От многоклубневого картофеля до пульсаров: названа десятка ярких научных работ 2024 года

«Московский комсомолец» вместе с тематическими отделениями РАН отобрал наиболее интересные разработки и открытия

Год трехсотлетия Российской академии наук наши ученые отметили достойно: разработали ценные приборы и программное обеспечение, методы лечения ранее неизлечимых заболеваний, новые сорта пшеницы, картофеля и многое другое. Под занавес 2024-го года мы решили составить свой рейтинг самых интересных работ.

Астрофизика. Обсерватория Спектр-РГ. Фото: strana-rosatom.ru

Астрофизика. Новый маяк Вселенной

Новый экзотический объект в нашей Галактике открыли сотрудники Института космических исследований РАН (ИКИ) с помощью телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского на космической обсерватории «Спектр-РГ». Это нейтронная звезда – ярчайший аккрецирующий (наращивающий массу) рентгеновский пульсар, подобные которому открывали лишь три раза за всю историю наблюдений. 

Открытие произошло в феврале 2024 года. Источник назвали SRGA J144459.2-604207 (или короче – SRGA J1444). Ученых впечатлила яркость его рентгеновского излучения – она достигала 100 милиКраб, и частота регистрируемых пульсаций – 447,8 Гц. Это значит, что вращается нейтронная звезда вокруг своей оси с чудовищной скоростью – делает почти 448 оборотов в секунду! И это при массе  порядка солнечной и диаметре около десятка километров.

?ЭСправка «МК». Краб – (помимо ракообразных) это единица, в которой астрофизики измеряют яркость рентгеновских источников. Такое обозначение позаимствовано от Крабовой туманности – одного из самых ярких и постоянных объектов на рентгеновском небе.

 Пульсары — это объекты, излучение которых содержит строго периодический сигнал, иногда их называют маяками Вселенной. Пульсары с периодами менее 1-10 секунд представляют из себя быстровращающиеся нейтронные звезды и проявлять себя они могут на различных длинах волн: в радио-, рентгеновском или гамма- диапазоне. На сегодняшний день уже открыто несколько тысяч радио- и гамма-пульсаров и известно всего несколько сотен рентгеновских. И среди последних, есть совсем немногочисленный класс – рентгеновские аккрецирующие миллисекундные пульсары. Если подавляющее число пульсаров являются «одинокими бродягами», то эти состоят из быстровращающейся нейтронной звезды, подпитывающейся веществом от звезды-компаньона.

– Открытый нами пульсар как раз относится к двойным аккрецирующим системам, – поясняет автор открытия, старший научный сотрудник Института космических исследований РАН, кандидат физико-математических наук Сергей Мольков. – Пару ему составляет обычная звезда, которая, несмотря на стандартные, звездные размеры имеет массу существенно меньше, чем релятивистский компаньон. Помимо высокочастотных пульсаций в излучении мы также зафиксировали на пульсаре около 19 термоядерных рентгеновских вспышек (взрывообразное горение вещества, накапливающегося на поверхности нейтронной звезды при аккреции), причем они появлялись «строго по расписанию», примерно раз в два с половиной часа. Богатый наблюдательный материал позволил нам определить как геометрические параметры системы, так и физические свойства, включая химсостав аккрецируемого вещества.

По словам ученого, за все время наблюдения за звездами ученые открыли около 20 быстровращающихся аккрецирующих рентгеновских пульсаров. Среди них выделяются 10 пульсаров, излучающих термоядерные вспышки, а уже среди них существует только четыре пульсара (включая открытый SRGA J1444), на которых эти термоядерные вспышки происходят регулярно. Ученые продолжают наблюдение за этим объектом.

Физика. Безопасный, экологичный и экономичный реактор

Монтаж реакторной установки первого в мире абсолютно безопасного и экологичного энергетического реактора начали российские ученые в январе 2024 года в городе Северске Томской области. Он называется «БРЕСТ-ОД-300» (Быстрый реактор естественной безопасности со свинцовым теплоносителем).

На этом реакторе будет реализован трехступенчатый цикл воспроизводства ядерного топлива. Кроме экономии урана, от такого реактора почти не будет радиоактивных отходов, которые появляются после работы других реакторов.

Физика. В Северске завершен первый этап монтажа корпуса реактора БРЕСТ. Фото: Росатом

Вместо пожароопасного натрия теплоносителем в нем будет негорючий свинец. Однако его, имеющего свои особенности, еще надо было «укротить». Сложнейшая физика свинца покорилась группе исследователей из Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники (НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля) и их коллегам из других научных организаций. Проект по созданию нового опытно-демонстрационного реактора БРЕСТ-ОД-300 на свинце назвали «Прорыв», возглавил его бывший министр по атомной энергии РФ Евгений Адамов.

В БРЕСТ-ОД-300 предполагается впервые в мире реализовать замкнутый ядерный топливный цикл на одной площадке: рядом с реактором появится завод по производству нового топлива. Это будет уран-плутониевое топливо, изготовленное из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Выгруженное ОЯТ будет переработано тут же на площадке в Северске и направлено на изготовление свежего топлива. Это и называется замыканием цикла, и его можно повторять бессчетное количество раз.

Математика.  ЭКГ проанализирует ИИ

Ускорить постановку диагноза по показателям электрокардиограммы (ЭКГ) поможет искусственный интеллект, а точнее комплекс его моделей, методов и алгоритмов с приложением к медицинским задачам. Его разработали в Институте системного программирования им. В.П. Иванникова РАН.

– Речь идет о диагностике патологий по ЭКГ, – объясняет один из авторов работы, научный сотрудник ИСП РАН Арам Аветисян. – Наш комплекс разрабатывался на базе машинного обучения, как и многие другие программы автоматического анализа. Мы обучали нейросетевые модели правильно анализировать «сырые» данные, то есть сами сигналы, поступающие при съеме показателей сердечной деятельности. Первичной базой для анализа стали данные более 200 тысяч пациентов, обратившихся за помощью в больницы и поликлиники, что позволило нам получить высокие показатели чувствительности и специфичности.

Разработанные в ИСП РАН модели продолжают обучаться и дальше. Сейчас в их «багаже знаний» имеются данные о более чем 1,5 миллионах диагнозах по ЭКГ. Этому помогла договоренность с медиками Татарстана и Великого Новгорода, которые в течение последних лет делились с программистами своими данными. В итоге сейчас комплекс представляет собой устойчивую модель диагностики, которая была успешно испытана в Национальном медицинском исследовательском центре имени В.А. Алмазова.

Обучив систему работать на данных из различных источников, мы получили устойчивую модель, которая уже сейчас определяет одиннадцать сердечных патологий, – говорит Арам Аветисян. – Это очень серьезный результат: теперь клиники могут использовать наш комплекс, не передавая нам данные своих пациентов. Комплекс работает без дополнительного вмешательства и анализирует поступающие данные самостоятельно, при этом непрерывно развиваясь.

Медицина.   «Лечение» донорского органа

Уникальную методику для «лечения» донорских органов разработали и внедрили в практику в Национальном медицинском исследовательском центре трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова. Первые операции с ее применением были успешно выполнены в 2024 году.

В России ежегодно делают более трех тысяч трансплантаций органов. Количество таких операций каждый год растет, но и потребность в них увеличивается. Основная проблема – недостаточное количество донорских органов, которые могут быть пересажены смертельно больному человеку.

Инновационная российская разработка позволяет оценивать и улучшать работу органа еще до выполнения трансплантации, чтобы он успешно работал в теле реципиента – того, кому орган будет пересажен.

Метод основан на использовании трех составляющих: специального раствора, оригинальной аппаратной установки и комплекса мер, направленных на восстановление. Во время процедуры врачи помещают орган в установку, которая прогоняет через него раствор на основе альбумина человека, и выполняют необходимые манипуляции.

– Перфузия для восстановления донорских органов используется и за рубежом. Но наш метод отличается рядом особенностей, которые позволяют повышать эффективность восстановления, – говорит директор Центра Шумакова Сергей Готье. – В частности, у нас используется оригинальная аппаратура, а также растворы, которыми заполняется кровеносное русло – они содержат новые компоненты, положительно влияющие на состояние клеток. Суть в том, что ухудшающееся состояние органа связано с повреждением его клеток, а точнее, мембраны, которая держит клетку, словно каркас. Для того, чтобы эти мембраны как можно дольше выполняли свою функцию, их и приводят в порядок перфузией со специальными веществами.

Справка «МК». Клеточная мембрана – это оболочка клетки, ограждающая ее от внешней среды и регулирующая их взаимообмен.

Несколько перфузий донорской печени были успешно выполнены уже в этом году. Чтобы прогнозы были еще лучше, врачи использовали не один, а два вида перфузии последовательно: гипотермическую (с использованием раствора низкой температуры) и нормотермическую (с применением раствора, соответствующего температуре тела человека).

Благодаря новой методике врачи смогут увеличить количество трансплантаций пациентам, которые нуждаются в этой высокотехнологичной помощи, и повысить доступность этой помощи, а значит – спасти еще больше жизней.

Медико-биологическое направление. Болезнь Бехтерева побеждена       

Коллектив ученых под руководством академика РАН Сергея Лукьянова, и члена-корреспондента РАН Дмитрия Чудакова разработал уникальный препарат для лечения болезни Бехтерева.

Аутоиммунные заболевания – разнородная по клиническим признакам группа неизлечимых, постоянно прогрессирующих болезней. Ими страдают около 10% населения. Это сахарный диабет I типа, рассеянный склероз, системная красная волчанка, псориаз и большая группа спонгилоартритов, таких как болезнь Бехтерева.

Эти заболевания объединяет общий патологический механизм – атака иммунной системы на собственные ткани организма. При этом в организме поддерживается популяция агрессивных иммунных клеток памяти, которые вызывают все новые приступы болезни.

Терапия аутоиммунных заболеваний (антицитокиновая терапия), до недавнего времени, была основана на прерывании воспалительного процесса. Но поскольку она базировалась на угнетении иммунной системы, всегда оставался риск развития тяжелых инфекций (таких как туберкулез). К тому же, она не позволяла достичь полноценной ремиссии (исчезновения симптомов), так как не влияла на первопричину заболевания – агрессивные Т-лимфоциты.

Коллективом ученых Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова Минздрава России, совместно с учёными из других институтов была разработана оригинальная стратегия прицельного уничтожения тех самых агрессивных иммунных клеток – аутореактивных Т-лимфоцитов. Это позволило создать инновационный препарат для лечения тяжелого инвалидизирующего заболевания — болезни Бехтерева. Он является «первым в классе», направленно устраняющим первопричину заболевания без системного подавления иммунитета и позволяет достичь полноценной ремиссии у пациентов.

24 апреля 2024 года Министерство здравоохранения РФ выдало на препарат регистрационное удостоверение.

Сельскохозяйственная наука. «Сильные» пшеница и картофель

Российские селекционеры из Национального центра зерна имени П.П.Лукьяненко» вывели новый сорт озимой мягкой пшеницы с высоким потенциалом урожайности (до 14 тонн зерна с 1 гектара). Он назван в честь 300-летнего юбилея Российской академии наук, который страна отмечала в 2024 году – «РАН300».

 Кроме максимальной урожайности сорт озимой мягкой пшеницы отличается высокой зерновой продуктивностью, соответствуя классу сильных сортов пшениц. 

Справка «МК». Сильная пшеница содержит белка не менее 15%, клейковины не менее 28%. Ценная пшеница: белка – не менее 13-14%, клейковины –  не менее 28%. Слабая пшеница: белка —  не менее 11%, клейковины – не менее 25%.

Содержание белка в «РАН300» – до 15,5 процентов, клейковины – до 32,0. Сорт также отличается высокими показателями времени образования и устойчивости теста, высоким объемным выходом хлеба и общей хлебопекарной оценкой (4,3-4,6 балла). Масса 1000 зерен «РАН300» – 45-56 грамм, что на 15-20 процентов превосходит стандартный сорт.

По словам разработчиков, новинка относится к полукарликовым сортам (средняя высота – 81 см), высокоустойчивым к полеганию. Селекционеры отмечают его стойкость к засухе, жаре и сильным морозам. Неподвластен он и ряду заболеваний: бурой, желтой ржавчине, мучнистой росе, вирусам, умеренно устойчив к стеблевой ржавчине и грибковому заболеванию – септориозу.

Другой коллектив, из «Федерального исследовательского центра картофеля им. А.Г. Лорха» порадовал совершенным сортом столового картофеля «Добрыня». Он считается многоклубневым – количество клубней под его кустом доходит до 23-30 штук, при этом масса одного клубня доходит до 130 (!) грамм. Урожайность у «Добрыни» –  до 60 тонн с гектара. При этом картофель обладает отличным вкусом, не темнеет ни в свежем, ни и вареном виде. Сорт устойчив к раку и золотистой цистообразующей картофельной нематоде. Ученые предлагают выращивать его в Центральном, Центрально-Черноземном, Волго-Вятском, Средневолжском регионах России.

Химия. Полимерные пленки –  сенсоры

Пленки-сенсоры для определения вредных веществ разработаны сотрудниками Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН и Новосибирского государственного университета.

Химия. Полимерные тест-пленки. Предоставлено ИНХ СО РАН.

Развитие промышленности и сельского хозяйства привело к росту содержания загрязнителей в воде, почве, воздухе, в продуктах питания. Перед учеными стоит задача разработки таких тест-систем, которые позволяют без использования сложного лабораторного оборудования легко и просто определять присутствие опасных веществ где угодно.

Группой ученых под руководством доктора химических наук Владимира Федина

как раз и были разработаны такие высокочувствительные и в то же время простые в использовании люминесцентные сенсоры-пластинки для определения вредных веществ. 

 Люминесценция – это хорошо известное явление, которое означает способность некоторых материалов светиться при воздействии света, например, дневного или ультрафиолетового. Исследователи предложили использовать специально сконструированные металл-органические полимеры, работающие на этом принципе. К примеру, полимер на основе редкоземельного металла тербия проявляет чувствительный люминесцентный отклик на катионы ртути в воде и на широко используемые в птицеводстве антибиотики сульфадиазин и офлоксацин. 

– Наш сенсор позволяет регистрировать низкие, в два раза меньше допустимых для ртути и в 800 раз ниже допустимых для антибиотика концентрации опасных веществ, – говорит Владимир Федин. – Поэтому его можно использовать для контроля безопасности почв, водоемов и продуктов питания. Для того, чтобы проверить содержание ртути в воде, надо просто погрузить в сосуд с ней тест-пластинку. Если она поменяет цвет, значит, в жидкости есть ртуть. Чтобы проверить  мясо на содержание антибиотиков, надо просто приложить к нему нашу пластинку. 

Важно, что применение сенсоров не требует дорогостоящего оборудования.

Общественные науки. Что говорят о России на Востоке

Неожиданный резонанс получил сборник, подготовленный в Институте научной информации по общественным наукам РАН (ИНИОН), посвященный отношению к России в странах Востока: «Россия в учебниках истории стран Ближнего и Постсоветского Востока, Китая» под редакцией доктора политических наук, доцента Владимира Аваткова.

Общественные науки. Монография ИНИОН РАН.

В сборнике представлены рефераты учебников истории для средних и высших учебных заведений Азербайджана, Узбекистана, Казахстана, Киргизии, Таджикистана, Турции, Ирана, Израиля, Египта, Туниса и Китая.

– Все обозреваемые учебники наших восточных соседей, естественно, изданы на их родных языках, – комментирует данную работу директор ИНИОНа Алексей Кузнецов. – Проштудировав их, мы пришли к выводу, что кроме китайцев и киргизов хорошо о нас, по большому счету, не говорит никто… Тунис, правда, добавил две положительные фразы в наш адрес: что наша страна не участвовала в колониальном разделе XIX века и способствовала борьбе с колониализмом в XX веке, и это – все! Если Египет, долгое время находившийся под влиянием англичан, просто повторяет то, о чем говорится в западных учебниках,  то наиболее близкие к нам Азербайджан, Узбекистан, Таджикистана, Казахстан неприятно, мягко говоря, удивили.

  Интересно, что даже Израиль не учит своих детей тому, что именно наша страна играла основную роль в создании государства Израиль. Зато в их учебниках истории очень подробно рассказывается об антисемитизме Российской империи, антисемитизме советских времен и т.д.. 

  По словам Алексея Кузнецова, эта работа – лучшее, что было в этом году, с точки зрения прикладного значения. Работа активно обсуждалась в Госдуме и в Совете федерации. Она станет хорошим пособием для понимания отношений к России для политологов, историков, социологов и государственных деятелей.

Нанотехнологии. Как ускорить Wi-Fi-сеть

 Российские ученые придумали, как улучшить работу сетей Wi-Fi. Об этом  в декабре сообщили в РАН. Метод сотрудников Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН основан на «сжатии» «технической», дополнительной информации о состоянии беспроводного канала связи, которая передаётся по Wi-Fi-сетям от подключённых устройств к точке доступа. 

Быстрая передача данных по сетям Wi-Fi обеспечивается технологией передачи сигналов от передатчиков приемникам – MIMO (от англ. multiple-input and multiple-output). При этом устройство Wi-Fi должно периодически «сообщать» своей точке доступа о состоянии беспроводного канала, например, о том, как сигнал отражается от окружающих объектов в помещении. И такие сообщения, которые могут «весить» до нескольких тысяч байт, «съедают» качество и скорость передачи основных, пользовательских данных.

  Новый алгоритм, созданный учеными ИППИ РАН, уменьшает объём передаваемых данных о состоянии канала связи примерно на 50 процентов. Он основан на том, чтобы отправлять точке доступа не результаты последовательных измерений, как это делалось раньше, а только различия между отдельными измерениями. 

Эксперимент с использованием многоантенной WI-Fi станции, при котором записи обрабатывались с помощью нового метода сжатия, подтвердил теоретические предположения ученых. По словам научного сотрудника лаборатории беспроводных сетей института Ильи Левицкого, новый подход к сжатию информации повысит качество многопользовательских сетей  Wi-Fi

Археология. История фресок

Одним из важных научных достижений 2024 года стала монография коллектива Института археологи РАН «Росписи Георгиевского собора Юрьева монастыря: археология и искусство». Она обобщила результаты 10-летнего проекта по исследованию домонгольских фресок собора в Новгороде. 

Археология. Фреска из Георгиевского собора Юрьева монастыря.

 В книге представлены результаты комплексных исследований и каталог фрагментов фресок собора, созданных в 1119 году и сбитых при обновлении интерьера собора в середине XIX века. 

 Исследование  началось в 2013 году, когда  архитектурно-археологический отряд института в ходе работ в Георгиевском соборе обнаружил коллекцию фресок. В ходе работы ученые разработали  новую комплексную методику изучения настенных росписей с применением электронного цифрового микроскопа,  рентгенофлуоресцентного анализа и трехмерного моделирования.  

В итоге в монографию вошли все аспекты изучения памятника – от искусствоведческих описаний фресок до технологического изучения красителей -пигментов и штукатурки. Большую часть издания занимают каталоги фресок: фрагментов с изображениями, массовых осколков, фрагментов с надписями-граффити. 

Источник: www.mk.ru