авиаперевозок будет осуществляться с использованием электронного керосина.

В свете сказанного возникает подозрение, что масштабному переходу на электронное топливо будут содействовать не столько рыночные механизмы, сколько пресловутый административный ресурс. В принципе, мы уже наблюдаем подобную практику в энергетическом секторе. Очевидно, что транспорт не станет исключением. По крайней мере, так будет в некоторых западных странах, среди которых есть свои отчаянные энтузиасты, рвущиеся в безуглеродное будущее, не считаясь с затратами.

Константин Шабанов

Новосибирские биологи изучили свойства бактерий, потенциально способных стимулировать рост растений, а также то, как эти бактерии влияют на характеристики почвы и урожайность пшеницы, гречихи и кукурузы. Результаты исследования опубликованы в Microbiological Research и Plants.

Урожайность растений находится в прямой зависимости от того, насколько продуктивно взаимодействуют растения, почва и микроорганизмы, в ней обитающие. С помощью последних растения не только удовлетворяют свои потребности в питательных веществах (азот, фосфор, калий и другие), но и получают защиту от фитопатогенов. Бактерии сегодня рассматривают как перспективный ресурс для создания биоудобрений, которые смогут стимулировать рост растений и повышать урожайность сельскохозяйственных культур. Такой подход считается экономически выгодным, кроме того, это позволит значительно снизить использование агрохимикатов и перейти к органическому земледелию.

Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в сотрудничестве с коллегами из Института почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирского государственного аграрного университета и Новосибирского государственного университета решили выяснить, какие характеристики бактерий являются наиболее важными для выбора штаммов, которые можно использовать в качестве биоудобрений. Исследователей интересовало не только влияние бактерий на рост и продуктивность растений, но и то, как эти бактерии воздействуют на содержание питательных веществ в почве.

В исследовании использовались бактерии из образцов почвы, собранных в ходе гражданского научного проекта «Атлас почвенных микроорганизмов России» в четырех регионах нашей страны: Московской, Новосибирской областях, в Якутии и на Сахалине. Образцы (пять граммов) помещали в индивидуальные полиэтиленовые пакеты и отправляли почтой в ИХБФМ СО РАН, где из них уже выделяли бактерии ученые.

«Изначально мы получили 378 штаммов бактерий. Из них отбирали те, которые потенциально воздействуют на рост растений. Нас интересовала способность к азотфиксации, фосфатсолюбилизации (то есть растворению фосфатов) и продукция сидерофоров (вещества, которые позволяют бактериям захватывать железо). Кроме того, мы смотрели антигрибковый и противофитопатогенный эффект. Таким образом было отобрано 17 штаммов, которые показали наилучший результат», — рассказывает заведующая группой молекулярной генетики ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Елена Николаевна Воронина. 

Затем из отобранных бактерий ученые составляли консорциумы и изучали взаимодействие разных штаммов внутри одного консорциума в чашке Петри.

«Наша цель — собрать такой набор бактерий, который, во-первых, мог бы стабилизировать сам себя (чтобы штаммы внутри консорциума помогали друг другу выживать), а во-вторых, работал на очень высоких уровнях во всех выбранных областях: азотфиксации, фосфатсолюбилизации, продукции сидерофоров, оказывал противогрибковое воздействие. Есть предпосылки считать, что так будет эффективней, чем если бы мы использовали только одну бактерию», — отмечает научный сотрудник ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Екатерина Алексеевна Соколова.

На следующем этапе исследования все 17 штаммов в различных консорциумах были помещены в качестве биоудобрений в горшки вместе с семенами пшеницы, гречихи и кукурузы. Цикл выращивания проводился в условиях улицы. Когда пришло время собирать урожай, ученые измеряли длину и вес растений, а также массу зерна.

После настала очередь полевого эксперимента, в ходе которого исследователи смотрели, как 20 вариантов бактериальных консорциумов влияли на показатели урожайности пшеницы, гречихи и кукурузы и микробиом почвы в открытом грунте. Специалисты ИПА СО РАН анализировали воздействие этих консорциумов на характеристики почвы. «Практически любой консорциум приводил к тому, что в почве увеличивалось количество азотфиксаторов. У нас есть гипотеза, которую мы будем проверять в следующих экспериментах, что это зависит либо от хорошей работы фосфатсолюбилизаторов, либо от производителей сидерофоров. То есть имеет место некий синергетический эффект», — рассказывает Екатерина Соколова.

«С помощью этих исследований мы хотим понять логику, как правильно составлять бактериальные консорциумы. Обычно в сельскохозяйственных препаратах используют либо отдельную бактерию, либо всё сразу. Однако чем больше микроорганизмов ты помещаешь в удобрение, тем дороже оно становится. Желательно применять минимум бактерий, но такой, чтобы он был оптимальным. В целом это могут быть и просто рекомендации: если вы используете азотобактерии, обязательно добавляйте в почву фосфорные удобрения, и тому подобное», — комментирует Елена Воронина.

В качестве конечного результата этого глобального эксперимента ученые видят создание алгоритма сбора консорциумов в зависимости от типа почвы и возделываемой сельскохозяйственной культуры.

«В идеале промышленный производитель говорит: у меня почвы такого-то типа, я хочу выращивать пшеницу, соответственно, мне нужны бактерии с такими и такими свойствами. Смотрит по базе, какие бактерии отвечают за эти свойства, какие фирмы производят эти комбинации, и заказывает препараты у них. Сейчас этот результат труднодостижим, но имеет смысл работать в его направлении, чтобы было какое-то понимание, а не просто стохастическое внесение всего во всё с большими ресурсовложениями», — отмечает Екатерина Соколова.

По словам ученых, бактериальные удобрения не наносят значительного вреда экосистемам. Если вносить в больших количествах минеральные удобрения, впоследствии они вымываются и наносят вред окружающей среде. Почвенные же микроорганизмы, во-первых, изначально выделены из земли (и поэтому органичны для нее), а во-вторых, очень чувствительны к состоянию почвы. Если сильно сдвинется pH или произойдет что-то еще подобного масштаба, они сами умрут. «К тому же есть такая теория: то, что мы вносим в почву, в ней сильно долго не живет, потому что собственный микробиом почвы будет подавлять это. Однако в тот момент, когда мы внесли удобрения, они оказывают влияние на растение и дают положительный эффект», — объясняет Елена Воронина.

Диана Хомякова