О глобальных проблемах - с позиции мировых достижений

Обзор Демидовских чтений (4 февраля 2010 г., УрГУ)
 

...Собравшихся приветствовали ректор УрГУ кандидат исторических наук Д.В. Бугров, председатель Уральского отделения РАН академик В.Н. Чарушин, вице-президент РАН, инициатор возрождения Демидовских премий академик Г.А. Месяц, председатель комитета Государственной думы РФ по науке и наукоемким технологиям академик В.А. Черешнев и министр промышленности и науки Свердловской области А.Ю. Петров. Все они особо отметили и масштаб заслуг «виновников торжества», и качества самой премии, в истории которой начиная с петровской эпохи соединились судьбы Урала и России, крупнейших ученых, литераторов, промышленников-меценатов и строителей государства. В частности, В.А. Черешнев еще раз напомнил девизы двух самых знаменитых уральских родов: «Отечеству принесу богатство, себе — имя» (Строгановы) и «Делами — не речами» (Демидовы). Разве не созвучны они во все времена принципам служения науке и стилю жизни нынешних лауреатов? Хотя… настоящему профессионалу просто необходимо быть убедительным в речах, и в том, что словом нынешние лауреаты владеют вполне, слушатели смогли убедиться незамедлительно.


 

Академик Юрий Моисеевич Каган, автор цикла работ, посвященных кинетике формирования бозе-конденсата и сверхтекучести из первоначально чистого классического газа, назвал свое выступление «Конденсация Бозе-Эйнштейна. Окно в квантовый когерентный мир». Занимательна сама история открытия явления, лежащего, по его словам, в основе физики многочастичных систем. В 1924 г. его впервые описал С.Н. Бозе, занимавшийся статистикой газа фотонов, а А. Эйнштейн, попытавшись применить эту статистику для газа частиц с конечной массой, убедился, что она для этого непригодна. Но можно сказать, что интуитивно он установил: такой газ конденсируется на уровне с нулевой кинетической энергией. По этому поводу между физиками возникла дискуссия, далее в изучение этого явления внесли свой вклад В. Паули, Э. Ферми (появилась «статистика Ферми»), Э. Шредингер и П. Дирак. Качественный прорыв произошел в 1938 г., когда Ф. Лондон связал с конденсацией Бозе-Эйнштейна явление сверхтекучести, а создателем полной теории сверхтекучести стал в 1941 г. Л.Д. Ландау.
 

Лекцию читает академик Юрий Моисеевич Каган.
Фото С. Новикова.

Лишь со временем были разработаны условия для эксперимента, который бы подтвердил накопленный теоретический багаж, а именно — метастабильное состояние вещества, точнее, изучение поведения спин-поляризованного водорода. Был обнаружен неустранимый канал рекомбинации, то есть распада, открывающийся в результате диполь-дипольного взаимодействия. Это подтвердили эксперименты в других лабораториях по всему миру: одно направление исследований было закрыто, зато возникло другое.
 

Возможно, рекомбинацию удалось бы преодолеть, уменьшив плотность газа. Решающую роль в этом сыграли метод лазерного охлаждения, использование сдвига Допплера при резонансном взаимодействии фотонов. С другой стороны, было предложено испарительное охлаждение. Появилась возможность зафиксировать явление Бозе-Эйнштейн-конденсации в изотопах натрия и рубидия. Результаты этих исследований были отмечены Нобелевской премией. Позже в Мюнхене экспериментаторы наблюдали интерференцию потоков частиц, причем оказалось, что каждый такой поток представляет собой атомный лазер. Это открыло новое поле для исследований. Вообще в ходе изучения явления сверхтекучести уже поставлено и ставится в настоящее время множество интереснейших экспериментов, но — с горечью признал докладчик, — сегодня все они ведутся за пределами России, не располагающей соответствующей материальной базой.
 

Академик Юрий Дмитриевич Третьяков прочел лекцию «Морфологическое разнообразие в наноразмерном мире неорганических веществ и материалов».
 

На самом деле наноуровень структуры обнаруживается в любом материале, особенность же собственно наноматериалов в том, что их функциональные и конструкционные свойства определяются именно наноструктурами. Человечество сейчас выходит на шестой — нанотехнологический — уровень развития культуры, напомнил Юрий Дмитриевич, и при этом особенно остро ощущается отставание России. Но о чем можно говорить, если, например, на развитие науки у нас тратится в 120 раз меньше денег, чем в США?
 

Свойства наноматериалов уникальны и определяются не только их составом и структурой, но и морфологией (такими характеристиками, как дисперсность, размерность частиц, анизотропия, поверхностные свойства). В качестве примера был рассмотрен диоксид титана — весьма перспективный многофункциональный материал. Огромную роль в экспериментальном изучении особенностей морфологии играют современные методы — сканирующая, просвечивающая, атомно-силовая электронная микроскопия. Но вновь, как и предыдущий докладчик, Ю.Д. Третьяков подчеркнул, что Россия в настоящее время не располагает необходимой приборной базой (впрочем, руководство «Роснано» обнадеживает, что к 2030 г. наша страна в этой области выйдет на 1-е место в Европе).
 

Любой наноматериал — это термодинамически неравновесная система, эволюционирующая во времени вплоть до определенного момента «смерти». Во многом судьбу материала определяет его конструкция, следовательно — и методы создания наноструктур, среди которых докладчик выделил метод самосборки или самоорганизации, «склонность» к которому заложена в свойствах самих молекул вещества. В частности, с использованием самоорганизации созданы вещества для доставки лекарств внутри организма непосредственно к пораженным органам.
 

Ю.Д. Третьяков представил разработки и изданные по их итогам монографии своих коллег. При этом он особо выделил роль молодых исследователей, создающих новые сорбенты, манганитные катодные материалы, керамические мембраны и нанокомпозиты, нитевидные кристаллы, биокерамику на основе гидроксиапатитов, углеродные нанотрубки — то есть то, что уже сейчас определяет развитие машино- и приборостроения, медицины, систем связи и многих других сфер нашей жизни.
 

Содержание лекции «Геном и старение» лауреата Демидовской премии 2009 г. Алексея Матвеевича Оловникова в основном изложено в его интервью нашей газете (см. «НУ», №2–3 с.г.). «Каждый день уносит частицу бытия», — эти слова А.С. Пушкина он взял эпиграфом к выступлению, где и пошла речь о вполне материальных на самом деле «частицах бытия», уносимых временем — например, в процессе постоянного сокращения длины теломер на концах хромосом, определяющего старение всего организма. Сокращается с течением времени и заданный природой лимит делений клеток — поэтому старение А.М. Оловников назвал «универсальной и необратимой болезнью количественных признаков организма». Кроме того, он отметил важность гормональных изменений и снижения адаптационных способностей, далее вкратце напомнил историю геронтологии, начиная с Аристотеля, также называвшего старение «естественной болезнью».
 

Лекцию читает кандидат биологических наук Алексей Матвеевич Оловников.
Фото М. Новикова.

Продолжающиеся и сегодня споры о сути процесса можно свести к антитезе: направленный это процесс или случайный? Существует ли программа соответствующих изменений в организме? Работая над проблемой концевой недорепликации ДНК, изучая свойства, функции и роль теломер и теломеразы, причем в различных видах клеток — соматических, половых, стволовых, докладчик пришел к выводу о безусловном существовании именно программы старения. Чтобы научиться эту программу корректировать, необходимо с наибольшей точностью определить, какие именно структуры отвечают за ее исполнение. А.М. Оловниковым выдвинута гипотеза о существовании принтомер — внехромосомных линейных молекул ДНК, несущих регуляторные гены. Совокупность принтомер разной специализации он предлагает назвать парагеномом, чьи возрастные изменения, возможно, и соответствуют клеточному старению. То есть, обновляясь в процессе репликации, геном остается «вечно юным», а стареет именно парагеном.
 

Изложенная в достаточной мере специальным языком, эта лекция тем не менее вызвала особый интерес аудитории, судя по наибольшему количеству вопросов, например о связи рассмотренных процессов с перспективами клонирования.
 

Академик Дмитрий Васильевич Рундквист рассказал об актуальных достижениях и дальнейших перспективах металлогении и минерагении как научных дисциплин (прежде всего — в работах ВСЕГЕИ). Новый уровень исследований в этой области подразумевает сосредоточение на изучении крупных и суперкрупных месторождений, а далее — глобальный анализ геологических структур.
 

Успехи отечественной металлогении связаны с именами В.А. Обручева, С.С. Смирнова, А.Д. Щеглова, Л.Н. Овчинникова и других исследователей. Сегодня изменилось само понятие о месторождении — кроме геологических, оно теперь включает экономические характеристики, касается не только залегания, но и извлечения полезных ископаемых. Новые методы извлечения определяют новые типы месторождений. Например, золото предлагается сегодня добывать из фосфоритов, графитовых пород, даже из… дыма, образующегося при сжигании бурых углей.
 

Перспективы металлогении как дисциплины определяются также новейшими открытиями геодинамики, геофизики, петрологии, литологии, развитием глубинного и аэрокосмического поиска, изотопной геохимии. Растет также роль экологической составляющей во всех проектах и в их промышленной реализации. Естественно, встает проблема синтеза всего этого эмпирического материала. Здесь необходимы новые компьютерные технологии, а также унификация языка (как терминов, так и единиц измерения) для работы с базами данных.
 

В совокупности крупные и суперкрупные месторождения содержат подавляющую часть разведанных на Земле запасов. Карта расположения таких месторождений по всему миру позволяет увидеть связь их местоположения с основными разломами между материками и континентами, а также скопления-кластеры, которые можно назвать особыми «узлами», где соседствуют месторождения разных типов. Существуют, таким образом, «живущие» с древнейших времен постоянно активные точки, непрестанно генерирующие различные типы оруднения. Графики, описывающие интенсивность проходящих здесь процессов, позволяют судить о периодах геологической истории (кратных, как выяснилось, длине галактического года), то есть осуществлять периодизацию по металлогеническим данным. «Геогенетический закон», сформулированный во ВСЕГЕИ еще в 1965 г., гласит: онтогенез есть краткое повторение филогенеза. В биологии и геологии, когда дело касается крупнейших периодов развития, действуют общие закономерности.
 

XXI век — век инновационного развития металлогении и минерагении, содружества наук о Земле с математикой, информатикой, экономикой, интеграции науки академической, отраслевой и вузовской. В осуществлении перспективных проектов сейчас задействован 31 институт по всей России. Академик Рундквист напомнил о всероссийских и региональных академических программах и отметил вклад уральских геологов: исследования, ведущиеся Институте геологии Коми НЦ и Институте геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого. Он выделил при этом как направление прежде всего разработку техногенных месторождений. «Думай глобально — действуй локально» — девиз Римского клуба, которым Д.В. Рундквист закончил свое выступление, в полной мере может быть взят на вооружение геологами, занимающимися проблемами определенного региона. Впрочем, и «герои» трех других лекций работают по этому принципу. Да и нельзя сегодня по-другому…
 

Записала Е. ИЗВАРИНА
Фото С. НОВИКОВА