Университет открывающий

Есть ли атмосфера на Осирисе? Как создать материал прочнее алмаза? Почему птицы любят одних сородичей и игнорируют других? На эти и другие вопросы ученые из МГУ искали ответы в последнее время

Елена Кудрявцева, Дина Юсупова

В канун юбилея главного вуза страны "Огонек" присмотрелся к ярким научным открытиям, отмеченным публикациями в ведущих мировых журналах.

Лекарство в кишечнике

Микробиом человека — целый комплекс микроорганизмов, в основном бактерий и грибов, который живет внутри нас. В последнее время стало известно, что он не просто помогает в переваривании пищи, как считалось ранее, но активно формирует иммунную систему и даже центральную нервную систему человека.

Международная группа ученых, включая российских биологов Андрей Круглова из НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ и руководителя исследования завкафедрой иммунологии биофака МГУ Сергея Недоспасова, изучила особую форму белка лимфотоксина, назначение которой до сих пор было неизвестно. Ученые доказали, что она регулирует выработку в кишечнике иммуноглобулинов A (IgA) — антител, которые участвуют в защите организма от различных патогенов. Результаты этой важной работы были опубликованы в журнале Science.

Так же ученые выясняли, влияет ли уровень этой формы белка на состав микрофлоры. Для этого в исследовании использовались генетически модифицированные мыши, созданные в лаборатории Недоспасова около 10 лет назад. У них в организме определенные виды клеток не производят лимфотоксин. Изучение ДНК микрофлоры в кишечнике этих мышей показало, что она сильно отличается от микробиоты обычных мышей. По мнению Круглова, результаты этого исследования можно использовать для создания новых способов лечения.

— В мире набирает популярность лечение заболеваний желудочно-кишечного тракта и дисбактериоза с помощью пересадки микрофлоры здоровых людей,— рассказывает он.— Следующим важным шагом будет являться контроль микробиоты людей, и наше исследование описывает механизмы контроля.

Круглов считает естественным то, что сотрудники МГУ участвуют в актуальных научных открытиях.

— МГУ славится качественным фундаментальным образованием, но есть сильные стороны и в науке,— говорит он.— Это эффективный менеджмент, высокая квалификация работников и хорошая материально-техническая база. К сожалению, в России не создана инфраструктура для эффективного занятия наукой. Одна из главных проблем — нет механизмов по быстрому получению расходных материалов. Если в Европе получение реагента занимает неделю, то в России может затянуться на месяцы. Получается, что уже на этом этапе мы проигрываем конкуренцию. Нужно создать либо отечественные предприятия, производящие больше количество реагентов, либо механизмы по их эффективному импорту.

Поправка на ветер

Наша Солнечная система движется в межзвездном пространстве немного медленнее, чем думали раньше. Неожиданные факты, полученные два года назад международной группой ученый, включающей сотрудников МГУ, переполошили научный мир. Статья с результатами работы была напечатана в престижном журнале Science. Чтобы вычислить скорость движения Солнца, ученые анализировали данные спутника IBEX — этот аппарат изучает самый край нашей Солнечной системы, где плазма солнечного ветра взаимодействует с межзвездной средой.

— Мы выяснили, что скорость межзвездной среды относительно Солнца на 2-3 км/с меньше, чем предполагалось ранее,— рассказал "Огоньку" один из авторов работы профессор механико-математического факультета МГУ Владислав Измоденов.— Эта публикация получила серьезный резонанс в прессе, скоро стали выходить статьи, в которых уже использовалась "новая" скорость межзвездной среды. Стали появляться интерпретации, связанные с временными изменениями параметров межзвездной среды и т.д. Нам же было сразу ясно, что эта "новая" скорость не согласуется с данными, полученными ранее на космических аппаратах Ulysses и Hubble Space Telescope. Чтобы это доказать, мы связались с американскими коллегами и попросили необходимые нам данные с аппарата Ulysses. Ольга Катушкина, в то время моя аспирантка (сейчас она защитила диссертацию и уехала на учебу во Францию), разработала модель, позволяющую вычислять потоки межзвездных атомов в гелиосфере и сравнивать результаты модели с данными разных аппаратов. В результате она доказала, что "новое" значение скорости противоречит данным Ulysses. А сейчас мы вместе с французскими соавторами опубликовали еще одну статью (Vincent et al, ApJ 2014), которая показывает, что "новая" скорость противоречит данным, полученным на Hubble Space Telescope. 

Сегодня этим противоречием занимаются ученые разных стран. В том числе и в МГУ. Рассуждая о науке в России, профессор уверен, что достичь успеха можно и здесь.

— Сильная сторона образования механико-математического факультета — его фундаментальность,— говорит Владислав Измоденов.— Мы хорошо учим основам математики и механики, а без этого никак нельзя в науке. На научных семинарах в основном обсуждаются постановки задач, обоснованность тех или иных предположений, то есть самый фундамент. Мотивированные студенты могут получить на мехмате образование самого высокого уровня. Выпускников мехмата, кстати, охотно берут в Оксфорд, Бостонский университет, лаборатории NASA и французский CNRS.

Но именно мотивированности, по словам профессора, современным российским студентам не хватает. Нет нацеленности на работу в России, так как считается, что наука у нас сильно отстала от западной, а зарплаты преподавателей и научных сотрудников не могут конкурировать с зарплатами в банках, куда, кстати, выпускников мехмата берут весьма охотно. "Отсутствие здоровой конкуренции приводит к постоянному снижению среднего уровня студентов, а это сказывается и на уровне сильных мотивированных студентов,— говорит Владислав Измоденов.— Еще одной проблемой МГУ в целом и мехмата в частности является некая несовременность и нерасторопность системы управления. Из-за этого, на мой взгляд, мехмат (и университет в целом) теряет часть научно-мотивированных абитуриентов, которые поступают вместо мехмата в другие места, например на математический факультет Высшей школы экономики.

Сейчас группа Измоденова занимается разработкой сложных кинетико-магнитогидродинамических моделей для описания астрофизических явлений.

— Основной областью применимости наших программ является внешняя гелиосфера,— рассказывает Владислав Измоденов.— В этой области у нас приоритет. Еще в 1970 году мой учитель профессор нашей кафедры В.Б. Баранов вместе с К.В. Краснобаевым (сейчас заведующий кафедрой) и А.Г. Куликовским (профессор МГУ, академик РАН) разработали относительно простую модель взаимодействия "солнечного ветра" с межзвездной средой, которая стала классической. Сейчас я как раз пишу статью, в которой описывается наша последняя модель этой области. Модель сложная, поэтому расчеты проводим на суперкомпьютерах МГУ.

Птичий язык

Ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова и Института Ирхеля в Цюрихе впервые в мире сумели выделить пение каждой птицы в общем гомоне одного вида. При этом не важно, насколько близко в этот момент находятся птицы, как громко и слаженно они поют. До сих пор сделать что-то подобное можно было только для рукокрылых — летучих мышей. Но с птицами, у которых совсем иной частотный диапазон, это не удавалось. Между тем решение этой задачи позволяет разобраться в сложных социальных отношениях пернатых, которые зачастую выражают свое отношение к соплеменникам через песню. Статья с результатами была опубликована в журнале Nature Methods.

Объектом исследования ученых стали зебровые амадины — небольшие певчие птицы. Технология основана на применении особых миниатюрных электронных устройств — логгеров. Обычно с их помощью снимают показания электрической активности мозга или даже групп нейронов, но в этом случае записывали звук. Логгеры настолько малы, что птицы носили их на спине и при этом вели привычную для себя жизнь.

— Мы получили подтверждение применимости нашей методики для разделения птичьих голосов,— рассказал "Огоньку" участник работы старший научный сотрудник кафедры высшей нервной деятельности биофака МГУ Виктор Анисимов.— А также проследили взаимодействие между отдельными птицами.

Оказалось, например, в группах зебровых амадин есть тесные связи между отдельными птицами (причем не только между детьми и родителями), при этом некоторые пары птиц вообще не общаются друг с другом.

— Нашу методику можно использовать в изучении особенностей поведения животных,— поясняет Анисимов,— особенно тех, которые имеют небольшие размеры и вес, в условиях, приближенных к естественным.

Вообще, выполнение этой работы стало возможно благодаря дружбе между кафедрой высшей нервной деятельности биофака МГУ и швейцарскими коллегами.

— Сегодня наука становится мировой в полном смысле этого слова,— говорит Анисимов.— Посмотрите, какие многонациональные коллективы пишут статьи в самые известные научные журналы, причем коллективы, создающие науку, часто представлены разными учреждениями и странами. МГУ интегрируется в общий тренд. И я не вижу непреодолимых проблем в том, что российские вузы по советской традиции не имеют склонности к организации научных центров при университетах. Большой плюс образования в МГУ в том, что это образование, которое призвано дать человеку научную основу представлений об окружающем мире, сформировать базу, на которой может получить развитие любая современная научная работа.

Магнитный щит

Планета Осирис (HD 209458b), раскаленный газовый гигант, чем-то похожий на Юпитер, вращается вокруг своей звезды HD 209458 по очень близкой орбите. Год здесь длится всего 3,5 земных дня. Осирис находится в чрезвычайно удаленном от нас созвездии Пегаса. В 2014 году сотрудники Института космических исследований Австрийской академии наук смогли оценить магнитное поле Осириса, и для этого им пригодились достижения ученых из МГУ. Дело в том, что обычным способом измерить магнитной поле столь далекого объекта невозможно, для этого нужны соответствующие математические модели, которые нужно совместить с данными наблюдений.

Ученые из НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ разработали такую универсальную модель магнитосферы для планет нашей Солнечной системы, а затем вместе с австрийцами — для планет за пределами нашей галактики. Результаты работы опубликованы в статье в Astrophysical Journal и в недавно вышедшей монографии Characterizing Stellar and Exoplanetary Environments, выпущенной издательством "Шпрингер" в 2015 году.

Магнитное поле Земли защищает нашу атмосферу от "солнечного ветра" — потока частиц, способных захватывать и уносить с собой молекулы газовой оболочки планеты. На Осирисе тоже есть атмосфера. С помощью космического телескопа "Хаббл" было установлено, как свет звезды поглощается атмосферой Осириса, и оценена форма облака горячего атомарного водорода, которое ее окружает. В результате удалось доказать, что магнитосфера Осириса совсем невелика — размером всего в 2,9 радиуса планеты.

— Предложенный метод может работать для любой планеты, в том числе для планеты земного типа, при условии наличия протяженной оболочки высокоэнергичного водорода,— рассказал "Огоньку" сотрудник отдела излучений и вычислительных методов НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ Максим Ходаченко, который участвовал в российских работах, а также и в австрийском исследовании.

Ходаченко около 10 лет занимается экзопланетами и сейчас продолжает исследования физических процессов в их магнитосферах. В работе одновременно участвуют и физики, и специалисты компьютерного моделирования.

— Благодаря заинтересованной дискуссии внутри проекта рождаются и развиваются новые идеи,— говорит Максим Ходаченко.— Совместная работа ученых из разных научных коллективов, нацеленных на рассмотрение общей задачи, способствует и ее решению, и снижению градуса "профессиональной ревности".

Выпускники МГУ, по мнению Ходаченко, в сравнении с зарубежными сверстниками довольно конкурентоспособны, так как у них хорошая научная база. Широко обсуждаемая в наше время проблема оторванности образования от науки в России, по мнению физика, работавшего в разных странах, не является сугубо национальной. Подобные проблемы есть и в Австрии, и в Великобритании.

— Качественное и глубокое фундаментальное образование,— говорит Ходаченко,— это важный и необходимый фактор эффективной научной деятельности, залог широкого научного кругозора современного ученого. Не всегда получение такого образования легко совмещается с активной трудовой деятельностью. В то же время практический аспект в фундаментальном академическом образовании недооценивать нельзя. Я считаю, что в России во всех этих отношениях заключен богатый потенциал, есть выдающиеся научные школы и яркие умы. Надо только дать им возможность реализовываться.

Из чего сделано будущее?

Фуллерены — молекулярная форма углерода. За их открытие дали Нобелевскую премию, и с тех пор ученые самых разных направлений именно на фуллерены возлагают большие надежды. Молекула фуллеренов С60 похожа на футбольный мяч: она состоит из атомов углерода, связанных в прочный каркас с пяти и шестиугольными гранями. Внутри такой молекулы — пустота, так что это такой своеобразный наноконтейнер. Еще одна важная особенность фуллеренов в том, что они легко присоединяют другие атомы и образуют вещества с принципиально новыми свойствами. То есть в будущем их можно будет использовать для создания материалов с заданными параметрами.

— В 90-е годы, когда я начал заниматься фуллеренами, фуллереновый бум был в самом разгаре,— рассказал "Огоньку" профессор химического факультета МГУ Сергей Троянов.— Всем казалось, что будут скорые открытия и немедленная польза. Многие открытия состоялись, а вот польза (в узком смысле) заставляет себя ждать. Тем не менее обещающими областями применения соединений фуллеренов являются преобразование солнечной энергии и медицина. Так называемые эндоэдральные фуллерены (с атомами металла внутри), скорее всего, найдут использование в медицинской диагностике.

В 2014 году профессору Троянову и его коллегам из Китая и Германии удалось синтезировать уникальный хлорированный фуллерен С96. Химики подробно исследовали новые молекулы с помощью синхротронного рентгеновского излучения. В итоге они получили детальные данные о строении и описали, как именно происходит процесс превращения. Результаты работы опубликованы в престижном химическом журнале Angewandte Chemie

— Область моих научных интересов лежит главным образом в химии высших фуллеренов с числом атомов углерода С76 и выше, включая "гигантские" — выше 100,— рассказывает профессор Троянов.— Нам удалось открыть "скелетные" перегруппировки в соединениях высших фуллеренов с хлором, когда в углеродном каркасе (скелете) меняется расположение связей (ребер) или происходит удаление одного или нескольких ребер. Это оказалось неожиданным и важным для науки.

Профессор Троянов считает, что преимущества университетского образования 50 лет назад, когда он пришел в аспирантуру МГУ, и сейчас одни и те же,— в МГУ преподают ведущие ученые, дает студентам и аспирантам широкий кругозор для их последующей научной деятельности. "В последние годы общий уровень учащейся молодежи несколько снизился, - говорит профессор.- Несмотря на это, выпускники МГУ и сейчас имеют хорошие шансы на трудоустройство в научном учреждении и в России и вне ее пределов".

Потушить инфекцию

Пиелонефрит — воспаление почек — обычно лечат антибиотиками, но сотрудники НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ нашли более универсальный способ избавиться от этого инфекционного заболевания. Все дело в том, что при любом воспалении иммунная система, призванная бороться с инфекцией, может войти в состояние гиперактивации и начинать убивать собственные клетки, тем самым сильно утяжеляя течение болезни. Важную роль в этом вредном процессе играют митохондрии: в них резко повышается выработка активных форм кислорода, что губит клетки.

Ученые из Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ создали антиоксидант, который гасит окислительный "пожар" внутри митохондрий. Вещество SkQR1 способно проникать сквозь мембраны митохондрий.

В ходе экспериментов 80 процентов крыс с тяжелым поражением почек выжили и хорошо себя чувствовали после применения SkQR1. В контрольной группе погибли почти все животные.

— Если провести клинические исследования, можно получить лекарство, которое позволит справиться с пиелонефритом и его смертельно опасными последствиями без антибиотиков,— рассказал "Огоньку" руководить проекта, завотделом функциональной биохимии биополимеров Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, действительный член Европейской академии (Academia Europaea) Дмитрий Зоров.

Результаты работы были опубликованы в престижном научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS) — это большая редкость для российских коллективов ученых.

— Бывает, российским ученым отказывают в публикации только из-за плохого английского — рассказывает Зоров, у которого проблем с языком нет: сейчас он в США в Национальном институте старения, куда регулярно приезжает для исследований митохондрий при патологиях сердца.— Исправить ситуацию можно, например, пригласив ученых, которые уехали из России в 1990-е и добились серьезных результатов в науке — многие готовы работать в России.

Этот шаг, по мнению Зорова, в принципе может оживить нашу науку, которая сегодня по индексу цитирования находится на очень низком уровне. Ученые, работающие в западных странах, могут привнести свой опыт, помочь привлечь дополнительные средства на исследования, а главное — обновить коллективы, состав которых иногда не меняется десятилетиями.

— МГУ в отличие от большинства НИИ до сих пор держится на высоком уровне и развивается именно благодаря динамичной структуре,— считает Зоров.— В университет по-прежнему идут лучшие. Развитие МГУ идет, в частности, экстенсивное: за последние годы появилось много факультетов и институтов пока непонятной научной и образовательной ценности. Но очевидно, что у двух молодых факультетов — фундаментальной медицины и биоинформатики и биоинженерии — большой потенциал. Для того чтобы и в мировом масштабе стать передовым современным вузом и научным центром, МГУ нужно многого достичь. Надо приглашать ведущих ученых читать лекции и вести проекты, повысить уровень английского языка у студентов и преподавателей, чтобы они могли легко общаться с коллегами из других стран, а вообще в стране надо поставить финансирование ученых в зависимость от индекса их цитируемости, которая означает международное признание.