Наука-2016: над чем весь год работали иркутские ученые

Весь прошедший год в иркутском Академгородке продолжались фундаментальные исследования в области химии, биологии, математики, физики и целого ряда других точных наук. По традиции мы собрали в обзор самые интересные проекты, которые реализуются в местных институтах Сибирского отделения РАН.

Предложили метод лечения вируса Зика

Ульяна Потапова, кандидат физико-математических наук Сергей Феранчук, научные сотрудники лаборатории аналитической биоорганической химии Лимнологического института СО РАН

Вирус Зика стал широко известен россиянам этим летом в связи с Олимпийскими играми в Бразилии. Из-за угрозы эпидемии многие туристы и даже спортсмены отказались от поездки на соревнования. В большинстве случаев лихорадка Зика быстро проходит и не имеет серьёзных последствий для здоровья. Однако инфекция очень опасна для беременных, вирус вызывает у плода различные уродства и умственную отсталость.

В Лимнологическом институте СО РАН предположили, что лихорадку Зика можно лечить по аналогии с клещевым энцефалитом — вирусы, вызывающие эти болезни, имеют общее происхождение, а их геномы совпадают почти наполовину. Иркутские биологи давно изучают распространенный в Сибири клещевой энцефалит и уже нашли несколько соединений, эффективных при борьбе с ним. В структуре вируса есть некий «карман», куда встраивается молекула активного вещества, и тем самым останавливает его копирование и дальнейшее распространение. То же самое происходит и с вирусом Зика.

С помощью суперкомпьютера ученые проверили на способность встраиваться в белок вируса более 6000 активных соединений. Наилучший результат показали эпросартан — основа некоторых аптечных препаратов, а также альфа-бисабалол — компонент экстракта ромашки. Именно эти вещества могут стать основой для лекарств от болезней, которые вызывает вирус Зика.

Доказали, что Сибирь и Северная Америка были одним континентом

Дмитрий Гладкочуб, член-корреспондент РАН директор Института земной коры СО РАН — совместно с геологами из других институтов России, Канады и Швеции

После 15 лет исследовательской работы ученые доказали, что Северная Америка и юг Сибири входили в состав единого суперконтинента в период примерно с 1,2–1,9 миллиарда лет до 700 миллионов лет назад. Индикаторами «родства» стали базальтовые породы, которые образуются в строго определенных геологических условиях. Их возраст, химический состав и палеомагнитные характеристики в Северной Америке и Сибири полностью совпали.

Помимо фундаментальной ценности, это открытие имеет и прикладной результат. В случае обнаружения месторождений полезных ископаемых на одном континенте, можно смело предполагать, что они будут присутствовать и на второй части ранее единого фрагмента. Уже известно, что на юге Сибири, как и в Канаде, существуют месторождения алмазов. А в ближайшее время по аналогии могут быть обнаружены крупные месторождения хрома, никеля и платиноидов.

Оценивали влияние монгольских ГЭС на Селенгу

Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН

В ближайшие пять-шесть лет Монголия планирует построить пять новых гидроэлектростанций. Четыре из них должны расположиться в бассейне реки Селенги — крупнейшего притока Байкала. Разумеется, экологи и общественники не могли оставить такую перспективу без внимания. Они беспокоятся, что ГЭС окажут негативное влияние на Селенгу, а значит, и на Байкал и на прилегающие к нему территории. Минприроды России поручило иркутским ученым дать обоснованное заключение по данному вопросу.

Эксперты смоделировали параметры будущих ГЭС и их водохранилищ, рассмотрели их основные характеристики и оценили, в каких режимах они будут работать и как это может сказаться на российской территории. По общему выводу только ГЭС Шурэн и ГЭС Эгийн-Гол будут способны оказать значительное влияние на сток Селенги. Другие станции будут влиять не так сильно — из-за небольших объемов своих водохранилищ и отдаленности от границы с нашей страной.

Опасения специалистам внушает прогноз на маловодные периоды. В маловодье в течение всего лета сток на территории России будет намного меньше, чем сейчас. Зимний сток изменится в обратную сторону. По расчетам, в ноябре-декабре он будет в четыре-пять раз выше современных значений. Повышение стока зимой будет на пользу гидроэнергетикам, однако непонятно, как оно отразится на экосистеме и состоянии береговой линии, ведь в природе такие уровни никогда не наблюдались.

На этом работа по оценке воздействия не заканчивается. На втором и последующих этапах ученые планируют более детально рассмотреть влияние будущих ГЭС на экологию и энергетику российской стороны.

Разработали ветеринарную подкормку из отходов лиственницы

Василий Бабкин, доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией химии древесины Иркутского института химии СО РАН

Иркутские химики давно работают над получением ценных веществ из древесины, в том числе по технологии замкнутого цикла — когда «в дело» идет абсолютно вся биомасса, включая отходы: ветки, хвою, кору. Именно из них ученые предложили делать добавки к кормам для телят и поросят. Основу подкормки составляет арабиногалактан — полисахарид, широко применяемый в фармацевтике. Добавки показали хороший результат на практике: животные из опытной группы набирали вес быстрее, чем те, которых растили на обычном рационе.

Помимо арабиногалактана, из лиственницы получают такие ценные субстанции как дигидрокверцетин, терпены, пектины. Обладая большой активностью, они могут составлять основу аптечных препаратов – ранозаживляющих и противоожоговых средств, иммуномодуляторов, гепатопротекторов. Соответствующие разработки также существуют в Иркутском институте химии.

Рассматривали одиночные молекулы

Степан Бойченко, Иркутский филиал Института лазерной физики СО РАН

Еще полвека назад считалось, что увидеть одиночные молекулы, из которых состоит вещество, нереально. Однако, по мере развития технологий, появились и способы подобного наблюдения. На основе этих исследований даже появилась новая отрасль науки — спектроскопия одиночных молекул. Сегодня она открывает большие практические возможности в биомедицине, химии, материаловедении и ряде других областей. Например, c помощью такой молекулы можно пометить вирус и отследить, как он поражает здоровую клетку.

Чтобы увидеть мельчайшие частицы, ученые наносят на покровное стекло тонкий слой полимера, в который предварительно внедряют молекулы люминесцирующего красителя. Готовый образец освещают сильносфокусированным лазерным лучом. Молекулы начинают флуоресцировать, и это свечение специалисты наблюдают в микроскоп.

Но здесь возникает проблема: каждая одиночная молекула обладает своей собственной ориентацией, и поэтому светится с разной степенью яркости, в зависимости от направления светового вектора лазерного луча. Это означает, что исследователи никогда не видят все молекулы одинаково хорошо, и это существенно ограничивает их возможности.

Молодой ученый из Иркутского филиала Института лазерной физики СО РАН Степан Бойченко предложил использовать для наблюдения эллиптически поляризованный цилиндрический векторный пучок, представляющий собой комбинацию радиально- и азимутально-поляризованного пучков. При таком варианте молекулы всех ориентаций будут одинаково яркими в микроскопах исследователей. Эффективность метода уже подтверждена расчетами, в ближайшее время планируется проверить ее экспериментально.

Написали компьютерную программу для прогноза водности рек

Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН

Программа иркутских гидрологов «Стохастическое моделирование» позволяет выполнять долгосрочное прогнозирование гидрометеорологических характеристик, а именно посчитать водность реки в тот или иной сезон в течение года. Разработка уже активно применяется на практике. В частности, по ней составляются прогнозы притока в Саяно-Шушенское и Красноярское водохранилища. Полученные сведения позволяют рационально планировать деятельность крупнейших ГЭС России — Саяно-Шушенской и Красноярской.

Положенная в основу программы технология принята для использования Сибирским региональным научно-исследовательским гидрометеорологическим институтом. С ее помощью новосибирские специалисты собираются разработать новые более эффективные методики долгосрочных прогнозов.

Обнаружили далекий-далекий квазар

Институт солнечно-земной физики СО РАН — совместно с Институтом космических исследований РАН и Специальной астрофизической обсерваторией РАН

Квазары — это далекие и активные центры других галактик. Сейчас принято считать, что в центре таких галактик располагается сверхмассивная (от миллиона до миллиарда масс Солнца) черная дыра, которая дает мощное излучение. Наблюдая его, ученые говорят, что «видят квазар». Изучение квазаров в перспективе должно дать ответ на вопрос, как появились галактики и черные дыры в их центре.

Летом этого года московские и иркутские физики обнаружили один из самых далеких квазаров. Он находится на красном смещении 5,08, это значит, что его свет возник спустя всего лишь около миллиарда лет после Большого взрыва. Учитывая космические расстояния, мы видим этот свет в том виде, в котором он был испущен в очень ранней Вселенной. По его свойствам можно изучать процессы, происходившие в космосе почти 13 миллиардов лет назад.

Квазар был обнаружен с помощью нового спектрографа АДАМ на 1,6-метровом телескопе АЗТ-33ИК Саянской солнечной обсерватории. Этот проект является удачным примером слаженной и эффективной работы нескольких научных организаций. Концепция прибора АДАМ была сформулирована в Институте космических исследований РАН, разработали и построили его в Специальной астрофизической обсерватории РАН на Кавказе, а установили на телескопе в Саянах и осуществляли дальнейшее обслуживание сотрудники ИСЗФ СО РАН.

Проводили сложные расчеты и вычисления

Институт динамики систем и теории управления СО РАН

Установленный в ИДСТУ СО РАН суперкомпьютер входит в центр коллективного пользования. Расчеты на нем проводят представители разных научных организаций Сибири и даже Дальнего Востока при поддержке ИДСТУ СО РАН. Суперкомпьютер востребован для решения задач в таких областях, как экология и природопользование, биоинформатика, физика твердого тела, молекулярная спектроскопия и множестве других.

В частности, с его помощью биологи изучают происхождение эндемиков Байкала, химики рассчитывают составы новых твердотельных материалов и органических соединений, физики исследуют атмосферу земли и околоземного космического пространства. В этом году на суперкомпьютере было смоделировано взаимодействие белка вируса Зика и 6000 различных активных веществ — выполнение этих работ вручную заняло бы несколько лет. Кроме того, мощная вычислительная техника задействована в проекте по оценке влияния деятельности человека на чистоту Байкала в районе Листвянки.

Сохраняли генофонд реликтовых растений

Марина Протопопова, кандидат биологических наук, Василий Павличенко, кандидат биологических наук, старшие научные сотрудники Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН — совместно с Институтом географии СО РАН и Иркутским государственным университетом

Реликтовые (древние) растения представляют большой интерес для науки. За долгое время существования они не раз сталкивались с серьезными, порой катастрофическими, изменениями климата, но смогли выжить. Сегодня по накопленной в их ДНК «информации» ученые определяют, как формировался современный растительный покров Земли, и выясняют механизмы такой устойчивости к неблагоприятным окружающим условиям.

Генетики из СИФИБР СО РАН изучают ДНК растений, обитающих в Европе, Сибири и на Дальнем Востоке, и ищут различия между ними. Полученные сведения позволяют установить генетическую структуру видов, взаимоотношения и изменения в популяциях, которые происходили в течение последних сотен и тысяч лет. На основе этих данных ученые намерены оценить текущее состояние реликтовых растений и прогнозировать развитие биологических сообществ в будущем. Исследования позволят сохранить генофонд уникальных видов растений Прибайкалья, что особенно важно в условиях продолжающегося глобального изменения климата и плотного хозяйственного освоения сибирской природы.

Просвещали детей и взрослых

Байкальский музей ИНЦ СО РАН

В декабре в Байкальском музее в Листвянке для широкой публики открыли глубоководный обитаемый аппарат «Пайсис-11». Экспонатом музея он является с 2012 года, однако до недавного времени посетители смотрели на него только через стекло ангара. Теперь любой желающий может взглянуть на аппарат изнутри, посидеть за пультом управления и даже совершить виртуальное погружение на дно Байкала. Для создания эффекта присутствия в иллюминаторах транслируют видеозаписи, сделанные в ходе реальных погружений «Пайсиса» и аппаратов «Мир».

Кроме того, в музее действуют выставки по истории и биоразнообразию знаменитого озера, а в аквариумном комплексе живут рыбы-эндемики и нерпы. Отдельно проводятся занятия со школьниками и студентами, каждое лето работает школа по байкаловедению, нацеленная на экологическое воспитание детей.

В рамках программы «Байкал в режиме реального времени» за водоемом постоянно наблюдают восемь камер, трансляция с которых идет в музейные залы. Камеры установлены на разных глубинах озера, а также на Ушканьих островах — излюбленном месте отдыха нерп.