Академику Дегерменджи Андрею Георгиевичу - 75 лет!

Андрей Георгиевич Дегерменджи родился 3 февраля 1947 года в Красноярске.

В 1970 году окончил физико-математический факультет Красноярского филиала Новосибирского госуниверситета по специальности физик-биофизик (со второго курса направлен специализироваться в области математической экологии в головной вуз — Новосибирский госуниверситет). В 1970-1971 гг. — в рядах Советской Армии. В 1971-1981 гг. — в Институте физики им. Л.В. Киренского: аспирант, младший научный сотрудник лаборатории управления биосинтезом гетеротрофов. С 1981 года — в Институте биофизики СО РАН: старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник, зав. лабораторией биофизики экосистем (с 1990), зам. директора по науке (с 1994). С 1996 года — директор Института биофизики СО РАН, зав. лабораторией биофизики экосистем.

Возглавляет Центр Замкнутых космических систем в Сибирском государственном университете науки и технологии имени академика М.Ф. Решетнева.

Член-корреспондент РАН c 2000 года, академик РАН c 2011 года — Отделение биологических наук.

Академик А.Г. Дегерменджи — биофизик, признанный лидер в области биофизики водных экосистем и микробных сообществ, специалист по биоинформатике в области моделирования экосистем, включая искусственные замкнутые и биосферные. Его теоретические исследования обобщают огромный объем разрозненных экспериментальных данных по биофизике экосистем, ранее не имевших единого объяснения.

В 1975 году защитил кандидатскую диссертацию «Анализ некоторых экологических механизмов микроэволюции микробных популяций», в 1989 году — докторскую диссертацию «Закономерности организации смешанных культур при моделировании водных экосистем (на примере участка Красноярского водохранилища)».

Основная сфера научных интересов А.Г. Дегерменджи — поиск и изучение физико-химических механизмов действия плотностных контролирующих рост факторов и закономерностей устойчивого сосуществования лабораторных и природных популяций микроорганизмов; использование этих знаний для прогноза и управления состоянием водных экосистем и качества воды.

А.Г. Дегерменджи проведены:

- теоретическое исследование экологических механизмов регуляции видового состава искусственных и естественных сообществ микроорганизмов;

- экспериментальные исследования механизмов саморегуляции роста микроорганизмов и создание новых биофизических методов;

- прогноз состояния водных экосистем (речных и озёрных) и качества воды на основе математического моделирования и экспериментальных исследований.

А.Г. Дегерменджи исследует биофизику экосистем. Эти исследования начинались с проточной гомогенной системы, в которую поступает питательная среда и из которой она выходит вместе с выросшими там бактериями. Необходимо было установить, почему вопреки экологическим принципам (принцип Гаузе) виды бактерий могут сосуществовать — теория и опыт позволили понять, что многие виды бактерий выделяют метаболиты, которые регулируют рост других видов, что и заставляет их соседствовать — они друг от друга зависят. Обратные взаимодействия выравнивают скорости роста разных видов бактерий. Это — новая ветвь экологии, которая связана не только с питанием, но и с другими важными способами метаболических взаимодействий, объясняющихся и управляющихся сосуществованием.

А.Г. Дегерменджи развил новое научное направление «теория устойчивости микробных сообществ», впервые формализовал и математически решил классическую проблему «о волнах жизни». Органично сочетает в работе теорию, данные мониторинга (включая полевые работы) и лабораторные эксперименты. Достиг фундаментальных результатов, выраженных в виде обобщенных принципов, по теории устойчивости и управления составом сообществ микроорганизмов: связь числа сосуществующих популяций с числом лимитирующих факторов (ЛФ); принципы управления популяционным составом смешанных культур; теорема о «коллективном» ограничение на коэффициенты чувствительности ЛФ в хемостате, включая и случай возрастной структуры микробных популяций.

Теория управления составом микробных смешанных культур в системах непрерывного культивирования, важна для биотехнологии.

Теоретические и лабораторные результаты были успешно «перенесены» на водные экосистемы Сибири. Это позволило принципиально объяснить с единых позиций неоднородности распределения биологических компонент (радиационные «пятна» в осадках Енисея, стратификацию озерных биолого-химических компонент и др.). Развиваемое им «озерное» направление является актуальным в свете биосферной проблемы «минимальное биоразнообразие — устойчивый биологический круговорот».

А.Г. Дегерменджи открыл и детально исследовал новое явление — аутостабилизацию ЛФ в экосистемах, предложил и экспериментально апробировал новый критерий микробных взаимодействий. Им установлен обобщенный принцип устойчивого сосуществования популяций, взаимодействующих через лимитирующие факторы/метаболиты; открыт и исследован «парадоксальный» эффект аутостабилизации этих факторов.

Под руководством А.Г. Дегерменджи Институт биофизики СО РАН достиг результатов мирового уровня в области конструирования замкнутых экологических систем жизнеобеспечения человека (ЗЭСЖЧ). Здесь создано пилотное производство биопластмасс и новые биолюминесцентные диагностические методы. На юге Сибири им организован биофизический полевой стационар с международным участием для изучения механизмов стратификации и круговорота веществ в «видообедненных» меромиктических соленых озерах. Сформировано и развивается новое направление в биофизике надорганизменных систем, обосновавшее возможность интегрального подхода к диагностике состояния биологических систем различного уровня организации и сложности. Исследования Института охватывают не только три стихии биосферы — воду, землю и воздух — но и двигаются в космос.

В Институте изучается — где биофизика выходит за свои пределы: медицина, сельское хозяйство, работы по экологическому мониторингу. К примеру, биолюминесцентные методы могут найти хорошее применение в Институте медицинских проблем севера: аналитические биолюминесцентные метки работают не хуже, чем традиционные радиоактивные — точность у них такая же, а скорость выше. А по таким критериям, как стоимость и безопасность, светящиеся метки выигрывают. Представляет интерес использование биолюминесцентных методов в системах допингового контроля.

Большой объем исследований Института связан с биополимерами, полученными в результате микробиологического биосинтеза. При определенных условиях микроорганизмы начинают производить не белок, а полимеры, которые можно эффективно использовать в медицине, сельском хозяйстве, при создании упаковочных пакетов.

Если говорить о сельском хозяйстве, то перспективна тема дистанционного зондирования полей с использованием гиперспектральной техники: первый уровень — наземный, собирающий показания по влажности и состоянию растений, почвы по полям; второй — авиационный, приборы спектрально «смотрят» на растения (авиационный уровень скоро будет заменен беспилотной техникой); третий — космический.

Так, общая проблема озер — цветение микроводорослей. Были созданы математические модели прогноза цветения с учетом разных факторов. С помощью этих моделей проверили на Кантатском водохранилище города Железногорска несколько возможных причин цветения водоема, и в итоге широкомасштабного натурного эксперимента оказалось, что основная — это поток минерального фосфора со дна.

Предполагалось, что на изменение цвета воды на реке Бугач влияют стоки мясокомбината и маргаринового завода. Но выяснилось: водоросли поедает карась, они не перевариваются, попадают обратно в воду с экскрементами и после этого цветут еще лучше, чем до «входа». На уже отлаженной математической модели просчитали гипотезу и подтвердили этот механизм цветения. Ясен стал и способ борьбы: убери карася — уменьшится развитие фитопланктона! Результат движения от теории до натурного эксперимента и решения проблемы: цветение одного из видов упало до нуля! Безусловно, этот опыт нужен и Лимнологическому институту СО РАН для решения проблемы цветения части Байкала.

Актуальная задача — «возвращение» температурного режима Енисея ниже Красноярской ГЭС. Совместно с Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) Институт занимается «горячими частицами», которые обнаружены в пойме Енисея и являются локальными, точечными источниками излучения (речь не идет о тотальном загрязнении территории). Главный вопрос будущего — реабилитация загрязненных участков реки, речь о биореабилитации: растения поглощают загрязнения из почвы, накапливают их, потом эта флора убирается. В лабораториях Института ведутся эксперименты.

Необходимо сказать о БИОС (биорегенеративная система жизнеобеспечения) — это сердце Института биофизики, то, что дало жизнь практически всем научным направлениям, по которым ведется работа и сегодня. В свое время основатель красноярской науки академик Л.В. Киренский на встрече с С.П. Королёвым рассказал ему идею проекта. Благодаря авторитету генерального конструктора были найдены средства — на этих деньгах вырос и БИОС, и весь Институт биофизики СО РАН.

Самый длительный эксперимент с БИОС с участием людей длился 180 суток (1972-1973): трое исследователей дышали кислородом, выделяемым растущими в БИОС-3 растениями, вода очищалась внутри системы. Было достигнуто полное замыкание системы (круговорот) по кислороду и углекислому газу и почти полное (95%) по воде. Вся растительная часть пищи, 50-70% рациона человека, состояла из пшеницы и овощей, выращенных в БИОСе. На «БИОС-3» велись и другие «космические» экспериментальные работы — координация проекта была возложена на французский Институт космической физиологии и медицины (MEDES). Искали оптимальные условия для исключения размножения патогенных микроорганизмов.

Биофизики Института представили БИОС-4 — это замкнутая система жизнеобеспечения нового типа, которая должна стать основой будущей лунной базы. БИОС-4 делает возможным полное(!) замыкание цикла и обеспечение будущих космических колонистов пищей, воздухом и чистой водой.

Герметичный модуль «БИОС» дал большой опыт работы с космическими технологиями. Созданы уникальные установки переработки и вовлечения в замкнутый цикл всех типов органических отходов. Разработана технология глубокой очистки выделяющихся при переработке органики газов: аммиака и летучих органических соединений. Решена проблема соли, которую раньше не удавалось полностью изъять из выделений человека и вернуть в круговорот. Отработаны технологии создания почвоподобного субстрата и введения в систему белкового звена. Замкнутую систему жизнеобеспечения в экстремальных условиях «БИОС-4», предназначенную для длительного проживания космонавтов на Луне, сегодня могут начать использовать для проживания в военных частях в арктических регионах и в небольших поселках на Крайнем Севере.

Институт предложил посмотреть на проблему глобального потепления по-новому: отойти от кажущихся точными имитационных моделей климата и упростить расчеты так, чтобы получить ответ на самый важный вопрос — какие ожидаются негативные принципиально необратимые изменения. Важный результат: показана возможность необратимого развития кризиса биосферы за счет автокатализируемой скорости распада гумуса

Из интервью А.Г. Дегерменджи: «При расчетах выделения и поглощения СО₂ мы должны учитывать только те факторы, которые приведут (либо не приведут) к необратимой точке глобального потепления. То есть к началу цепной реакции, которую будет уже невозможно остановить, даже если все страны мира в одно мгновение прекратят сжигать углеводородное топливо. Громоздкие расчеты имитационных моделей не дают четких ответов на волнующие общество вопросы. Именно поэтому нужно использовать расчеты по принципу наихудшего сценария, поочередно включая и выключая из расчетов разные факторы и наблюдая, как их отсутствие или наличие влияет на развитие ситуации. Так, например, мы выяснили, что способность океанического планктона поглощать и накапливать СО₂ явно переоценена. Она полностью компенсируется тем, что при потреблении планктона гетеротрофами (рыбами и другими морскими животными) происходит быстрое обратное возвращение углекислого газа. Иначе говоря, «биологический» океан на ситуацию с СО₂ никак не влияет. А вот северная лесополоса в сезон от весны до осени очень заметно снижает содержание углекислого газа в атмосфере планеты. Но и здесь есть место для споров.

Другими словами, уточнения требуют далеко не все факторы, а лишь принципиальные, которые включены в модели наихудшего сценария. Многие параметры из них можно измерять со спутников. Другие — наземными способами. Сегодня, чтобы уточнить наихудший сценарий, нужно быстрее объединить в единую систему все имеющиеся доступные способы сбора информации. Модели ИБФ впервые показали возможность существования так называемой «даты необратимости», после которой даже полная(!) остановка сжигания топлив не прекратит глобального потепления.

Есть и другие теоретические находки. Если вычесть из сложной температурной кривой за последние сто лет вулканическую деятельность, Эль-Ниньо (колебания температуры поверхности океана) и другие известные факторы, то окажется, что она росла вовсе не постепенно по мере увеличения в атмосфере парниковых газов, а резкими скачками — двумя ступеньками высотой в градус. Откуда взялись такие скачки, непонятно. А это значит, что во всех существующих моделях опять что-то не учтено.

Используя свои модели, биофизики попытались засадить виртуальным лесом практически всю планету и выяснили, что даже это не спасет от глобального потепления. Возможности биосферы Земли оказались практически исчерпаны. И хотя геологи, мыслящие в масштабах тысяч и миллионов лет, успокаивают, что такие циклы потепления и похолодания происходили на Земле неоднократно, не менее пугающе от этого выглядят прогнозы мощных наводнений и потопов, обещающих смыть с ее лица многие города и страны».

А.Г. Дегерменджи подготовил 15 докторов и 11кандидатов наук, он — руководитель значительного числа грантов российских и международных фондов. Автор и соавтор более 300 научных работ, в том числе 6 монографий. Входит в состав редакционных коллегий журналов «Aquatic Ecology», «European Agrophysical Journal», «Наука из первых рук», «Ecological Studies»; «Сибирский экологический журнал», «Журнал СФУ».

Член президиума СО РАН, заместитель председателя по научной работе Красноярского научного центра СО РАН, член ряда научных советов РАН: по биофизике, по радиоэкологии, по проблемам экологии, по математической биологии, по биоинформатике СО РАН, по чрезвычайным ситуациям.

Председатель специализированного докторского совета, член учёного совета Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ.

Член Научно-технического Совета Министерства экологии и природных ресурсов РФ (секция «Водные ресурсы»), член Международного общества по математическим моделям в экологии «The International Society for Ecological Modeling». Академик Экологической академии России, член-корреспондент Академии инженерных наук РФ, почетный профессор Пекинского университета авиации и космонавтики, первый зам Научного Совета по Экологии СО РАН.

Награжден медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени, медалью им. академика В.А. Коптюга.

Ему вручены награда и благодарность Президиума СО РАН и Президиума КНЦ СО РАН за успешную организацию и личный вклад в проведение комплексной научной экспедиции по экспертизе ТЭО «Туруханская ГЭС», премия на конкурсе научных работ СО РАН.

Удостоен золотой медали ВДНХ СССР за работу в области экологии: «Компьютерная система прогноза состояния экосистем озер и водохранилищ».