Бар, наука, рок-н-ролл

2 марта в Москве на сцене клуба «Москва Hall» прошел Science Slam – научно-популярное мероприятие нового формата, который еще только набирает популярность в России. Но надо признать, первые шаги научного слэма в нашей стране уверенны и успешны. Подобные мероприятия проходят уже в десяти регионах и собирают полные залы зрителей, с интересом следящих за тем, что происходит на сцене.

Что же такое научный слэм? Это выступление ученых на сцене клуба, в котором они должны, уложившись в ограниченное время, рассказать о своих исследованиях доступно, остроумно и увлекательно. В конце вечера лучший выступающий определяется по силе зрительских аплодисментов.

Организаторами слэма были компании «Бумага Медиа» и «JetBrains», ранее уже проводившие научные слэмы в Санкт-Петербурге и других городах.

Вечер начался с выступления специального гостя – доктора биологических наук Михаила Гельфанда. Он не соревновался с другими участниками слэма, но сумел хорошо разогреть публику увлекательным рассказом о бактериях, живущих в каждом из нас. В организме вполне здорового человека живет до квадриллиона (1015) бактерий, больше, чем его собственных клеток. Если вы хотите узнать ваш истинный вес, можете смело вычитать из показаний весов полтора килограмма, ведь столько суммарно весят ваши микроскопические сожители. Общий геном живущих в человеке бактерий значительно больше, чем геном человека.

Михаил Гельфанд рассказал о недавних исследованиях, в которых сопоставлялась бактериальная флора кишечника близнецов, один из которых был толстым, а другой – тонким. Выяснилось, что в кишечнике тонкого близнеца живет большее количество видов бактерий, чем у толстого. Более того, когда образцы микрофлоры из этих кишечников были пересажены лабораторным мышам, те мыши, которым достались кишечные бактерии толстяка, начали толстеть, а те, что получили бактерий из кишечника тонкого брата, остались худыми. Когда же толстых и худых мышей помещали в одну клетку, толстые, постепенно заражаясь бактериями худых, снова худели.

Результаты этого и подобных экспериментов привели к созданию нового метода терапии: «фекальной трансплантации» - пересадки кишечных бактерий больному. Этим методом пытаются лечить не только ожирение, но и язвенные колиты, болезнь Крона и даже диабет. «Трансплантация» производится через рот или через кишечник. Сейчас ведутся клинические испытания.

В ходе одного из таких испытаний исследовалось применения фекальной трансплантации для лечения болезни кишечника, вызываемой Clostridium difficile. Эта бактерия живет в кишечнике часто, а патогенной становится после того, как многие другие бактерии погибают от применения антибиотиков. Сама Clostridium difficile устойчива к большинству антибиотиков. Болезнь возникает в больницах или после выписки у людей, получавших для лечения других болезней антибиотики. Клинические испытания показали, что фекальная трансплантация приводила к излечению 94% больных, тогда как при лечении мощным антибиотиком ванкомицином выздоравливал 31%, а в контрольной группе 23%.

Возникает один вопрос: почему нужно прибегать к фекальной трансплантации. Можно же вырастить культуры нужных бактерий и ввести в организм больного только их. Оказалось, что это неэффективно. Видимо, успех зависит от сложного взаимоотношения в бактериальном сообществе, которое трудно воспроизвести, но легко получить при трансплантации. Сейчас в США ведутся споры: чем нужно считать фекальную трансплантацию, пересадкой ткани или использованием лекарства.

После выступления Михаила Гельфанда настал черед основных участников научного слэма. У шести молодых ученых было по десять минут на рассказ о своей работе.

В океанских глубинах

Первым был морской биолог Александр Семенов. Он и его коллеги создали проект Aquatilis, в ходе которого собираются провести трехлетнюю морскую экспедицию вокруг света, во время которой будут изучать жизнь подводных обитателей. Александру уже удалось при помощи краудфайдингового сайта собрать два миллиона рублей на организацию этой экспедиции. В итоге должна получиться подводная одиссея XXI века. Современные технологии видео и фотосъемки, роботы, снабженные камерами и способные работать на большой глубине, позволят биологам демонстрировать результаты своих исследований в интернете в режиме реального времени.

Рассказал Александр и об объекте своих научных интересов – желеобразном планктоне. Это обладающие студенистым телом организмы: медузы, гребневики, сальпы и многие другие, которые носятся под воздействием течений по всему мировому океану. Изучать их обычными методами малоэффективно. В планктонных сетях от них часто остаются лишь комки слизи. Условия аквариумов не воспроизводят полностью природной среды, да и как засадить в аквариум медузу цианею 25-метровой длины. Но дайвинг, подводные аппараты и технологии подводной съемки позволяют изучать желеобразных животных в естественной среде. Казалось бы, животные, у которых даже тела-то твердого нет, вряд ли могут играть серьезную роль. Однако желеобразный планктон, помимо важного места в пищевых цепях, порой еще и оказывает большое влияние на окружающую среду. Вспышки массового размножение медуз, причины которых еще предстоит выяснить полностью, уже приводили к остановке работы АЭС, охлаждающие устройства которых забивались медузами.

Электричество из тепла

Вторым выступающим стал Андрей Воронин, представляющий компанию «Метемп», которая при поддержке Фонда «Сколково» разрабатывает новые термоэлектрические материалы. Свое выступление он назвал «Партизаны и твиттер марсохода». Зрители узнали, что термоэлектрический эффект, заключающийся в возникновении электрического потенциала из-за разницы температур, использовали уже партизаны в белорусских лесах в Великую Отечественную войну. Они на кострах заряжали батареи своих раций. И ровно тот же принцип получения энергии используется марсоходом «Кьюриосити», который регулярно радует читателей своего твиттера новыми видами Марса. Конечно, на Марсе никто не разводил костер, а в качестве источника тепла служит плутоний-238, выделяющий при распаде необходимое тепло. Что же касается костров, то сегодня каждый может купить термоэлектрическое устройство питания и подзарядить в лесу у костра свой айфон.

Но у термоэлектричества есть задачи важнее, чем помощь туристам в лесу в зарядке их телефонов. Оно служит важным альтернативным источником энергии, позволяющим, например, поднять КПД двигателей внутреннего сгорания. При работе двигателя большая часть энергии расходуется впустую, например, превращаясь в тепло. Термоэлектрические элементы превращают это тепло в электроэнергию. В 2000-е годы над применением термоэлектричества начал работать ряд автопроизводителей. А BMW, по словам Андрея Воронина, через несколько лет обещает использовать такие технологии в серийных автомобилях.

Андрей Воронин и его коллеги создают новые термоэлектрические материалы, способные работать при более высоких температурах. Задача это непростая, так как те материалы, которые хорошо проводят электричество, хорошо проводят и тепло. А для термоэлектрического эффекта нужна разница температур. Решить эту проблему можно при помощи нанотехнологий. Сплавы кремния и германия, имеющие определенную структуру на наноуровне, обладают необходимой электропроводностью, но плохо проводят тепло, что и требуется разработчикам.

Панцирь креветки остановит кровотечение

Выступление аспиранта Московского государственного университета тонких химических технологий Сергея Брусова было посвящено новым медицинским технологиям, которые спасают людей, получивших ранения. Кровотечение при открытой ране представляет большую опасность для жизни. Традиционные жгуты и повязки могут быть недостаточно эффективны. С недавнего времени на помощь врачам пришел хитозан – вещество, получаемое из хитина, основы панциря членистоногих, например, креветок. Креветок сейчас во множестве выращивают на специальных фермах, откуда их мясо идет в пищевую промышленность, а из панцирей можно получать хитозан.

Хитозан в виде порошка наносится на открытую рану, там он быстро застывает, поглощая значительно количество крови и останавливая дальнейшее кровотечение. Эффективно использовать препарат сможет и необученный человек. После применения хитозана пострадавшего доставляют в медицинское учреждение, где его рану обрабатывают профессионалы. Интересно, что случаи аллергии на хитозан не зафиксированы.

Компания «Новые биомедицинские решения», которую представлял Сергей Бруслов, синтезировала на основе хитозана вещество, которое способно не только мгновенно останавливать кровотечение, но и дезинфицировать рану.

Мертвая зона внимания

Заведующий лабораторией когнитивных исследований НИУ ВШЭ Игорь Уточкин помог девушкам ответить на вопрос: почему порой бывает так, что их новую прическу никто не замечает. Ученый исследует особенности внимания человека при зрительном восприятии. Мы видим одновременно лишь множество объектов, но способны сосредоточить свое внимание лишь на нескольких их них. Именно на этом основаны картинки из серии «Найдите 10 отличий». При этом, если человек найдет отличие в каком-то участке картинки, ему гораздо труднее найти второе, расположенное совсем рядом. Если же второе отличие находится достаточно далеко, затруднений куда меньше. Игорь Уточкин также обнаружил, что зрительное восприятие затруднено в зоне, примыкающей к тому месту, на котором наше внимание сконцентрировано особо. В этом-то кроется причина огорчений девушек, сделавших новую прическу. Лицо всегда попадает в фокус внимания, а вот волосы оказываются как раз в окружающей фокус «мертвой зоне». Эта особо стойкая неспособность заметить объекты или их изменения вблизи центра интереса приводит к тому, что мы не видим что-то ровно там, куда мы смотрим.

Вместо электронов – фотоны

Кандидат физико-математических наук Максим Щербаков посвятил свое выступление фотонике, точнее применению ее в технологиях передачи информации. Если начиная с 1970-х годов быстродействие электронных устройств удваивалось практически за каждые два года, то в начале 2000-х этот взрывной рост прекратился. Похоже, возможности электроники близки к исчерпанию. В этой сфере использование направленного движения фотонов вместо электронов позволяет значительно увеличить скорость передачи. По словам Максима Щербакова, использование лазерных импульсов длительностью 10 фемтосекунд позволяет достичь скорости передачи данных 100 терабит в секунду. Образно Максим Щербаков сравнил скорость передачи по электронному кабелю с ездой в автомобильной пробке, а скорость в оптическом кабеле… нет даже не с движением по автобану, а с полетом на космическом корабле, ведь разница в скорости тысячекратна. Сейчас всё больше применяются волоконно-оптические системы связи, создаются методы оптической записи информации.

Три гигабайта, записанные четырьмя буквами

Последним участником научного слэма стал биоинформатик Андрей Афанасьев. Он и его коллеги по проекту iBinom заняты использованием технологии машинного обучения, которая позволяет научить компьютер анализировать геном пациента и проверять его на наличие мутаций, вызывающих заболевания. Прочтение человеческого генома дало медикам мощный инструмент диагностики, однако чтобы использовать его в каждом конкретном случае, надо приложить немало усилий. Результат работы секвенатора – прибора, определяющего последовательность нуклеотидов в ДНК – напоминают попытки переслать текст «Войны и мира» смсками, выбирая в произвольных местах случайные куски текста. В итоге весь удается послать весь текст, но он оказывается представлен в виде множества отрывков, которые частично перекрываются друг с другом.

После работы специальных программ, сопоставляющих фрагменты, получается цепочка ДНК пациента. Фактически это текст, записанный четырьмя буквами-нуклеотидами (A, T, G, C). Объем этого текста – три гигабайта. В этих трех гигабайтах врач должен найти те гены, которые могут нести опасные для здоровья мутации и проверить их. Понятно, что объем обрабатываемых данных таков, что задачу следует поручить компьютерной программе. Ускорение обработки достигается оптимизацией алгоритмов, применением облачных технологий. В результате врачи получат удобную и быструю программу для анализа генома пациентов.

В конце программы организаторы при помощи шумомера измерили уровень аплодисментов для каждого из выступавших. Стоит отметить, ни разу уровень громкости не опустился ниже 101 дБ, что лишь чуть тише, чем звук взлетающего самолета. Победителем же стал Андрей Афанасьев.