От эталонной мыши до синхротрона: путешествие по научному Новосибирску
С первого взгляда новосибирский Академгородок похож на любой из спальных районов больших городов: многоэтажки, спортивные площадки, сетевые магазины, не очень ровные тротуары. Но именно здесь бьется и трепещет сердце российской науки, создаются технологии, которые будут определять нашу жизнь завтра.
Концентрация научных институтов и лабораторий на квадратный километр здесь запредельная. Почти все они, как и жилые дома, окружены зелеными зонами. Смотришь — вроде бы лес, но тут из него по тропинке выходит человек с портфелем — за деревьями передовое научное учреждение, чтобы светлым умам лучше думалось на хорошем воздухе. Сразу вспоминается «Понедельник начинается в субботу», и эта атмосфера не отпускает самого до конца путешествия.
Биосовместимая электроника: когда человек изменит свою природу
{{slider|11274}}
Первая точка на пути — Новосибирский государственный университет. В рейтинге Research, который учитывает количество научных публикаций и цитирований, он находится на четвертом месте среди российских вузов.
В молодежной Лаборатории низкоуглеродных химических технологий занимаются исследованиями органических материалов для электроники. Органические молекулы начинают светиться, если на них направить электричество. Руководитель Евгений Мостович подсвечивает вроде бы совершенно пустой пузырек и внутренняя часть емкости неожиданно ярко вспыхивает. Технологию можно использовать для создания экранов смартфонов, светодиодов и сенсоров. Органические светодиоды, OLED, меньше обычных и дают возможность сделать картинку выдающегося качества. ОLED-экраны уже продаются в мире, но в России их производства пока нет.
Самое главное, сенсоры с использованием этой технологии — абсолютно биосовместимы. Это значит, что можно делать высокотехнологичные протезы, которые смогут «чувствовать», словно живые. Кроме того, лаборатория разрабатывает искусственные синапсы — имитацию нервной системы человека. Человеческий мозг гораздо более производителен, чем привычные нам чипы из вездесущего кремния. Если получится создать на этой основе компьютер, он будет фантастически эффективным. Не говоря уже о том, что в далеком будущем это проложит путь к трансплантации частей мозга. Если с помощью органической электроники можно будет вживить в живое тело что угодно, не исключено, что человек рано или поздно превзойдет те физические возможности, которые дала ему природа.
{{slider|11275}}
В НГУ также есть геологический музей, где можно потрогать метеорит, создать сейсмоволны, посмотреть на породы в ультрафиолете, узнать, как вырастить алмаз, чем синтетический алмаз отличается от природного и так далее. Экскурсии здесь проводит молодой ученый Элона Хан. Когда-то она пришла в науку потому, что «с детства любила красивые камушки». Теперь — занимается выращиванием кристаллов с расчетными свойствами, которые будут корректировать свет лазеров. На вопрос, зачем ей еще и экскурсии, отвечает так:
— Как-то, когда я рассказывала о выращивании кристаллов группе младших школьников, один мальчик долго и внимательно меня слушал, потом подошел и говорит: «А как мне в гараже вырастить рубин?». Я ему рассказала, он даже что-то записал. Потом подошел к папе и говорит: «Купи мне горелку!». Думаю, если такое происходит, то все не зря: семена знания упали в благодатную почву. Если он вырастет в моего коллегу, я буду очень рада.
Поцелуй Смайлика
На весь мир знаменит эксперимент новосибирских ученых по одомашниванию лис. Он длится 70 лет и уже дал удивительные результаты.
Мне посчастливилось познакомиться с домашними лисами Чипом и Смайликом. Животные ручные в буквальном смысле, подходят к людям, дают себя гладить. Мою собственную руку облизал лично Смайлик — восторга было столько, что сначала хотела ее не мыть, как после встречи с кем-то из селебрити. Потребность в гигиене победила, но воспоминания остались.
Еще в середине прошлого века великий ученый Дмитрий Беляев начал отбор щенков лис по признаку дружелюбия к человеку, чтобы воспроизвести древний процесс одомашнивания животных и понять, как он влияет на генетику животного. Это поможет многое понять и о нас с вами: есть же теория, что человек на самом деле «одомашнил» себя сам в процессе эволюции.
Было доказано, что дружелюбие к человеку во многом определяется генетикой, а не воспитанием мамы-лисы. Если злого щенка подсадить к дружелюбной кормящей лисе, он все равно останется злым, и наоборот. То есть получается, что если и человек злой, то это генетическое и шансов что-то изменить нет?
— Конечно, это не так! Не стоит путать термины «одомашнивание» и «приручение». Одомашнивание — это про изменения в генах, когда животное передает потомкам свои особенности поведения. Можно также приручить конкретное животное, если оно будет жить и общаться с человеком. Если даже злого щенка носить в кармане на груди, играть с ним, кормить с рук, он станет дружелюбным к человеку. Но не передаст эту свою особенность потомству. Ценность нашего эксперимента в том, что люди не возятся со щенками — их просто отбирают по определенному признаку. Но человек очень социален, способен сам себя воспитывать и «приручать», менять свой характер и поведение, — объясняет Анастасия Харламова, старший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики ИЦиГ СО РАН.
Сейчас в лаборатории работают над новым экспериментом — изучают влияние «гормона любви» окситоцина на дружелюбие лис. О результатах пока не рассказывают — еще не опубликованы.
Эталонные мыши
{{slider|11276}}
Думаете, идеала не существует? А вот и нет: идеальных лабораторных мышей разводят и выращивают в SPF-виварии Института цитологии и генетики СО РАН. У SPF-животных нет специфических для вида патогенов, то есть они абсолютно здоровы. Ученые могут быть уверены, что картину исследования на таких лабораторных мышах не испортят посторонние внутренние факторы.
Мыши в виварии здоровы, счастливы и бодры, почти не отличаются по размеру. Живут в специальных боксах с друзьями (это тоже социальные животные, им нужна компания), им даже регулярно проводят обогащение среды — кладут всякие новые предметы в клетки, чтобы животные не скучали. Конечно, очевидный вопрос — ведь такая радостная жизнь ненадолго, пока мыши не станут участниками исследований?...
— Если бы не исследования с участием лабораторных мышей, жизнь людей выглядела бы совсем по-другому. Не было бы столько эффективных лекарств, столько знаний по генетике и тому подобное. Конечно, современная наука стремится к гуманности — к тому, чтобы сократить число животных в экспериментах. Как раз здесь и помогают SPF-виварии — чем выше качество животных, тем надежнее результат, и тем меньше требуется животных, — объясняет Евгений Завьялов, заведующий ЦКП «SPF-виварий».
Создают здесь мышей и под конкретные исследования — с помощью генной инженерии выводят грызунов, склонных к различным болезням, например, к сахарному диабету или к раку.
Собственно, с местными мышами ведут работу и ученые Института цитологии. Примечательно, что для мышей искусственный закат и «ночь» наступают в 16 часов — в лабораториях гасят свет. Мыши — ночные животные, они активны и проявляют естественное поведение в темноте, тогда с ними удобнее работать, и надежнее результаты. Нам показали легендарные мышиные лабиринты, «студию реалити-шоу» для мышей — специальную установку, куда помещают клетки с животными, и датчики в студии фиксируют все поведение грызунов: сколько и как часто мышь поела, сколько бегала, когда и как была активна и пр.
Пойти против течения, или Взорвать рак изнутри
Знаменитый Институт ядерной физики СО РАН занимает огромную площадь. Логично, что именно здесь работают или готовятся к работе установки мегасайнс.
Одна из жемчужин — новейшая установка бор-нейтронозахватной терапии. Она станет настоящим спасением для онкологических больных: эффективна при сложных и неоперабельных опухолях. Причем, чем злокачественнее опухоль, тем лучше работает методика.
Установка, похожая на огромную скороварку с подведенными к ней трубами, запускает в организм человека поток безопасных для здоровых клеток нейтронов. Предварительно раковые клетки накачивают молекулами бора, которые не проникают в другие клетки. Нейтроны притягиваются к бору и, когда они находят друг друга в раковых клетках, происходит ядерный нано-взрыв — раковую клетку разрывает изнутри, щадя здоровые клетки.
Технологию разработали российские ученые ИЯФ, клинические исследования на людях уже проходят в Китае, Южной Корее и Японии. На территории ИЯФ успешно лечат от рака собак и кошек. В 2024 году установка должна переехать в Москву, в медицинское исследовательское учреждение — НМИЦ имени Н. Н. Блохина.
— На разработку нам потребовалось больше 15 лет, и мы первыми в мире решили эту задачу. Мне сейчас кажется, что успех был достигнут потому, что мы предлагали, казалось бы, сумасбродное и невыполнимое решение, но в итоге получилось достичь наилучшего качества пучка нейтронов, — говорит Сергей Таскаев, заведующий лабораторией в ИЯФ СО РАН.
Кольцевые гонки частиц: в чем польза?
{{slider|11277}}
Еще одна достопримечательность ИЯФ, которую мало кому посчастливится увидеть своими глазами, — электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000. Это ускоритель частиц, где сталкиваются электроны и их «противоположности» позитроны. Столкновения вызывают малюсенькие взрывы, аннигиляцию, в которых рождаются еще более мелкие и странные частицы — их здесь измеряют, расширяя представления о мире и понимание природы на самом фундаментальном уровне.
Позитроны создаются на специальной установке в соседнем здании, а затем летят 400 метров по специальному подземному тоннелю. На 100 электронов рождается 3-4 позитрона — это мировой рекорд. Затем электроны и позитроны формируют в пучки частиц длиной 3-4 сантиметра и толщиной в человеческий волос. Эти «иголочки» попадают в специальный накопитель, где их разгоняют до суперскоростей и энергий, а потом они сталкиваются, вращаясь непосредственно в коллайдере.
— Многие спрашивают: «А какая для народного хозяйства польза от коллайдеров и изучения физики элементарных частиц?». На первый взгляд, никакой — мы познаем устройство мира. Купить в магазине килограмм пи-мезонов или фи-мезонов вряд ли получится... Но из-за того, что это очень сложная техника — постоянный челлендж для ученых и инженеров: сделать лучше и лучше — происходит развитие технологий. Например, детектор элементарных частиц, который помогает эти частицы регистрировать, — очень чувствительный набор разных датчиков, которые измеряют заряд, энергию, ионизацию и пр. В нашем институте на основе этих разработок удалось создать новый датчик для рентгенографических аппаратов. С ним можно будет делать рентген дважды в день с ног до головы — и доза облучения все равно останется ничтожной, — рассказывает Иван Логашенко, заместитель директора по научной работе ИЯФ СО РАН.
Это уникальный коллайдер — он помогает исследовать свойства легких элементарных частиц, примерно от 300 МэВ до 2 ГэВ (элекронвольт, эВ — единица измерения массы частиц). Их свойства предсказывают в теории с некоей точностью, причем не очень высокой. Дело в том, что расчеты сейчас хорошо работают в высоком диапазоне энергий (3-100 ГэВ), а ниже — предсказательная точность не высока.
Так что 45-50% знаний человечества о частицах низких диапазонов энергии получены здесь, на коллайдере ИЯФ.
Свой синхротрон
{{slider|11278}}
Когда нам показывали павильоны, где строится оборудование для СКИФа (*), было ощущение, что мы попали в святая святых храма науки — ученые рассказывали об установке с некоторым трепетом, даже меняя тон голоса.
* Сибирский кольцевой источник фотонов — один из крупнейших за последние десятилетия российских проектов в области научно-исследовательской инфраструктуры. Если говорить упрощенно, это огромный и супермощный микроскоп. Он поможет исследователям буквально наблюдать поведение отдельных атомов в составе сложной молекулы и то, как атом переходит из одного состояния в другой, то есть — протекание реакции на квантовом уровне. Это откроет совершенно невиданные перспективы для биологии, химии, медицины, создания новых веществ и материалов с уникальными свойствами, которые изменят нашу повседневную жизнь: в том числе, например, речь идет о новой, совершенно иной по архитектуре электронике. Ввести в эксплуатацию эту установку мегасайнс планируется уже в 2024 году, СКИФ будет работать в Кольцово, пригороде Новосибирска, где создается новый научный городок.
— Построить такую машину непросто. Я уверен, что это стало возможным только лишь благодаря колоссальному опыту и знаниям, накопленным нашими специалистами за десятилетия работы на электрон-позитронных коллайдерах. Всего в мире работает 7 коллайдеров, 2 из них — на территории нашего института. Мы создаем синхротрон с предельно маленькой величиной пучка. Это все благодаря фундаментальной науке, — объясняет Павел Логачев, директор ИЯФ СО РАН.
Увидеть своими глазами
Еще недавно все это могли увидеть своими глазами лишь немногие. Однако недавно в рамках нацпроекта «Наука и университеты» и Десятилетия науки и технологий стартовал проект «Научно-популярный туризм», позволяющий увидеть происходящее в святая святых науки любому гражданину РФ. Это делается, чтобы привлечь в науку молодежь.
Однако, чтобы вырастить хотя бы кандидата наук, требуется минимум 10 лет. Так что, семена популяризации науки, которые бросаются в землю сейчас, дадут плоды не очень скоро, но это не значит, что ничего не нужно делать. Если спрашивать у тех, кто занимается развитием науки и технологий в России, чего им не хватает, то на первом месте будет ответ: «Людей, кадров» (на втором: «Большей свободы от бюрократии»).
Возникает вопрос: а не помешают ли все эти экскурсии ученым заниматься своей непосредственной работой?
— Если честно, то да, немного отвлекают, корректируют расписание, это правда. Но ученые — умные люди, они понимают, что чтобы исследования продолжались, их нужно продвигать, рассказывать о них, а кроме того — растить себе смену, от этого зависит будущее, — отвечает Елизавета Лидер, старший научный сотрудник Института неорганической химии имени СО РАН, председатель Совета научной молодежи СО РАН.
Текст: Елена Маслова
