«Наука в Сибири»
№ 5 (2790)
3 февраля 2011 г.
ОТМЕЧЕНЫ ПРЕЗИДЕНТОМ
Лауреатами грантов Президента РФ, направленных на государственную поддержку молодых российских учёных, а также ведущих научных школ России, в Сибирском отделении РАН стали 26 человек. Полный список победителей конкурса мы опубликовали в № 43 за 2010 год. Сегодня предлагаем вниманию читателей беседу корреспондента «НВС» с двумя лауреатами.
Е. Садыкова, «НВС»
Мария Котельникова — сотрудник Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, преподаватель НГУ. Совместно с коллегами разработала новый, более реалистичный метод моделирования магнитного поля Земли. Этот подход позволяет учитывать физические свойства и параметры жидкости во внешнем ядре Земли, что увеличивает точность описаний в пять раз по сравнению с общепринятой практикой.
 |
| К.ф.-м.н. Мария Котельникова на церемонии вручения свидетельств о присуждении грантов Президента РФ (фото В. Новикова). |
— Грант был получен нами через НГУ, — рассказывает Мария. — Вместе со мной над проектом работает аспирантка ИГиЛ Марина Бунтина, планируем привлечь ещё двух студентов. Полностью наша работа называется «Моделирование генерации магнитного поля Земли на основе почти адиабатической конвекции с учетом сжимаемости».
О том, что у Земли существует магнитное поле, знают все: если взять в руки компас, стрелка будет показывать на Северный полюс. А вот о том, что это геомагнитный Северный полюс, который с географическим не совпадает, уже не так широко известно. Чем больше узнаешь о геомагнитном поле Земли, тем больше возникает вопросов. Мы занимаемся этой тематикой, чтобы получить дополнительные знания, ведь основная цель фундаментальной науки — построить непротиворечивую картину мира.
Магнитное поле — это часть нашей реальности. Мы живем в магнитном поле, реагируем на его возмущения, в метеосводках сообщают о его состоянии, магнитных бурях, а наш организм отзывается на эти перемены. И, по большому счету, наличие мощного магнитного поля позволяет существовать той форме жизни на Земле, к которой мы с вами привыкли. У наших ближайших соседей по солнечной системе — Венере и Марса — оно тоже присутствует, но у Марса это поле в тысячу раз слабее земного, а у Венеры — в десятки тысяч раз. Это одно из возможных объяснений, почему на данных планетах нет привычных для нас форм жизни. И если мы сможем построить какую-то глобальную модель, описывающую земной магнетизм, то в дальнейшем сможем её распространить на планетарный магнетизм всей солнечной системы.
Знания о магнитном поле также позволят выяснить что-то новое о смежных областях естествознания. Например, одной из особенностей магнитного поля Земли является способность к инверсии, то есть смене полярностей. Благодаря развитию палеомагнитизма уже в середине прошлого века строились карты полярности дальних эпох. Если бы мы вдруг из нашей кайнозойской эры перенеслись с компасом в руках на эру назад, то увидели бы, что стрелка показывает на Юг, а не на Север. А, например, в мезозойской эре был очень длительный период, десятки миллионов лет, когда сохранялась полярность, соответствующая нашей привычной.
Если данные эпохи смены полярностей сравнивать с данными из других областей науки, выясняется, что именно в этот период времени около трети живых организмов на планете по неизвестным причинам вымерло. Основная теория произошедшего — изменение климата, которую можно объяснить сменой полярности магнитного поля.
Как мы моделируем магнитное поле? История вопроса богатая. Магнитное поле начали изучать еще в XVII веке. Модели строились, по крайней мере в Европейской цивилизации, на протяжении примерно четырех веков. Были предположения, что земной магнетизм имеет постоянные свойства, то есть внутри Земли находится гигантский магнит, притягивающий к себе всё. Затем была обнаружена вековая вариация — длиннопериодное изменение напряжения магнитного поля. И, наконец, в XIX веке Гаусс провел свой знаменитый анализ, который подтвердил внутреннее происхождение земного магнетизма и довольно точно определил глубину, на которой происходит генерация этого самого поля — 3000 км вглубь Земли. Начиная с середины прошлого века общепринятой стала модель геодинамо.
В это время стало лучше известно внутреннее строение Земли, была получена информация о строении твёрдого ядра, жидкого, мантии и т.д. Знание о том, что внешнее жидкое ядро заполнено проводящей жидкостью, позволили построить для внешнего ядра модель динамо-машины. Выглядит она как область, составляющая примерно 2000 км, в которой происходит направленное движение жидкости за счет вращения Земли и существования неравномерных тепловых потоков, а также композиционных потоков, где формируется конвекция. В этом сферическом слое создается наблюдаемое на поверхности магнитное поле. И на данном этапе существует три направления, в которых моделируется магнитное поле Земли: на основе конвекции Буссинеска, концентрационной конвекции, и то направление, которым занимаемся мы — моделирование на основе почти адиабатической конвекции.
Основная цель при построении таких моделей — создать модель, которая бы давала минимальную ошибку в описании. Если наиболее распространенное моделирование, основанное на конвекции Буссинеска, уже в самой модели закладывает ошибку в 50 %, на основе концентрационной конвекции — порядка 10 %, то почти адиабатическое приближение уникально тем, что сама модель дает ошибку всего в
— Мария, почему именно эта тематика — магнитное поле Земли вас заинтересовало?
— Это прямое продолжение темы, которой я занималась изначально — устойчивость МГД-течений проводящей жидкости. Можно промоделировать, сравнить с наблюдениями и получить конкретные результаты. В тоже время, это красивая фундаментальная задача, которую решают на протяжении нескольких веков и уже, можно сказать, почти дорешали.
— Говорят, у нас сейчас начинается период инверсии?
— Сейчас магнитное поле готовится к инверсии, оно ослабляется, но в ближайшие 1000 лет можно жить спокойно. Мы живем в период между инверсиями.
— Значит, пока вымирание нам, как динозаврам, не грозит?
— Во всяком случае, не от глобального изменения климата.
— Традиционный вопрос: ваши творческие планы?
— Доработать до конца проект, получить результаты, которые можно будет сравнить с существующей на сегодняшний день картиной. Мы рассчитываем, что наш подход лучше соответствует поставленным задачам, чем остальные. Возможно, это даже будет научный прорыв.
Никита Кузнецов (Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН) занимается изучением механизмов репарации, то есть исправления ошибок клеточной ДНК. Каждую секунду в клетках нашего организма возникают тысячи мутаций, с которыми самостоятельно справляются десятки разных клеточных ферментов репарации. Когда организм не способен бороться с многочисленными повреждениями ДНК, это ведет к тяжелым заболеваниям, среди которых первое место занимают онкологические. Каждый фермент борется со своим типом «ошибок». Цель работы — изучить этот процесс и научиться управлять им в медицинских целях.
 |
| К.б.н. Никита Кузнецов (крайний слева) и дружный коллектив лаборатории исследования модификации биополимеров ИХБФМ. |
— Исследования по этой теме продолжаются уже более 10 лет. Коллектив президентского гранта состоит из трёх человек: руководитель (я), ещё один кандидат наук и студент. В целом, работа идет в рамках исследований нашей лаборатории и является их логическим продолжением.
ДНК всех живых организмов постоянно подвергается воздействию различных экзогенных и эндогенных факторов. К экзогенным факторам относятся факторы внешней окружающей среды. Например, вышел человек на солнце — получил дозу
Типы повреждений бывают разные — окисление, алкилирование, дезаминирование, разрывы цепи ДНК и др. Подобные повреждения генетического аппарата обладают цитотоксическим и мутагенным эффектом и способны приводить к развитию сердечнососудистых, нейродегенеративных и онкологических заболеваний. Мы работаем в узкой области — с ферментами репарации, удаляющими с ДНК окислительные повреждения. Повреждения, образующиеся в ДНК, убираются специальной защитной системой эксцизионной репарации оснований ДНК.
Цель работы, под которую был получен грант, состоит в том, чтобы установить механизмы, обеспечивающие высокую специфичность и эффективность узнавания и удаления поврежденных участков в ДНК 8-оксогуанин-ДНК-гликозилазой (hOgg1), отвечающей за удаление в клетках человека одного из самых распространенных продуктов окислительной модификации пуриновых оснований ДНК —
В нашей лаборатории исследования модификации биополимеров (завлаб — профессор, д.х.н. Ольга Семеновна Федорова) есть уникальный для России прибор — спектрометр «остановленной струи», позволяющий за одну миллисекунду смешивать растворы взаимодействующих веществ, причем в очень небольших количествах, и оптическими методами проводить регистрацию изменений, возникающих при взаимодействии ферментов с короткими ДНК. Как правило, в силу специфики исследуемых объектов в нашей работе мы используем регистрацию интенсивности флуоресценции.
В настоящее время нами установлено, что процесс узнавания повреждения очень сложен. Для того, чтобы достичь каталитически-активного состояния, в котором происходит удаление поврежденного участка, разные ферменты проходят от трех до пяти стадий подстройки конформации. Именно конформационные превращения 8-оксогуанин-ДНК-гликозилаз обеспечивают высокую точность узнавания повреждения и эффективность действия этих ферментов. Полученные данные позволили определить молекулярную природу отдельных стадий взаимодействия ферментов с ДНК-субстратами и установить стадии, которые вносят наибольший вклад в специфичность узнавания ферментами ДНК-субстратов. На основе полученных данных разработаны и запатентованы способы определения активности для двух ферментов репарации. Кроме того, ведется работа по поиску активаторов и ингибиторов этих ферментов. Так, например, в случае необходимости можно будет заранее активировать систему репарации у людей, ДНК которых может подвергнуться повышенному негативному воздействию. С другой стороны, замедление (ингибирование) работы ферментов репарации необходимо при химиотерапии, для того, чтобы ослабить защиту организма и усилить действие противораковых препаратов.
— А как вы относитесь к идее, что геном человека прочитан и будущее — не за геномикой, а за протеомикой?
— Когда начинали «читать» геном, думали, что расшифруют его и всё станет ясно, откроются все тайны жизни на Земле. В итоге, несмотря на то, что многое стало понятным, глобальные ожидания ученых не оправдались. Протеомика в настоящее время — это перспективное направление, в первую очередь важное для медицины.
— Скажите, Никита, вам ваша научная деятельность помогает что-то понять в жизни, её организации, устройстве, понять, что такое человек или в целом живое существо?
— Нужно определиться с самим термином «жизнь». Для себя я, наверное, могу выделить два определения: жизнь как взаимодействие человека с окружающим миром и жизнь как совокупность биохимических процессов, протекающих в нашем организме. Работа в фундаментальных научных исследованиях приводит к осознанию того, что на самом деле, жизнь — очень сложная штука, иногда просто непознаваемая, а мы лишь вглядываемся в её устройство и пытаемся что-то понять, выделить одну «деталь» из тысяч и установить её функциональное значение. Исследование и понимание биохимической жизни заставляет задуматься, как всё устроено и в жизни вообще. Безусловно, научная деятельность накладывает отпечаток на мировоззрение. Как говорит наш завлаб, и с чем я полностью согласен — жизнь, в принципе, невозможно понять до конца, её познание бесконечно.
стр. 6