​В новосибирском Академгородке прошла традиционная встреча школьников с ведущими сибирскими учеными — «Выбери профессию в науке», приуроченная к Дню российской науки. В этот раз ребята не только узнали, чем занимаются в повседневной работе представители разных направлений, но и познакомились с научной инфраструктурой проекта «Академгородок 2.0».

Будущим ученым — об Академгородке будущего

Напоминая школьникам об истории Сибирского отделения, главный ученый секретарь СО РАН, директор Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН академик Дмитрий Маркович Маркович отметил: «Если посмотреть на карту, гигантская территория — Сибирский макрорегион — в области научно-методического руководства сейчас лежит в зоне ответственности Сибирского отделения Российской академии наук. Научный потенциал СО РАН составляет примерно четверть всего потенциала Академии наук».

По словам Дмитрия Марковича, новосибирскому Академгородку нужен новый исторический рывок, который позволит выйти на самые высокие стандарты мировой организации науки. «Известный факт: после создания Академгородка многие научные центры по всему миру организовывались по его образу и подобию, — пояснил ученый. — Но история распорядилась так, что в настоящее время многие страны в сфере высшего образования, науки и инновационных подходов нас обогнали, и было принято решение разработать программу "Академгородок 2.0", которая позволит нам стать научно-технологическим центром мирового уровня и соответствует всем принятым в РФ стратегиям развития».

Необходимо приостановить отток молодого населения, а для этого нужно сделать Сибирь точкой притяжения для тех людей, кто хочет заниматься высокими технологиями, наукой — ведь едут туда, где есть развитая инфраструктура, в том числе — научная, и высокий уровень жизни.

Академик Маркович подчеркнул, что для достижения главной цели — сформировать на базе новосибирского Академгородка современный территориальный научно-технологический и социально-экономический комплекс мирового уровня — требуется выполнить целый ряд задач. Во-первых, необходимо совершенствовать систему подготовки кадрового потенциала Сибири в сфере исследований и разработок. Во-вторых, — наращивать передовую инфраструктуру для проведения исследований мирового уровня. В-третьих, развивать научную и научно-производственную кооперацию, реализуя модель экономики знаний с опорой на научную среду. И, в-четвертых, создавать современное и комфортное социальное окружение для жизни и реализации всех этих планов.

«Государство всегда задает вопрос, что страна будет иметь на выходе после создания новой мощной инфраструктуры, — подытожил Дмитрий Маркович. — Результаты реализации программы "Академгородок 2.0"должны быть востребованы обществом, бизнесом, и на международном уровне вывести Россию на самые передовые рубежи».

Проект междисциплинарногоисследовательского комплекса аэрогидродинамики, машиностроения и энергетики. Из презентации Дмитрия Марковича

На вопрос из аудитории о том, насколько нуждается современная научная инфраструктура Новосибирского научного центра в модернизации, Дмитрий Маркович ответил: «Это очень важный и хороший вопрос. Казалось бы, институты и так работают в этих направлениях, но нужно учитывать, во-первых, что создаваемая инфраструктура призвана восполнить недостатки существующей, а во-вторых, работы, которые будут проводиться в этих новых центрах, своей целью имеют ориентацию на производительные силы и развитие тех или иных отраслей экономики, то есть не только фундаментальные, но и прикладные исследования. Это тот промежуток, которого сейчас очень недостает нашей стране».

Универсальный резонанс

Заведующий лабораторией магнитного резонанса Международного томографического центра СО РАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Матвей Владимирович Федин рассказал школьникам об электронном парамагнитном резонансе и о его использовании в исследованиях на пересечении различных наук.

Явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения в диапазоне радиочастот веществами, помещенными в постоянное магнитное поле, и обусловленное квантовыми переходами между энергетическими подуровнями, связанными с наличием магнитного момента у электронных систем. На основе ЭПР был развит метод спектроскопии.

Какие объекты можно изучать с помощью электронного парамагнитного резонанса? Их множество, но есть одно необходимое условие: они должны обладать неспаренным электроном. «Например, если взять молекулу природного газа метана, СН4, и оторвать один атом углерода, мы получим так называемый радикал, у которого будет неспаренный электрон, — пояснил ученый. — Это также могут быть соединения металлов как в различных материалах, так и в человеческом организме».

Метод ЭПР применяется практически в каждой области наук, больше всего в химии и материаловедении — для определения структуры соединений и изучения реакций, а также в исследованиях, направленных на миниатюризацию различных устройств (наноэлектроника, молекулярные магниты и так далее). В физике — в работах по полупроводникам, квантовым точкам, солнечным батареям. В биологии — в изучении белков, ДНК и РНК, фотосинтеза и других физиологически важных процессов. В медицине электронный парамагнитный резонанс применяется в исследовании опухолей (в частности, определение содержания кислорода в них), томографии. В геологии ЭПР применяется для анализа состава пород, определения примесей в кристаллах. В археологии также растет применение этого метода для датировки различных ископаемых, долгие годы находившихся в почве, подвергавшиеся естественному радиационному фону и накопившие дефекты, которые с помощью ЭПР можно анализировать и таким образом определять возраст находок.

 

Установка ЭПР. Из презентации Матвея Федина

Одно из приложений ЭПР, развивающееся в МТЦ СО РАН, — исследование так называемых переключаемых молекулярных магнитов: потенциально такие соединения могут помочь увеличить плотность записи магнитной информации на порядки величин по сравнению с существующими сейчас. «Мы изучаем соединения такого типа, состоящие из комплексов меди и нитроксильных радикалов, которые проявляют определенные аномалии магнитного поведения, — рассказал Матвей Федин. — При изменении температуры в какой-то момент может произойти резкое изменение намагниченности. Эти структуры мы называем дышащими кристаллами, они могут рассматриваться в качестве новых функциональных магнитных материалов с множеством потенциальных приложений».

В завершении своей лекции ученый призвал выпускников школ приходить в науку. «В нашей работе много интересных составляющих, но лично для меня в первую очередь наука — это детектив, — объяснил М. Федин. — Очень часто к нам в лабораторию поступают образцы каких-то соединений, выдвигаются различные версии, что бы могло быть в их основе. Мы снимаем спектры и пытаемся их расшифровать, а дальше проводим "следствие", ставим новые эксперименты, чтобы подтвердить одну из версий и заставить "преступника" — образец — среагировать определенным образом. Идет последовательная разгадка множества ребусов, и это очень интересно. А во-вторых, наука для меня это творчество, потому что нужно постоянно придумывать, как применить то, что мы находим, открываем, в чем-то новом».

Вулканы и люди

Заместитель директора Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН им. А. А. Трофимука член-корреспондент РАН Иван Юрьевич Кулаков​ в своем выступлении рассказал о том, как разрушительные извержения вулканов влияют на жизнь отдельных людей и человечества в целом: оказывается, этим грозным проявлениям стихии под силу разрушать цивилизации и провоцировать революции.

Так, извержение вулкана Везувий, произошедшее в 79 г до н. э., привело к началу заката римской цивилизации. Сама гора спокойна уже несколько десятилетий, и наибольшее беспокойство у ученых вызывает вулканический комплекс Флегрейские поля, расположенный на расстоянии 20—30 км от знаменитого вулкана, как место возможного катастрофического извержения.

Вулкан Уайнапути́на, извергавшийся в Перу с 16 февраля по 9 марта 1601 года, стал причиной малого ледникового периода в Европе, вызвавшего в 1601—1603 годы страшнейший голод в России, который послужил одним из факторов наступления смутного времени.

Извержение вулкана Лаки в Исландии в 1783 году — самая крупная экологическая катастрофа в Европе, во время которой было исторгнуто 14 кубических километров лавы и огромное количество ядовитых газов, — привело к наводнениям, огромным человеческим жертвам и гибели скота (в одной Исландии погибло 20 % населения и 50 % скота). Голод, наступивший в результате этого в Европе, по оценкам ученых, унес жизни 3 миллионов человек и стал одной из причин Великой французской революции, начавшейся в 1789 г.

10 апреля 1815 года с оглушительным взрывом, который был слышен на расстоянии 2600 км, извергся вулкан Тамбора, расположенный в Индонезии. В результате этого извержения — крупнейшего в человеческой истории — кромешная тьма накрыла землю на расстоянии 600 км, что оказало влияние на климат в глобальном масштабе: следующий год был годом без лета. Это в свою очередь вызвало неурожай, голод и эпидемию тифа в Европе и привело к беспорядкам. В Индии также был голод и вспышка холеры. В Северной Америке из-за нехватки продовольствия и холода в 1816 году начались массовые переселения: кстати, именно в этом году был изобретен велосипед как альтернатива гужевому транспорту.

Уже в современное время исландский вулкан Э́йяфьядлайёкюдль, выбросивший в апреле 2010 года в атмосферу облако вулканического пепла объемом «всего лишь» 0,01—0,25 кубических километров, парализовал воздушное сообщение в Европе на целых четыре дня. По подсчетам Международной ассоциации воздушного транспорта ежедневные потери авиакомпаний от отмены рейсов составляли не менее 200 млн долларов.

 Установка сейсмодатчиков. Фото А. В. Яковлева. Из презентации Ивана Кулакова

«Как вы видите, даже небольшое извержение может вызвать большие проблемы, — рассказал Иван Кулаков. — Конечно, предотвратить или ослабить подобные катастрофы человек не способен, но ученые могут их предсказывать, и для этого вулканы необходимо изучать». В качестве одной из наиболее удачных операций по прогнозу катаклизма и спасению населения геофизик привел предсказание извержения Мерапи (Ява, Индонезия) в ноябре 2010 года. Тогда благодаря оперативной и слаженной работе ученых и властей удалось спасти из зоны поражения более 410 000 человек — это стало самой масштабной эвакуацией в истории вулканологии.

На примере Ключевской группы на Камчатке, которая представляет собой уникальный комплекс различных по составам и режимам извержений вулканов, Иван Кулаков рассказал школьникам, как ученые исследуют вулканы с помощью геофизических методов, устанавливают сейсмические станции, снимающие данные о сейсмической активности и каким образом их обрабатывают.

«С помощью геофизики возможно изучать процессы внутри вулкана, что позволяет лучше прогнозировать извержения и тем самым минимизировать вред для человека, — подытожил ученый. — Геофизические исследования требуют глубоких знаний различных научных дисциплин: физики, математики, химии и так далее, а также хорошей физической формы. Изучение вулканов — тяжелый, но интересный труд».

Гены — старые и новые

Сотрудник отдела системной биологии ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» кандидат биологических наук Сергей Александрович Лашин рассказал школьникам о филостратиграфии — науке, которая изучает возраст генов.

«С помощью филостратиграфического метода ученые оценивают время появления генов путем поиска их ортологов (то есть генов различных организмов, эволюционировавших вертикально от общего предкового гена) в геномах видов, принадлежащих различным ветвям древа жизни», — пояснил ученый. Таким образом обнаруживается самый старый предок в эволюционном процессе, у которого уже был такой ген. Например, к заболеваниям с «молодыми» генами относятся ревматоидный артрит и астма, а к «старым» — холера, болезнь Паркинсона и разнообразные аддикции (никотиновая, алкогольная, амфетаминовая и так далее).

Ученые пытались проанализировать эволюцию гена, кодирующего белок, обеспечивающий адаптацию к низким температурам у трески. «Этот белок связывается с частицами льда и не дает им навредить при низких температурах, — рассказал Сергей Лашин. — Поиски такого гена в родственных геномах ни к чему не привели. Оказалось, такой ген возник спонтанно из некодирующей ДНК 13—18 млн лет назад, то есть сравнительно недавно».

«Системная биология занимается изучением очень многих интересных вещей, сказал ученый, завершая свое выступление. — Это интегративная наука, объединяющая теоретические и экспериментальные исследования на стыке биологии, биотехнологий, химии, информатики, математики, физики и медицины, а изучать ее можно у нас, в Новосибирском государственном университете».

«Наука в Сибири»

Фото Елены Трухиной и из презентаций спикеров