В рамках Дней науки и культуры Республики Татарстан в новосибирском Академгородке состоялась сессия, на которой ведущие ученые двух регионов представили свои научные направления, открытия, разработки, а также совместные проекты. Модератором мероприятия выступил один из инициаторов визита делегации Татарстана заместитель председателя СО РАН академик Ренад Зиннурович Сагдеев.
Научный руководитель Института археологии и этнографии СО РАН академик Анатолий Пантелеевич Деревянко рассказал об открытии в 2010 году методами палеогенетики неизвестного ранее подвида древнего человека, знаменитого денисовца, получившего название по месту обнаружения — Денисова пещера в Алтайском крае. Примечательно, что в определенные периоды времени первые обитатели Денисовой пещеры — представители нового таксона — соседствовали с неандертальцами, более того, генетический анализ найденных останков достоверно подтвердил, что иногда у них рождались общие дети.
«Стратиграфия Денисовой пещеры, расположенной в Алтайском крае, уникальна, — пояснил ученый. — За многие тысячи лет в ней образовались мощные слои голоценовых и плейстоценовых отложений, в каждом из которых мы обнаруживаем всё новые и новые находки, хотя раскопки в этом месте ведутся уже почти 40 лет».
Находки из Денисовой пещеры свидетельствуют о том, что, несмотря на тесное взаимодействие с неандертальцами, денисовцы сформировали свою уникальную материальную культуру. Они выработали собственные приемы изготовления орудий труда, а предметы неутилитарного назначения — личные украшения, скульптуры — дают ученым основание предполагать, что денисовцы обладали развитым символическим мышлением. «В одной Денисовой пещере было найдено больше украшений, чем в Европе или Африке, если говорить о периоде 50—40 тысяч лет назад», — подчеркнул академик Деревянко.
Президент Академии наук Республики Татарстан профессор, доктор технических наук Рифкат Нургалиевич Минниханов в своем докладе рассказал о сотрудничестве научных учреждений и вузов Татарстана с Сибирским отделением РАН. Он подчеркнул, что обновленное соглашение о сотрудничестве СО РАН и АН РТ направлено на укрепление и расширение сотрудничества в области фундаментальных, поисковых и прикладных исследований, использования научно-технических достижений и разработок СО РАН и Республики Татарстан для укрепления и развития экономического, научно-образовательного и социального потенциала обеих сторон. Ключевые направления сотрудничества включают фундаментальные исследования (геология и минералогия, физика и химия, биология и биофизика, медицина), прикладные технологии (искусственный интеллект, нефтегазовая отрасль, математика и программирование) и гуманитарные исследования (археология, культурное наследие, экспериментальная фонетика).
«У нас очень серьезные академические труды по татарскому языкознанию, татарско-тюркской литературе, — привел пример глава Академии наук РТ. — Мы очень плодотворно сотрудничаем в этом направлении с лабораторией экспериментально-фонетических исследований при секторе языков народов Сибири Института филологии СО РАН».
Ученые АН РТ и СО РАН изучают историко-археологические материалы культурного наследия, истории и археологии средневековых городов, а также работают над включением объекта археологического наследия федерального значения «Денисова пещера» в список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Казанский национальный исследовательский технологический университет плотно сотрудничает с ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» в области катализаторов для процессов полимеризации, нефтехимии и тонкого органического синтеза. ФИЦ ИК СО РАН также является одним из партнеров региональной программы РТ «Циркулярная экономика». Казанский федеральный университет и Лимнологический институт СО РАН ведут работы в области медицины и ветеринарии. Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН принимает участие в государственной программе Республики Татарстан, направленной на внедрение аддитивных технологий в экономику региона. Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ активно сотрудничает с Институтом теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и АО «Информационные спутниковые системы» им. ак. М. Ф. Решетнёва. КФУ планирует взаимодействовать с ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» в области разработки методик обработки и анализа фильтрационных процессов в породах-коллекторах с использованием 4D-синхротронной микротомографии, минералогии коллектора и его взаимодействия с флюидом, а также в исследованиях треков с помощью синхротронной субмикронной томографии.
Заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе, директор ЦКП СКИФ член-корреспондент РАН Евгений Борисович Левичев рассказал о статусе реализации проекта источника синхротронного излучения четвертого поколения.
«Санкции существенно задержали и осложнили выполнение проекта, — пояснил Е. Левичев. — В частности, Япония прекратила поставку генераторов-клистронов, необходимых для обеспечения работы линейного ускорителя. Эта проблема была решена в экстренном порядке: всего за год специалисты ИЯФ СО РАН создали высокочастотный клистрон с частотой 3 ГГц и мощностью 50 МВт. За его разработку научный коллектив института был удостоен государственной премии Новосибирской области 2024 года».
Из запланированных на 2025 год этапов проекта уже состоялись перепуск пучка из линака в бустер и передача тоннеля накопителя под разметку геодезической сети. Предполагается, что в июне будет готов к монтажу тоннель накопителя, а в экспериментальном зале пройдет отделка и монтаж инженерного оборудования. К концу года создатели СКИФ ожидают получить первые обороты пучка в накопителе. «Сейчас мы работаем в парадигме указа президента страны, который вышел 28 декабря 2024 года, в котором сказано, что до 31 декабря 2025 года нам нужно завершить всё строительство и продемонстрировать пучок. Первые шесть станций профинансированы, и их изготовление идет полным ходом. Широкий диапазон исследований, которые можно будет на них проводить, практически закрывает первостепенные экстренные задачи», — подытожил Евгений Левичев.
Руководитель научного направления Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова ФИЦ «Казанский научный центр РАН» академик Олег Герольдович Синяшин рассказал о разработках в области органической химии фосфора.
«Хорошее определение этому элементу дал академик Александр Евгеньевич Ферсман: “Фосфор — элемент жизни и мысли”, — напомнил ученый. — Например, зубная эмаль и костная ткань человека состоят из фосфатов кальция, фосфор участвует во многих биохимических процессах, идущих в нашем организме». Ученый осветил историю изучения фосфора с момента его открытия и получения первых высокотоксичных соединений, в том числе боевых отравляющих веществ, таких как зарин, до наших дней.
«В XXI веке химия фосфора от чисто академических исследований трансформируется в систему, направленную на создание новых веществ и материалов, — пояснил О. Синяшин. — В основе всех этих веществ лежит новая фосфорорганическая молекула». Спектр практических применений фосфорорганических соединений, в которых сегодня нуждается человечество, широк. Это производство антипиренов, пластификаторов, катализаторов, ингибиторов коррозии, лекарств и средств защиты растений. В настоящее время химия фосфора, по словам ученого, это не только наука о веществе, но и инструмент для построения устойчивого будущего. «Это своеобразный мост между фундаментальной наукой и современными технологиями. Развитие этой химии помогает решать проблемы голода, энергетики, экологии и здоровья, а открытия в области наноматериалов и катализа обещают революцию в промышленности. Как когда-то фосфор дал начало жизни на Земле, сегодня он может стать катализатором новой технологической эры», — заключил академик Синяшин.
Выпускник Казанского университета научный руководитель Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН академик Василий Михайлович Фомин поделился с аудиторией воспоминаниями о студенческих годах, а также рассказал об истории создания этого вуза, одного из старейших в России. По его словам, Казанский университет был настоящей кузницей профессуры для других учебных заведений: например, когда создавались университеты в Томске и Башкирии, основу профессорского состава в них обеспечил именно Казанский университет. С Сибирским отделением у него давние и прочные связи — среди его выпускников не только основатель новосибирского Академгородка академик Михаил Алексеевич Лаврентьев, но и целая плеяда выдающихся ученых, приехавших в Сибирь. На протяжении всей истории Сибирское отделение РАН с Казанью связывают совместные проекты и разработки по многим направлениям наук.
Руководитель научного направления Казанского физико-технического института им. Е. К. Завойского РАН ФИЦ КазНЦ РАН академик Кев Минуллинович Салихов отметил: «Мой доклад “Вызовы квантового будущего”, возможно, озаглавлен несколько амбициозно, но за сто лет квантовая механика утвердилась как признанный подход для описания природы». В настоящее время, убежден Кев Минуллинович, в каждой дисциплине нужно вовремя подметить и начать применять квантовую механику.
«Значимость и перспектива квантовых технологий глобальна, — пояснил ученый. — Квантовые компьютеры совершат революцию в вычислительных возможностях, квантовая коммуникация обеспечит безопасный способ связи, большие возможности у квантовых технологий и в материаловедении, и в биологии, и во многих других направлениях». Новые технологии в микроэлектронике требуют, чтобы физические носители информации, логические вентили — базовые элементы цифровой логики, которые выполняют основные логические операции, — описывались уже в терминах квантовой механики.
«Когда создавались первые компьютеры, роль такого логического вентиля выполняла обыкновенная лампочка, — объяснил академик Салихов. — Теперь же, при тенденции к уменьшению размеров устройств, выбор технологии кубитов определит будущее квантовых вычислений. Спин электрона — очевидный кандидат на роль кубита. Преимущества спиновых кубитов в том, что методами ЭПР-спектроскопии, основанной на явлении электронного парамагнитного резонанса, открытого Евгением Константиновичем Завойским в Казанском государственном университете, можно изменять состояния спинов с высокой точностью. Плюс спиновые кубиты обладают высокой стабильностью и минимальными требованиями к охлаждению — они могут функционировать даже при комнатных температурах». В заключение К. М. Салихов отметил, что в настоящее время самые прорывные исследования в области ЭПР-спектроскопии ведутся в Казани и новосибирском Академгородке.
Заведующий отделом медицинской химии Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН член-корреспондент РАН Нариман Фаридович Салахутдинов рассказал, какой непростой путь проходит молекула перед тем, как стать основой нового лекарства.
«Современная медицинская химия — это область химии, анализирующая принципы и методы направленного конструирования лекарственных препаратов и других биологически активных веществ на основе представлений о взаимосвязи структуры соединений, их активности и биологической мишени их действия, — объяснил Н. Салахутдинов. — Конечно, она опирается на огромное количество других дисциплин, в первую очередь на органическую химию, поскольку практически 70—80 % лекарственных препаратов — это низкомолекулярные лекарственные вещества. Мне очень нравится определение, которое было дано в одном из первых учебников по этой дисциплине: “Медицинская химия очень зависима от других наук, но она независима”». Органическая химия может создать огромное количество соединений, которые потенциально могут быть биологически активными, и встает вопрос: почему соединений много, а лекарств мало? «Происходит так потому, что процесс перехода молекулы к лекарству очень длинный и очень дорогой, — отметил ученый. — В России от разработки лабораторной технологии синтеза соединения до начала коммерческого производства лекарственного препарата требуется затратить от 0,5 до 1,5 миллиарда рублей и 8—10 лет».
Одной из главных задач, стоящих сегодня перед медицинской химией, является поиск противовирусных агентов, считает Нариман Салахутдинов. Он рассказал о новом инновационном противовирусном препарате прямого действия для лечения гриппа, разработанном в НИОХ СО РАН: «Камфецин эффективен против Тамифлю-резистентных штаммов вируса гриппа, обладает высокой безопасностью в терапевтических дозах, уникален по простоте и доступности сырья. В настоящее время завершены доклинические исследования его эффективности, безопасности и фармакокинетики и получено разрешение Минздрава России на проведение клинических испытаний».
Также в НИОХ СО РАН ведется поиск соединений-лидеров, которые могут помочь в борьбе с детским респираторно-синцитиальным вирусом и с другими заболеваниями.
Декан факультета инноваций и традиций народной художественной культуры Казанского государственного института культуры кандидат педагогических наук Расых Фарукович Салахов остановился на том, какие программы и проекты реализуются в вузе для продвижения национальной культуры. Он отметил, что важное место занимает вся палитра механизмов изучения народной культуры, ее сохранения и развития: экспедиции и сбор материала, затем обработка и исследование и, наконец, воплощение в работе творческих коллективов. «В частности, мы делаем акцент на национальной музыкальной культуре, ее воплощении в рамках современных мультимедийных технологий», — сказал Расых Салахов. В КазГИК есть творческие лаборатории по народно-фольклорному национальному направлению, различные подразделения, где можно реализовать свои проекты, в том числе и с использованием самых новых технологий. Много внимания, по словам Р. Ф. Салахова, уделяется формированию и развитию культурных компетенций людей самых разных возрастов: от детей до старшего поколения.
«Это очень важно, потому что пожилые люди могут передать традиции молодежи», — прокомментировал выступающий. Кроме того, он упомянул о сотрудничестве с медиками в рамках проектов по арт-терапии и изучению влияния музыки на различные системы человека и обрисовал круг творческих конкурсов, фестивалей и прочих активностей, как российских, так и международных, в которых принимают участие студенты и преподаватели КазГИК.
Директор Института экономики и организации промышленного производства СО РАН академик Валерий Анатольевич Крюков сравнил социально-экономическое развитие двух регионов: Сибирского макрорегиона и Республики Татарстан, выделив как общие черты, так и различия, и особенно акцентировал место государства и госрегулирования в устойчивом функционировании и развитии ресурсных территорий. «Важнейшая общая характеристика обоих наших субъектов Федерации — не только перенос основных усилий на освоение уникальных минерально-сырьевых и природных объектов, но и акцент на формирование цепочек добавленной стоимости с включением знаниеёмких сфер и направлений социально-экономической деятельности», — указал Валерий Крюков, делая упор на то, что подход к ресурсоосвоению должен быть прагматичным. Это означает, что такой подход в числе прочего предполагает увеличение возможностей диверсификации экономики через развитие науки и различных отраслей промышленности.
В современных условиях, по мнению ученого, необходим анализ отраслевой и расширенной цепочки изучения и разработки природных активов, а также ее реинжиниринг с целью создания добавленной стоимости в разных секторах экономики. Чрезвычайно важно для государства — способствовать тому, чтобы эти цепочки оказывались более длинными, вбирая в себя больше участников и игроков, защищать отечественных производителей, особенно это касается сервисных компаний, и поддерживать фундаментальные исследования. Кроме того, если говорить о научной составляющей, значимое место в цепочке должно занять научно-экспертное сообщество. Оно должно анализировать и оценивать рекомендуемые технологические решения и мониторить их последующую реализацию.
В заключение В. А. Крюков подчеркнул: для того чтобы Россия могла найти собственный концептуальный путь освоения ресурсов, нужно изучать и понимать особенности функционирования субъектов Федерации самого разного типа. «В этом отношении опыт Сибири и Республики Татарстан интересен и поучителен», — резюмировал академик.
Руководитель Научно-образовательного математического центра Приволжского федерального округа доктор физико-математических наук Марат Мирзаевич Арсланов сделал обзор работы ученых из Казани, Москвы, Санкт-Петербурга и других городов в рамках всероссийского проекта «Н. И. Лобачевский: к 200-летию создания неэвклидовой геометрии». Проект направлен не только на сохранение памяти о великом математике, но и на упрочнение позиций его первенства в разработке неэвклидовой геометрии.
В числе запланированных мероприятий — выпуск трехтомника, посвященного Лобачевскому. Первый том будет содержать его сочинения по неэвклидовой геометрии, а также работы по алгебре, анализу, физике, избранные статьи российских и иностранных ученых о приложениях неэвклидовой геометрии в разных областях, в частности в теории относительности. Второй том обобщит педагогические взгляды и методические рекомендации Николая Ивановича с включением комментариев с позиций современной педагогической науки, а также с общей оценкой Лобачевского как выдающегося деятеля науки и культуры мирового значения. В третьем томе будут работы о его деятельности как ректора, библиотекаря, помощника попечителя Казанского учебного округа, воспоминания современников. В числе других направлений всероссийского проекта — создание летописи (печатное и электронное издание) жизни и творчества Лобачевского, оцифровка всей доступной литературы о нем и дополненное переиздание трудов, ему посвященных.
Руководитель научного направления ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» член-корреспондент РАН Александр Степанович Носков посвятил свой доклад катализаторам и задачам, которые стоят перед их разработчиками. Он в целом обрисовал ситуацию с импортозамещением этих необходимых субстанций и назвал несколько успешных кейсов сотрудничества ученых ИК и представителей науки и промышленности Республики Татарстан. Среди таких примеров — создание катализаторов на основе стекловолокна для очистки отходящих газов в производстве синтетического каучука, разработка по очистке газов от сероводорода с получение элементарной серы, палладиевый катализатор для производства стеарина из отходов масложировой промышленности, сотрудничество по строительству завода для производства катализаторов полимеризации в Казани.
В представленном ученым перечне перспективных и новых областей сотрудничества примеров было гораздо больше. По словам Александра Носкова, по всем из них в ИК СО РАН есть заделы на тех или иных стадиях. Это технологии по глубокой сероочистке природного газа от следов сероводорода, процессу переработки природного газа в углеводороды (этан, пропан, этилен и так далее), повышению товарности углеводородного сырья — получению из этана этилена. «Классические методы сложны и подходят только для больших мощностей. Для небольших мы сделали вариант с использованием селективного окисления, такие катализаторы подобраны», — прокомментировал ученый. Далее — получение бутадиена из этана, каталитическая переработка полимерных отходов в товарные нефтепродукты, новые типы каталитических реакторов, их моделирование и использование таких микрореакторов в малотоннажной химии, адсорбционно-контактная сушка дисперсных продуктов и материалов, порошки для тушения пожаров, новые технологии синтеза аммиака, разработка цифровых моделей промышленного применения импортозамещающих катализаторов.
Александр Носков также озвучил предложения по развитию сотрудничества с организациями и предприятиями Татарстана: во-первых, это развитие совместных работ в области малотоннажной химии, во-вторых, исследование и создание технологической платформы по глубокой переработке природного газа и легких углеводородов, а в-третьих, взаимодействие по линии научных основ и использования цифровых технологий и моделирования.
Директор Международного томографического центра СО РАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Матвей Владимирович Федин, начиная говорить об электронном парамагнитном резонансе, дал краткое представление о принципах работы ЭПР, построенных на том, что у электронов есть спин и связанный с ним магнитный момент, который взаимодействует с магнитным полем, а затем перечислил области науки, где применяется этот метод. Спектр чрезвычайно широк и включает химию, физику, биологию, медицину, геологию и другие сферы. Дело в том, что многие процессы, происходящие в веществах, клетках, тканях, молекулах и так далее, могут быть изучены с помощью спиновых меток. Например, такие метки используются при выяснении деталей репарации ДНК и ряда других проблем структурной биологии, внедрения и проникновения различных частиц в биомембраны, прохождения каталитических, окислительно-восстановительных реакций (в частности, можно определить каталитический центр, перенос электрона внутри системы и прочие моменты). Применяя ЭПР-методы, ученые из институтов новосибирского Академгородка исследовали различные неорганические комплексы, рассмотрев их локальную геометрию, сумели увидеть парамагнитные центры в алмазах или более точно определить состав пород.
В МТЦ СО РАН, по словам его директора, развиваются масштабные работы по молекулярным магнетикам, получившим название «дышащие кристаллы»: в зависимости от температуры изменяется степень их намагниченности и ЭПР-спектроскопией можно детектировать фотопереключение в таких системах. Еще одно направление работы специалистов МТЦ связано с МОКП — металлорганическими каркасами с контролируемыми функциональными свойствами. Так, метод инкапсулированного нитроксильного зонда открывает возможность для in situ мониторинга кинетики проникновения разных веществ в поры МОКП. «Соответственно, мы можем хорошо и детально проследить процессы сорбции и десорбции в различных материалах», — сказал Матвей Федин.
Темой доклада проректора по научной деятельности Казанского федерального университета доктора физико-математических наук Дмитрия Альбертовича Таюрского стали квантовые технологии. Ученый пояснил, что квантовая физика зиждется на трех основных явлениях: квантовая интерференция, квантовая потенциальная яма и квантовое туннелирование. «Эти три особенности и отличают квантовый мир от реального», — заметил Дмитрий Таюрский и подчеркнул, что квантовые технологии включают не только всем известный квантовый компьютер, но являются более широким кругом достижений человеческой мысли.
Д. А. Таюрский рассказал об одном из проектов КФУ, который когда-то велся совместно с японскими исследователями, но теперь развивается самостоятельно. «Начну с того, что жидкий гелий отличается своими квантовыми свойствами. Как известно, сверхчистый материал получить очень сложно, в нем постоянно оказываются какие-либо примеси. Однако в случае с гелием всё наоборот: чтобы внести туда какую-либо примесь, нужно воздействовать электрическим полем, прижимая электроны к поверхности гелия, иначе никак. Тогда формируется двухмерный электронный газ — но газом остается до определенных температур. Если начать его охлаждать, то из него получится так называемый вигнеровский кристалл», — объяснил физик. Эта система интересна, потому что в ней электрон индуцирует положительный заряд, и получается квазиводородный атом. Он имеет определенную энергетическую структуру, у него есть основное и есть возбужденное состояние. «То есть, по сути, это кубит. Если вспомнить, что у электрона еще имеется спин, то добавляется дополнительный кубит. Поэтому было предложено использовать электроны на гелии в качестве кубитов, причем есть разные механизмы понимания, как это можно сделать. Такие эксперименты могут проводить несколько групп в мире, одна из них у нас», — дополнил Дмитрий Таюрский. Казанские специалисты сделали микроустройства на основе таких двумерных электронов на гелии. «Мы подкладываем микроскопическую систему электродов, электрон чувствует электрическое поле, и мы начинаем двигать его по поверхности гелия, то есть можем манипулировать электронами и имеем реальную возможность перемещения кубита из одной точки пространства в другую», — сказал ученый.
Еще одно направление работы физиков КФУ — квантовые симуляторы. Исследуя свойства такого симулятора, вы получаете информацию об исходной системе. «Мы начали реализовывать эту идею, и перешли в область квантовой биологии. Это совершенно новая сфера, которая объясняет некоторые явления в биологии с помощью квантовой физики, например ориентацию птиц в пространстве, фотосинтез или обоняние», — сообщил Дмитрий Таюрский.
В окончание двухдневной научной сессии Ренад Сагдеев выразил надежду на то, что такой интеллектуальный обмен достижениями и идеями станет регулярным и отметил, что при следующей встрече можно будет обсудить текущие совместные проекты ученых из Сибири и Татарстана.
К ЭЭГ мы еще вернемся, но следующий шаг к открытию сетей покоя был сделан с помощью других методов - позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые с 1980-х годов стала очень распространенным методом нейровизуализации. Именно с их помощью ученые обнаружили «существование организованного, базового режима работы мозга по умолчанию, который приостанавливается во время определенных целенаправленных форм поведения». Структуры, вовлеченные в этот режим работы мозга, когда человек не занят какими-либо действиями и назвали сети покоя.
