Пришло время представить самые яркие научные результаты красноярских ученых в этом году. Надо отметить, что это оказалось непростой задачей. Я не буду выделять десятку лучших и раздавать места. Решать что лучше — нанотехнологии или сибирская тайга — оказалось для меня непосильной задачей.
Физика
В заголовках работ красноярских физиков четко выделяется несколько доминирующих слов: нано, магнетизм, кристалл. В принципе понятно — это как раз те области, где наши физики сильны.
1. В области создания и исследования кристаллов красноярцы работают много. Показательной работой этого года стал впервые выполненный синтез магниево-железо-серных монокристаллов и описание их свойств. Монокристалл это цельный кристалл. В лаборатории были получены кристаллы такого соединения размером порядка одного сантиметра. А зачем вообще синтезировать новые кристаллы? В физике твердого тела стоит задача поиска новых материалов со специальными магнитными или электрическими свойствами. Например, чтобы ток проводили, или наоборот не проводили, или проводили его по-разному в зависимости от положения или внешних условий. Ранее красноярские же ученые открыли, что проводимость тока у магниево-железо-серных материалов меняется, если их помещать в разное магнитное поле. Чтобы лучше понять природу этого явления и управлять им, и нужны монокристаллы.
Кристалл «выращенный» в домашних условиях на нитке
2. В области нанотехнологий работ было достаточно много. Мое внимание привлекла работа, название которой перевести почти невозможно. В самой упрощенной версии оно будет звучать как «Новые бочкообразные и трубчатые структуры из бора». В работе идет речь о нанообъектах из бора. Один из наиболее распространенных материалов для создания нанотрубок это углерод. В последнее время для этих целей стали использовать бор, и даже алюминий. Интересно, что подобные трубки в зависимости от материала и сложности обладают разной стабильностью и проводимостью. Некоторые ведут себя как металлы, некоторые как полупроводники. Ученые из нескольких институтов Красноярска, Москвы и США с помощью суперкомпьютера рассчитали возможность создания стабильных металлических нанотрубок из бора. Проводимость этих нано структур должна меняться в зависимости от температуры.
Баррелен (бочкообразная структура) из бора. Точками обозначены отдельные атомы.
Химия
В области химии большинство работ наших ученых носит ярко выраженный прикладной характер. Учитывая то количество природных ископаемых, что обнаружены в крае, это объяснимо.
3. Совсем недавно, в Железногорске было презентовано новое производство кремния. Кремний нужное для электронной промышленности вещество. Производство поликристаллического кремния включает целый ряд химических реакций. Для получения кремния можно использовать несколько базовых реакций с водородом, цинком или алюминием. Каждый из этих методов имеет свои недостатки. Ученые Института химии предлагают новый подход к производству кремния. В качестве реагирующего вещества для получения кремния можно использовать соль алюминия и хлора. Ряд расчетов показывает, что продуктивность предлагаемого процесса может достигать 1 килограмма кремния в метре кубическом в секунду.
Кристалл кремния
4. Производство целлюлозы одна из достаточно грязных технологий. У всех на слуху споры по поводу работы ЦБК на берегу Байкала. Люди, знающие как получают бумагу, вспомнят и серу и хлор, которые интенсивно используют в этом производстве. Красноярские ученые предлагают комплексную переработку сырья с использованием экологически чистых технологий окисления и перекисного окисления древесины. Комплексная переработка предполагает, что из древесины получается целый набор полезных продуктов: от целлюлозы до ароматических веществ и биоразрушаемых полимеров. Конечно, представленные результаты получены не за один год. Красноярские химики много работают в этой области. Просто в этой работе представлен широкий спектр возможностей и технологических решений.
Байкальский ЦБК.
Биофизика и молекулярная биология
5. Здесь безусловный лидер исследования в области биолюминесценции. Я уже писал, про это направление в связи с получением в этом году нобелевской премии за близкие работы. Группа красноярских биофизиков в этом году опубликовала несколько статей в этой области. Здесь описание и новых светящихся белков и их структуры. Но работа года это, конечно, описание фиолетового и зеленого мутантов светящегося белка, и их использование для двухцветового иммуноанализа. Цветные мутанты получают направленным изменением структуры белка. В результате они святятся разным цветом. Далее эти мутанты специальным образом «соединяются», для того чтобы быть в одном растворе. А затем такой раствор можно использовать для одновременного анализа двух веществ. В работе приведен пример одновременного теста двух гормонов, регулирующих работу половых желез. Причем такой двухцветный анализ не уступает радиоактивному иммунному анализу, который выполняется для каждого гормона отдельно.
Схема двухцветного биолюминесцентного анализа.
Классическая биология
В области классической биологии нельзя выделить явного лидера. Наиболее интересные работы касаются достаточно глобальных процессов и оценок.
6. Всем животным, в том числе и человеку, для нормального развития нужны незаменимые жирные кислоты. Почему они незаменимые? Потому, что наш организм не может сам их синтезировать. Подобные кислоты могут синтезировать только растения или водоросли. Оказывается, что несколько таких кислот синтезируют только одноклеточные водоросли, причем обитающие в основном в пресных водоемах. В настоящее время показана четкая зависимость между количеством таких кислот в рационе человека и частотой ряда заболеваний. В частности сердечно-сосудистых. К человеку эти кислоты попадают чаще всего с рыбой. А рыба в любом случае получает их только из водорослей. Либо она сама ест эти водоросли, либо ест кого-то, кто эти водоросли съел. В мире очень мало работ, которые оценивают общие запасы таких кислот в конкретных водоемах или регионах. Обзор, опубликованный красноярскими биофизиками в этом году, одна из первых подобных масштабных работ. Причем я знаю — эти работы получили большое развитие и в ближайшем будущем, я уверен, нас ждут яркие результаты.
Диатомовые водоросли — один из наиболее эффективных производителей ряда незаменимых жирных кислот (фото с сайта KP.ru)
7. Споры вокруг причин и последствий глобального потепления не стихают. С одной стороны, за работы в этой области в прошлом году вручена нобелевская премия. С другой стороны, до сих пор много скептиков и противников гипотезы о роли человека в этом процессе. Ученые Института леса одни из самых «продвинутых» в этом вопросе в Красноярске. Совместно с учеными Великобритании, Швеции и Финляндии в этом году они опубликовали данные о динамиках температур и роста годичных колец деревьев за последние две тысячи лет в северной Евразии. И здесь, несмотря на использование детальных данных, нет ясности. С одной стороны, реальное потепление происходит. Причем, скорость этого потепления самая высокая за последние две тысячи лет. Однако вызвано ли оно воздействием человека или естественными причинами непонятно.
Динамика температуры и концентрации углекислого газа за последние 150 лет.
8. Как будто в ответ на эти сомнения биофизики опубликовали модельную работу. В компьютерных расчетах они анализируют прошлое и будущее нашей планеты с учетом глобального потепления и роли человека в этом процессе. С помощью своей модели они показывают, что известное по истории средних веков локальное похолодание в 14—15 веке, могло быть вызвано деятельностью человека. Эпидемия чумы существенно сократила популяцию человека. Большие территории вновь покрылись лесами. Леса потребили углекислый газ из атмосферы. Парниковый эффект уменьшился и температуры понизились. Исторические данные и данные модели очень близки. И эта же модель показывает, что в будущем возможны варианты, когда именно деятельность человека приведет к необратимым изменениям на планете. Если честно, не хотелось бы проверять на себе какая из теорий окажется верной.
На самом деле как мне кажется, еще ряд работ остался за кадром. Совсем не охвачены математики — приношу извинения, но анализ их работ задача слишком сложная. Есть еще много интересных работ у физиков, химиков, биологов и медиков. Но все охватить невозможно. Да и на будущее тогда ничего не останется.
Так, что, подводя итоги года, хотелось бы поздравить всех красноярских ученых с успешным научным годом и пожелать не меньших успехов в наступающем году. Всем читателям science-блога и Newslab.ru желаю новых знаний. Надеюсь, Вам было интересно со мной в этом году и у нас будут темы для общения в будущем.
