http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=cd2b4d98-1269-4ee3-9b99-b706d8390d52&print=1© 2024 Российская академия наук
В списке грантополучателей наше внимание привлекли два факта: во-первых, ученые, связанные с вузами Нижнего Новгорода, получили четыре гранта, то есть больше, чем в любом другом научном центре России, кроме Москвы и Петербурга. Во-вторых, тематика всех четырех грантов в той или иной степени связана с тематикой работ нижегородского Института прикладной физики (ИПФ) РАН, о работе которого мы писали в «Эксперте» (см. «Наследники Мандельштама» «Эксперт» № 34 за 2010 год). Вот почему разброс тем грантов, полученных нижегородскими вузами и посвященных изучению реликтового излучения Вселенной, физике мощных лазеров и световых пучков, биологии мозга и раковых опухолей, не должен удивлять. Все они объединены широтой взглядов, свойственных мандельштамовскому подходу к физике, исповедуемому в ИПФ. В упомянутой статье мы уже приводили слова отца-основателя отечественной школы колебаний Леонида Мандельштама: «Наука о колебаниях объединяет явления не по физическому содержанию нашего восприятия, а по общности подхода к изучению, по общности формы закономерностей при крайне разнородном содержании явлений… Изучая одну область, вы получаете тем самым интуицию и знания совсем в другой. Вы получаете возможность проводить далеко идущие аналогии».
Увидеть темную энергию
Грант, полученный профессором Стокгольмского (Чалмерского) технологического университета Леонидом Кузьминым для организации лаборатории в Нижегородском техническом университете, предусматривает разработку приемников терагерцового излучения, которые необходимы для решения важнейшей задачи фундаментальной физики — выяснения природы сил, вызывающих ускорение расширения Вселенной. Этот феномен объясняется наличием во Вселенной темной энергии и темной материи. Для понимания природы этих явлений требуется знание детальной картины реликтового излучения на субмиллиметровых волнах. Леонидом Кузьминым был предложен и успешно реализован болометр на холодных электронах, который представляется самым вероятным кандидатом на новое поколение датчиков, способных детектировать реликтовое излучение. Теоретические основания для создания такого болометра были заложены еще в 1980-е годы учителем Кузьмина профессором МГУ Константином Лихаревым, которого ученый прочит в нобелевские лауреаты в ближайшие годы.
Новая лаборатория, поясняет Кузьмин, должна создать приемные системы для двух миссий. В российскую космическую программу до 2017 года включен проект обсерватории в космосе, в дальней точке Лагранжа, который называется «Спектр М». Радиотелескоп с 12-метровой антенной, включающий обширный приемный комплекс разных диапазонов, в том числе и терагерцовый, будет наблюдать космический фон. «И мы надеемся, — говорит Кузьмин, — что в семнадцатом году его запустят».
Другой способ наблюдать космос — поднять телескоп километров на 30–40 на воздушном шаре. В этой программе лидируют итальянцы, которые уже дважды запускали зонды «Бумеранг» и «Бумеранг-2». Сейчас готовится миссия «Бумеранг-3», которая состоится в 2012 году. «И мы, — поясняет Кузьмин, — будем делать приемный элемент для этой миссии».
Создание приемника терагерцового излучения, как и любого другого приемника, требует решения трех задач. Создания, во-первых, детектора, во-вторых, антенны и, в-третьих, устройства обработки принятого сигнала.
Разработка и изготовление детектора — болометра на холодных электронах — требует нанотехнологий, чистых комнат и настолько дорогостоящего оборудования, что даже в рамках этого гранта его невозможно приобрести. Поэтому на данном этапе болометры будут изготавливаться в лаборатории Кузьмина в Швеции, куда сотрудники Нижегородского технического университета пока будут ездить учиться. Одновременно ведется поиск специалистов в России. Готов в этом участвовать Институт физики микроструктур РАН в Нижнем Новгороде. В Москве — ИРЭ РАН. Поэтому, как считают Кузьмин и ведущий научный сотрудник ИПФ и Нижегородского технического университета Вячеслав Вдовин, который и там и там занимается приемниками терагерцового излучения, проблем с переносом этого производства в конце концов в Россию не будет.
Что касается антенны, то в Нижегородском техническом университете есть прекрасные специалисты по электродинамике, способные решить задачу разработки этой антенны.
Устройством обработки сигналов в Нижнем тоже есть кому заняться — и в Техническом университете, и на ряде нижегородских предприятий.
Вскипятить вакуум
Жерар Муру, французский и американский физик, иностранный член РАН, в 1985 году вместе с Донной Стрикланд предложил новые принципы создания сверхмощных лазеров (усиление чирпированных импульсов), которым, собственно, и посвящен грант, полученный Муру для создания лаборатории в Нижегородском университете. С ним в Нижнем давно шел активный научный обмен, поскольку ИПФ и Нижегородский университет тоже ведут разработки сверхмощных лазеров, теоретические основания которых, как заметил Муру, были во многом заложены более 40 лет назад академиком РАН, директором ИПФ Александром Литваком. Уже в рамках гранта, сказал Муру, предполагается провести эксперименты по использованию сверхмощных лазеров для получения электрон-позитронной плазмы в вакууме, чтобы «вскипятить вакуум», и для создания компактных ускорителей, способных заменить даже такие, как адронный коллайдер.
Как рассказал директор отделения нелинейной динамики и оптики ИПФ и по совместительству профессор Высшей школы высшей и прикладной физики Нижегородского университета член-корреспондент РАН Александр Сергеев, Муру является инициатором и координатором подготовительной фазы международного проекта по строительству лазера экзаваттного уровня ELI (Extreme Light Infrastructure), который он мечтал построить во Франции. Но в связи с тем, что Франция уже взялась за строительство нескольких мегапроектов, это оказалось невозможным. И тогда Муру предложил провести эту работу в России. Это предложение сейчас обсуждается в российских министерствах. А пока в рамках гранта будут созданы две лаборатории. Одна лаборатория терагерцового оптосекундного излучения будет в основном учебной. И вторая — по созданию мультипетаваттного лазера, который должен стать этапом на пути к созданию лазера мощностью 10 петаватт. Дело в том, что экзаваттный лазер будет строиться на основе когерентного суммирования излучения нескольких 10-петаваттных лазеров. Это задача организации синхронной, с высочайшей точностью — на уровне десятка аттосекунд, работы мощных систем. Во второй лаборатории необходимо будет продемонстрировать прототип канала экзаваттного лазера. Если это удастся сделать к концу 2012 года, мы будем иметь серьезную поддержку российской заявки на участие в ELI (она будет обсуждаться в конце 2012 года). В заявку войдет этот совместно с Муру построенный лазер. И если решение по проекту будет принято, то кроме ИПФ и Нижегородского университета в нем наверняка примут участие Курчатовский центр и Научный центр в Сарове.
Подсветить раковую клетку
Грант, полученный членом-корреспондентом РАН, заведующим лабораторией Института биоорганической химии имени Ю. А. Овчинникова и М. М. Шемякина РАН Сергеем Лукьяновым для создания лаборатории в Нижегородской медицинской академии, посвящен изучению новых подходов к исследованию механизмов физиологических и патологических процессов в живых системах на основе использования флюоресцентных белков. Об использовании флюоресцентных белков в экспериментальной онкологии в Нижнем узнали от известного американского биолога Хофмана на конференции, которую организовал ИПФ РАН. И от него же, рассказывает заместитель директора Научно-исследовательского института прикладной и фундаментальной медицины при Нижегородской медицинской академии Елена Загайнова, узнали, что флюоресцентные белки он получает в России у Сергея Лукьянова. С этого времени начались контакты с ним и обсуждения возможностей совместной работы. «Лукьянов понял, — продолжает Загайнова, — что у нас есть инструменты наблюдения, что у нас хорошая биологическая команда с опытом экспериментальной работы на реальных биологических моделях. Наверное, поэтому, когда был объявлен конкурс на получение грантов и мы пригласили его поучаствовать в этой грантовой программе, он сказал: “Почему бы нет”».
В Научно-исследовательском институте прикладной и фундаментальной медицины (НИИПФМ) при Нижегородской медицинской академии совместно с Нижегородским университетом исследования уже достаточно давно проводятся на диффузионном флюоресцентном томографе, созданном в Институте прикладной физики. Томограф позволяет наблюдать опухоль в животном и дает возможность следить, как она развивается и метастазирует, как проходит лечение. Кроме наблюдения за процессами онкогенеза в рамках гранта предполагается разработка белков, флюоресцирующих в той части оптического диапазона, где живые ткани более проницаемы. Следующая задача — исследование возможностей использования так называемых белков-убийц (killer red), они тоже разрабатываются у Лукьянова. Эти белки при возбуждении светом определенной длины волны генерируют активные формы кислорода, который уничтожает опухолевые клетки. Сейчас метод фотодинамической терапии проверяют на животных.
В рамках гранта, полученного Сергеем Лукьяновым, флюоресцентные белки и методы работы с ними получают из Института биоорганической химии, установки диффузионно-флюоресцентной томографии — из ИПФ, экспериментальных животных — из Медицинской академии, клеточные культуры — из Нижегородского университета.
«Мы надеемся, — говорит Елена Загайнова, — что в результате реализации гранта нам удастся создать уникальную лабораторию, которой пока у нас в стране нет и которая действительно сможет консолидировать передовые разработки в области флюоресцентных белков Лукьянова с нашими методами наблюдения и с экспериментальной биологией. Лаборатория будет обладать законченным исследовательским циклом, в ней можно будет проводить как фундаментальные исследования, так и доклиническую апробацию лекарственных методов лечения онкологических заболеваний, лучевых воздействий. И у нас сейчас исследования расписаны на пять лет вперед».
Покопаться в мозгах
Исследованиями мозга в Нижегородском университете занимались довольно давно. И, как рассказал проректор по научной работе Сергей Гурбатов, во многом благодаря выпускнику Нижегородского университета Алексею Сельянову. Он в настоящее время одновременно работает в Японии, где специально для него создали лабораторию по нейродинамике мозга, и профессором Нижегородского университета, регулярно приезжает, читает лекции по интернету. В университете была создана так называемая зеркальная лаборатория, такая же, как у Сельянова в Японии, практически все сотрудники университетской лаборатории стажировались у Сельянова, именно через Сельянова были найдены контакты с нейронаучным сообществом. В частности, на одной из конференций сотрудники лаборатории познакомились с профессором молекулярной нейробиологии Итальянского института технологий Александром Дитятевым. Когда был объявлен конкурс и оказалось, что к участию в нем нельзя пригласить тех, с кем лаборатория уже сотрудничала, нижегородцы обратились к Дитятеву. К слову, этот пункт в условиях конкурса вызвал недоумение и даже обиду многих участников, поскольку они усмотрели в нем недоверие к честности их мотивов. Александр Литвак с удивлением заметил: если ученый российский, то ему надо обязательно переехать в другой город, а если российский из-за рубежа, то чтобы ноги его здесь не было последние пять лет.
Грант, который получил Александр Дитятев для создания лаборатории в Нижегородском университете, посвящен исследованиям молекулярных механизмов передачи информации в мозге и, в частности, исследованиям роли экстраклеточной матрицы при передаче сигналов в мозге. Если говорить просто, пояснил заместитель Александра Дитятева заведующий лабораторией нелинейных процессов в живых системах ИПФ и заведующий кафедрой нейродинамики и нейробиологии Нижегородского университета Виктор Казанцев, экстраклеточная матрица — это некая внеклеточная субстанция, образующая каркас, на котором держатся клетки мозга. Матрица может воздействовать на различные рецепторы клеток и модулировать синоптическую передачу. Поэтому кроме фундаментальных исследований влияния матрицы на прохождение сигналов в мозге предполагается исследование возможности терапевтических воздействий на матрицу с целью опосредованного влияния на клетки мозга. А также последующее создание медицинских технологий и лекарственных препаратов, воздействующих на мозг с целью диагностики и лечения различных патологий.
Кроме университета часть работ по гранту делают Медицинская академия и Институт прикладной физики. В ИПФ вынесены исследования, связанные больше с математикой и с физикой. «Одна из моих аспиранток в ИПФ, — объясняет Казанцев, — занимается моделированием колебательных и волновых процессов, происходящих в клетке». В Медицинской академии выращивают клетки, которые потом переезжают в университет на микроскоп. Грант сильно распараллелен, вот почему говорить о том, что это исключительно университетский проект, нельзя, отмечает Казанцев.
Создать инфраструктуру и заразить куражом
Хотя тематика, которая развивается в грантах, уже в большей или меньшей степени была представлена и в нижегородских вузах, и в Институте прикладной физики, задача в первую очередь — и по смыслу постановления правительства, и по мнению всех наших собеседников — инфраструктурная и кадровая. «Задача, которую мы решаем в рамках гранта, — не получить научный результат и написать статью, — считает Виктор Казанцев, — а сделать лабораторию с соответствующей инфраструктурой. Натренировать людей, чтобы они могли там работать. Приглашая эксперта мирового уровня, который, собственно, это дело должен наладить, мы обеспечиваем стартовую площадку для получения в дальнейшем и фундаментальных результатов, и практических приложений».
«Сама идея, — рассказывает Сергей Лукьянов, — пригласить ведущего ученого в вуз, где он до сих пор не имел никаких проектов, с целью получить по результатам его двухлетней деятельности эффективно функционирующую, передовую научную лабораторию выглядит, мягко говоря, весьма рискованной. Но тем интересней попробовать воплотить ее в жизнь. Я воспринимаю этот проект скорее как инфраструктурный, направленный не столько на быстрые успехи в науке, сколько на развитие научной среды в России. Иначе трудно объяснить, зачем нужно привлекать меня к созданию лаборатории с нуля, когда приходится участвовать в организации даже ремонтных работ, думать, как проводить вентиляцию, водоснабжение и так далее. Но мне очень повезло с коллективом ученых в Нижегородской медакадемии: в работу люди включились сразу и с большим энтузиазмом. Но даже в такой ситуации сделать какие-то научные прорывные разработки за два года практически невозможно. Только если очень повезет. А вот построить хорошую лабораторию мы сможем, в этом я уверен!»
Но построить лабораторию — только половина дела, причем не самая сложная. Главное — вдохнуть в нее жизнь. Как заметил Лукьянов, «успех в науке зависит от огромного количества факторов, и далеко не все из них поддаются формальному анализу. Например, как и везде, очень важен кураж, некоторая, если хотите, уверенность в себе на грани наглости, в своем праве искать путь к истине там, где никто его не видит. Для этого нужна самоуверенность, основанная на некоторой истории успеха, которой у моих коллег в Нижнем Новгороде, на мой взгляд, пока недостаточно. Я надеюсь, что я их этой верой в самих себя сумею заразить. Я даже думаю, что это может быть одной из основных моих функций при создании лаборатории. Ведь в плане образования, желания и умения работать нижегородцы ничем не уступают сотрудникам лабораторий — мировых лидеров».
Университет плюс НИИ
«Взаимодействие между наукой и вузами в Нижнем было заложено еще в тридцатые годы, когда в наш университет прибыли из Москвы выдающиеся ученые: Андронов, Горелик, Грехова. Тогда же в системе нашего университета был создан Научно-исследовательский физико-технический институт (НИФТИ), который существует по настоящее время», — рассказывает Сергей Гурбатов. Постепенно число таких институтов увеличивалось, и в значительной мере на их основе формировалась вся наука в Нижнем. Тот же ИПФ, который входит в РАН, отпочковался в свое время от университетского радиофизического института.
Но времена изменились, и теперь академическая наука задает тон всей науке в Нижнем. Как отметила Елена Загайнова, «нам повезло, поскольку уже пятнадцать лет мы работаем со специалистами Института прикладной физики. Они нас научили, что читать, куда ездить, что такое конференции, наконец, что такое наука. И практически все люди, которые в рамках грантовой программы к нам в Нижний приехали, тем или иным образом были привлечены благодаря работам, которые проводились в ИПФ».
В результате в Нижнем Новгороде возникла неформальная агломерация научных и образовательных учреждений, в основе которой — совместная подготовка научных кадров, совместные исследования и разработки и, если можно так сказать, личная уния. По замечанию Сергея Гурбатова, «почти все руководители нижегородских академических институтов руководят у нас кафедрами, а их сотрудники преподают в университете». То же самое можно сказать о Техническом университете и Медицинской академии, многие сотрудники которых одновременно являются сотрудниками университета и того же ИПФ.
Так, заместитель Сергея Лукьянова в создаваемой по гранту лаборатории Елена Загайнова одновременно и заместитель директора Научно-исследовательского института прикладной и фундаментальной медицины при Медицинской академии, и заведующая кафедрой биомедицины университета. Одно время она работала и в ИПФ. Заместитель Леонида Кузьмина Вячеслав Вдовин одновременно ведущий научный сотрудник ИПФ и Нижегородского технического университета. Заместитель Александра Дитятева Виктор Казанцев еще и заведующий лабораторией нелинейных процессов в живых системах ИПФ и заведующий кафедрой нейродинамики и нейробиологии университета. Наконец, заместитель Жерара Муру член-корреспондент РАН Александр Сергеев является директором отделения нелинейной динамики и оптики ИПФ и профессором Высшей школы высшей и прикладной физики Нижегородского университета. Эта личная уния, как показывают гранты, продолжается и в научной деятельности.
По мнению директора ИПФ академика РАН Александра Литвака, если внимательно изучить, каким вузам страны достались гранты, то за исключением МГУ и, возможно, Санкт-Петербургского университета в подавляющем большинстве случаев это те, кто тесно сотрудничает с реально работающими исследовательскими институтами, в первую очередь Академии наук. Потому что они сохранили международные связи, опираясь на которые и удалось пригласить ведущих ученых. И еще они сохранили кадры и инфраструктуру, которые стали основой для развития новых лабораторий теперь уже в учебных заведениях.
Гранты, задуманные, по признанию министра науки и образования Андрея Фурсенко, как инструмент, в том числе создания конкуренции между академической и вузовской наукой, в Нижнем Новгороде привели к сотрудничеству. Не исключено, что новые лаборатории в вузах по мере становления начнут конкурировать с академическими институтами. Но, как заметил Вячеслав Вдовин, «я оцениваю всю эту программу как отдание двадцатилетних долгов вузам, которые за это время во многом утратили традиции и людей. Устарело оборудование. И если благодаря этой программе они поднимутся, будет здорово».