В единстве – сила

 

Круглый стол под названием «Междисциплинарная кооперация учёных ДВО РАН – основа для новых прорывов в сфере науки и технологий» состоялся в Доме учёных 29 января 2021 года.

Накануне Дня российской науки представители академических институтов приняли участие во встрече, которую инициировал научный руководитель Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) академик Юрий Николаевич Кульчин. Для обсуждения важной и интересной проблемы – каким образом междисциплинарная кооперация учёных ДВО РАН может стать основой для создания новых прорывов в сфере науки и технологий – собрались ведущие учёные – представители научного коллектива, который складывался на протяжении 14-ти лет. Юрий Николаевич представил лидеров этого направления: член-корреспондент РАН Юрий Анатольевич Щипунов, заведующий лабораторией коллоидных систем и межфазных процессов Института химии ДВО РАН, доктор химических наук, профессор; Юрий Николаевич Шкрыль, ведущий научный сотрудник лаборатории бионанотехнологий и биомедицины ФНЦ Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, доцент, кандидат биологических наук; Евгений Петрович Субботин, руководитель Центра лазерных технологий (ЦЛТ) Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, кандидат физико-математических наук; Сергей Серафимович Вознесенский, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией физических методов мониторинга природных и техногенных объектов Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, доктор физико-математических наук; член-корреспондент РАН Виктор Павлович Булгаков, главный научный сотрудник лаборатории биоинженерии ФНЦ Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, доктор биологических наук. Все они являются признанными специалистами, каждый в своей области знаний, и то, что они объединились для проведения исследований в выбранном направлении, – позволило получить важные научные результаты, которые становятся основой для создания новых прорывных технологий.

«Так получилось, что в нашем распоряжении оказались объекты исследований, обладающие весьма интересными свойствами, – ввёл в курс дела Юрий Николаевич Кульчин. – Природа миллионы лет строила скелеты морских организмов, используя, например, карбонат кальция, диоксид кремния. Диоксид кремния – это перспективный материал для фотоники и электроники. Например, сегодня он широко используется в волоконной оптике, которая составляет основу высокоскоростного интернета. Когда мы приступили к изучению этих объектов, стало ясно, что для достижения успеха необходимо объединить усилия классных физиков, химиков, биохимиков, генетиков. Нам удалось создать такой коллектив!»

Член-корреспондент РАН Юрий Анатольевич Щипунов вспомнил, как началось это сотрудничество: Юрий Николаевич принёс в лабораторию коллоидных систем и межфазных процессов Института химии ДВО РАН «творчество прозрачного живого объекта» – спикулу стеклянной губки.

Ю.Н. Кульчин обратил внимание на уникальные фотонокристаллические свойства исследуемых объектов и задался вопросом: для чего эти свойства нужны морским животным, обитающим на глубине в 5 тысяч метров? Эту задачу нельзя было решить без помощи морских биологов. В процессе изучения минеральных элементов скелетов губок, возникла идея: а нельзя ли воссоздать их искусственным путём? И тогда пригласили к сотрудничеству двух выдающихся учёных. Ю.А. Щипунова, чтобы он постарался синтезировать материал нужного состава, и ведущего генетика, биохимика Дальневосточного отделения РАН В.П. Булгакова, чтобы он разобрался в том, как же губка строит спикулы с использованием указанных выше химических соединений? Так сложился симбиоз учёных разных специальностей.

Ю.А. Щипунов рассказал о том, как он создавал этот материал, обладающий уникальными физическими свойствами около десяти лет назад. «Нам удалось синтезировать материалы, по составу подобные тем, что применяются в живой природе. Однако процесс, используемый для синтеза силикатов, не приводит к структуре, которую мы встречаем в живой системе. Силикаты нужного состава мы получаем, но они – непрозрачные. Оказалось, не всё так просто, как хотелось бы – одними только химическими методами добиться нужного результата не удаётся. Тогда возник вопрос: может быть, стоит попытаться использовать комбинацию химических и биологических процессов? Поэтому обратились к Виктору Павловичу Булгакову, и в результате сотрудничества у нас появилась очень интересная работа. Виктор Павлович определил биологические макромолекулы, которые ответственны за синтез в живой системе, и предложил нам попробовать провести синтез в их присутствии. Что удивительно, фермент катализировал процесс и направил его в нужном направлении. Так мы синтезировали необходимый материал в таком состоянии, как он встречается в живой природе».

«После того, как нужный материал удалось синтезировать, эстафету передали физикам, которые провели исследование физических свойств материала. Этот симбиоз в итоге привёл к уникальным результатам, описанным в монографиях, научных трудах, публикациях в отечественных и международных изданиях, выступлениях на конференциях. Так творческое содружество учёных разных специальностей позволило решить интересную и сложную задачу, которую каждый из учёных по отдельности не мог решить», – сказал Ю.А. Щипунов.

«Мы синтезируем много материалов, которые чрезвычайно похожи на те, что создаёт живая природа, – добавил Ю.Н. Кульчин. – Причём некоторые физические характеристики этих материалов на несколько порядков превышают аналогичные, измеренные на созданных в живой природе. В описанном выше случае мы получили новый материал, перспективный для использования в фотонике, промышленности и медицине».

О работах по изучению и моделированию процессов биосилификации у морских губок, о том, как и в каких областях могут быть использованы их результаты, и какое практическое значение они могут иметь, рассказал Юрий Николаевич Шкрыль. Подробно об этом, а также о том, какие исследования планируются им на ближайшие годы, вы можете прочитать в материале «Морские губки для бионанотехнологий», опубликованном в настоящем блоге.

Сергей Серафимович Вознесенский рассказал о работах, выполняемых в сотрудничестве с ННЦМБ на других интересных и важных объектах исследований, живущих в море, – микроводорослях. Эти маленькие объекты производят большую часть кислорода на нашей планете. Микроводоросли представляют собой основу всех пищевых цепей в мировом океане.

Одно из важнейших свойств одноклеточных водорослей – лазерно-индуцированная флуоресценция (ЛИФ). Методы измерения ЛИФ характеризуются высокой чувствительностью, оперативностью, возможностью анализа нелинейных параметров флуоресцентного сигнала в зависимости от температуры и освещённости, присутствия растворённых в воде органических и неорганических веществ, что позволяет делать вывод о состоянии всей окружающей среды.

Е.П. Субботин рассказал о поиске путей решения проблем с освещением, используемом в теплицах. В Якутске, в зимний период, петрушку, укроп, другую зелень выращивают вполне успешно, а помидоры, огурцы не вызревают. Оказалось, что проблема заключалась в отсутствии светильников, обеспечивающих полноценное искусственное освещение, при которых можно выращивать растения от семян и до семян. Воспользовавшись полупроводниковыми технологиями, на базе светодиодов учёным ИАПУ удалось создать светильник, имитирующий солнечный свет в полном световом диапазоне. На светильники получены уже девять патентов. Их свет комфортен как для растений, так и для человека.

Влияние искусственного солнечного света на растения изучалось ИАПУ в сотрудничестве с биологами группы В.П. Булгакова в течение трёх лет. Было выяснено следующее: оказалось, что свет нужен растениям не только для фотосинтеза, но он также управляет процессами роста растений. Учёные могут с помощью усиления тех или иных спектральных линий в свете увеличивать продолжительность цветения растений, их массу, либо способствовать накоплению определённых химических веществ.

В завершение круглого стола Ю.Н. Кульчин подытожил: «Думаю, что нам удалось достичь важного результата. Мы показали, что в ДВО РАН есть неравнодушные, высокопрофессиональные специалисты, готовые объединить усилия для решения задач, имеющих важное фундаментальное и прикладное значение. Получить новый материал, понять, как взаимодействуют биологические объекты, использовать знания для улучшения нашей жизни, получать растения без использования генной модификации, раскрывая их природный потенциал, создав им соответствующие условия, – это то, что мы сделали и можем внедрять в нашу промышленность и в повседневную действительность».

Фото автора