"НЕТ НИЧЕГО ПРАКТИЧНЕЙ ХОРОШЕЙ ТЕОРИИ"
В рамках основного направления исследований Института биофизики
СО РАН -- биофизики экологических систем -- активно развиваются
экологическая биофизика и биотехнология.
Фундаментальные исследования дали возможность красноярским
биофизикам выйти на практические приложения, что реализовалось в
создании биотехнологий. Собственно, в этом проявилось уже
сложившееся в современном обществе представление, что наука
должна выдавать обществу именно практические результаты. Да и по
сути это ничему не противоречит. Реализуется тезис: "Нет ничего
практичней хорошей теории."
ЧЕРЕЗ МОДЕЛИ К БИОТЕХНОЛОГИЯМ
Замкнутые биоценозы и биосистемы, которыми в Институте биофизики
сегодня активно занимаются, открывают новые перспективы в области
создания биотехнологий.
Например, последнее время в институте ведется большая работа по
созданию водорослевых систем, являющихся по сути системами
биологической очистки. Уже три года биофизики пытаются доказать
местному горно-очистительному комбинату их эффективность, но
производственники слабо верят в биологическую очистку. Хотя
водоросли могут концентрировать, например, радионуклиды в очень
высокой степени -- в тысячи раз. Такие системы могут стать
настоящими барьерами на пути выноса не только радионуклидов, но и
разного рода загрязнений водоемов. Правда, при этом придется
решать еще одну проблему -- захоронение водорослей, ставших
радиоактивными.
Очень перспективны также новые технологии создания биологических
полимеров. Здесь используются физиологические и биохимические
процессы, происходящие в клетках водорослей.
Интересно, что на оз.Шира, где постоянно работают красноярские
биофизики, недавно был обнаружен похожий на морские вид водоросли
"батериококус." Летняя экспедиция биофизиков должна выяснить,
насколько с ним можно работать. Предполагается, что это уже
готовый к исследованию или эксперименту материал.
Очень интересной и перспективной для самого различного
использования выглядит биотехнология на основе деятельности
водородных бактерий. Процесс заключается в том, что клетки
бактерий синтезируют так называемые полиоксибутераты, которые
обладают пластическими свойствами. У них очень хорошая
разрушаемость, что, собственно, и имеет производственное
значение. Если допустим, делать из этих биополимеров
хозяйственные пакеты, типа полиэтиленовых, то снимается проблема
утилизации, потому что при синтезе таких биополимеров можно как
бы запрограммировать скорость их разрушения, например, через
неделю, через год. Фактически речь идет о создании материалов с
биологически управляемыми свойствами.
Получены также результаты, важные для медицинского использования:
рассасывающиеся нити для хирургии, материалы для покрытия
ожоговых поверхностей, рассасывающиеся гвозди для
травматологической практики, которые и вытаскивать потом не надо.
И все это -- биологическое, не чужеродное человеческим тканям.
Нити и гвозди уже прошли необходимые испытания -- можно брать и
использовать.
Но если посмотреть масштабно, то созданные биотехнологии и
дальнейшие перспективы работы содержат такие серьезные
возможности для той же медицины, что заниматься, допустим,
пакетами просто смешно. Институт сейчас ищет контакты для
проведения окончательных медицинских испытаний. Решили, что можно
попробовать предложить идею Томскому медицинскому центру.
Конечно, хирургические нити и у себя можно было бы производить.
Это было бы, так сказать, микропроизводство. С той же самой
спирулиной имеет смысл что-то придумать. У института есть свой
биотехнологический корпус. Ведь двадцать лет уже как наработана
технология, изучены питательные, витаминообразующие свойства
водоросли. А пищевую добавку "Сплат " по 30 руб. баночка
выпускают москвичи. Почитали публикации института, поставили
бассейн с лампами и получают прибыли. Хотя, конечно, институт
озабочен более серьезной темой -- возможностью использования
своих биосистем для концентрации радионуклидов в программе
"Чистый Енисей."
Еще одна из биотехнологий -- это переработка тяжелоразлагаемых
олигоцеллюллозных комплексов, проще говоря -- соломы. Переработка
ее, например, с помощью грибных ценозов может доходить до ста
процентов, причем, с возвращением в систему, то есть, с замкнутым
кругооборотом. Это практически безотходная технология.
Эксперимент проверялся на пяти циклах, и кругооборот оказался
устойчивым.
Казалось бы, сегодня такие технологии производственники или
фирмы, думающие о перспективах, должны должны просто "из рук
рвать". Но, поскольку у института нет денег на рекламу, нет и
спроса.
ПРЕДВОСХИЩАТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НЕБЛАГОПОЛУЧИЕ
Известно, что цветение водоемов -- наисложнейшая проблема для
соответствующих предприятий и рекреации. В связи с этим очевидна
актуальность одного из направлений исследований института --
прогнозирования состояния водных экосистем.
Институт разрабатывает физические методы контроля за водными
системами. Это создание зондирующей аппаратуры, использование
флюоресцентных методов, позволяющих оценивать активность
водорослей, разработка специальных экспериментальных методов
исследований взаимосвязей "хищник-жертва," зоопланктон-водоросли.
Все эти эксперименты идут с одной целью -- разработать далее
математические модели, чтобы разобраться в устройстве конкретной
экосистемы, насытить модели экспериментальными параметрами. В
натурных же экспериментах эти данные используются для проверки
моделей -- насколько расчет цветения по сезонам, по пространству
может быть точен. Это задача номер один. Если исследователь сумел
предсказать развитие цветения на базе понимания механизмов,
значит, уже сделал какой-то шаг к управлению экосистемой.
Поскольку в модели заложены факт внешнего воздействия, стоки,
температурные условия, внутренние условия экосистемы, то уже
можно в модели "за веревочки дергать" и смотреть -- уменьшается
или нет цветение водоема, и каким образом его можно уменьшить или
изжить совсем...
Лаборатория биофизики экосистем как раз и занимается выяснением
механизмов длительного сосуществования видов микроорганизмов в
водных сообществах.
И вот эту задачу исследователи лаборатории биофизики экосистем
попробовали решить на одном из водохранилищ. На горно-химическом
комбинате в Железногорске есть реакреационное водохранилище
Кантатское. Попытались рассчитать, как очистить его от цветения.
Сделали очень аккуратно, с предсказанием того, какие уровни могут
ожидаться, что нужно сделать в каждом случае. Модель предложила
варианты сценария изменения управления водоемом, которое должно
было привести к уменьшению цветения.
Лаборатория организовала экспериментальные работы, наблюдения
Красноярского университета с тем, чтобы модели были насыщены
информацией, необходимой для понимания развития цветения. Все это
было сделано около пяти лет назад. Казалось бы, комбинат должен
был ухватиться за метод биологической очистки -- ему предлагалось
несколько вариантов -- и "вылечить" свое водохранилище. Но
контакты прервались. Там была очевидна необходимость переделки
плотины, нужно было делать нижний сток... И главное --
выяснилось, что в проекте-то этот сток был. Вот когда ошибки и
нарушения выскакивают -- через несколько лет! Оказывается, его
просто взяли и забетонировали для экономии средств. Также в
модели предлагалось проводить барботаж водоема, чтобы уменьшить
поток фосфора со дна. Фактически это сводилось к подаче воздуха с
помощью труб в донную область.
В общем, было выстроено несколько сценариев по уровню
экологической эффективности. Сам факт этих предложений для
комбината был очень неожиданным -- они считали, что все проблемы
возникают от стоков ливневой канализации в водоем. А когда ученые
стали разбираться с цветением, вклад этих стоков в цветение
оказался пять процентов. Комбинат же требовал решить задачу
уменьшения этих стоков. Но это было бы неэффективным решением,
потому что отключение стоков можно было сделать только с
огромными затратами. На деле оказалось, что важны донные потоки и
наличие впадающей реки. Но на исследование этих факторов нужно
было дополнительное время... В общем, все осталось, как и было.
Далее пойдет кумулятивный эффект. И скорее всего водоем будет
загублен.
Подобная работа ведется институтом на оз.Шира. Там цветение пока
слабенькое, но поскольку озеро используется в санаторных целях,
имеет большую популярность у населения региона, а реакреационная
нагрузка уже возрастает, то исследователи, заметившие в озере
виды водорослей, которые потенциально могут перейти к цветению,
забеспокоились. Ученые хотят по-крайней мере здесь разобраться до
конца и сделать эту модель "под ключ."
Фактически это означает, что исследователи подошли к тому, чтобы
предвосхищать процессы экологического неблагополучия. Задумались
лет пять назад. Решили, что раз Черное море "закрылось" для
сибиряков, значит, будут больше осваиваться местные базы отдыха.
И понятно, что стрессовое воздействие на природу возрастет. А
поскольку нормативы этого стресса никто особо не изучал, не
вырабатывал, то последствия непредсказуемы. Это собственно и было
одной из причин перемещения на Ширу экспедиционной базы. Можно
сказать, сами выделили социальный заказ.
Возникает, естественно, вопрос, могут ли быть применимы эти
модели на каких-то других водоемах. Тут важен сам опыт работы с
моделью на водоеме. Именно он дает возможность построить модель
на другой конкретный объект. Просто модель каждый раз нужно
настраивать на параметры конкретного водоема, что, естественно,
занимает время... На оз.Шира цветение какое-то глубинное и только
потом выходит на поверхность. Дело в том, что местные озера
никогда не исследовались как устройства, как самостоятельные
экосистемы, ведь традиционно изучалась в основном химия водных
процессов.
Если говорить о финансировании, то сейчас подготовлен грант по
Intex, в котором восемь участников. Это Институт внутренних вод
биологии РАН (микробиология), красноярский Вычислительный центр,
Красноярский Технологический университет (спутниковый контроль),
Томский университет (геология и стоки). С зарубежной стороны:
Испания (Мадридский университет -- цветение озер, специфические
механизмы цветения); Цюрих -- Институт океанологии (механизмы
выделения метаболитов и подавления этими метаболитами других
водорослей); Нидерланды -- исследователи по изучению влияния
зоопланктона на водоросли... И -- наши биофизики со своим
математическим моделированием, сложившимся на основе школы
профессора А.Ляпунова.
Идея проекта заключается в исследовании механизмов цветения -- от
экспериментов через модели к прогнозам. Сложно, конечно, было
согласовать единую линию участников, которые будут работать на
очень разных озерах. Каждый из них включается в работу своими
методами, вкладывая их в общую копилку модели. У всех участников
есть свои оригинальные методы, которыми можно будет -- что очень
важно -- обмениваться.
Еще несколько лет назад такой проект вообще невозможно было
осуществить. Объединить и идеей, и источником финансирования --
это уже достижение нового времени, нового мышления.
Подготовила О. УШАКОВА, "НВС".
стр.
|
