При содействии Института биологии Коми научного центра в Национальном музее Республики Коми открылась выставка «Рой». Рой – это коми название лишайников.

   Ученые Института биологии кандидат биологических наук Татьяна Николаевна Пыстина и ведущий инженер Доминика Игоревна Кудрявцева на открытии выставки рассказали посетителям о разнообразии лишайников, особенностях этих удивительных живых организмов и их практическом применении.

  В мире насчитывается до 20000 видов лишайников. По данным на 2024 год, уточнённый список лишайников Республики Коми включает 1147 видов, из них 85 – включены в Красную книгу Республики Коми и находятся под особой охраной.

  На первый взгляд, лишайники – это просто интересные наросты на деревьях, камнях и земле, которые зачастую принимают за мох и другие растения. Однако они скрывают в себе множество тайн.

  Древнейшие и уникальные организмы - лишайники известны с докембрийских времен. Более 200 млн. лет назад лишайники уже были высокоразвитыми листоватыми и кустистыми формами. По сути, лишайники - два генетически обособленных организма. Это совокупность грибов и микроскопических зелёных водорослей и/или цианобактерий.

  Лишайники имеют огромное значение в растительных сообществах и экосистемах. Лишайниковый покров участвует в почвообразовании, влияет на развитие почвенной микрофауны, образование гумуса, в них заключен значительный пул углерода и элементов минерального питания. Лишайники являются кормом и местом обитания для многих птиц и животных, а еще их применяют в народной медицине.

  Разнообразие видов лихенобиоты на выставке представлено авторскими фотографиями сотрудников Института биологии, а также фотографиями, выполненными на комплексе визуализации методом макросъемки. Отдельная экспозиция, с представленными инструментами и оборудованием для исследований, а также образцами гербария Института биологии, посвящена изучению этих удивительных организмов.

  Интересное художественное оформление выставки, интерактивность, разработанные сотрудниками музея, а также доступность и научность изложенного материала, делают выставку привлекательной как для взрослых, так и детей разных возрастных групп.

  Все желающие могут рассмотреть лишайники в бинокуляры и лупы, а также самостоятельно изобразить увиденное в художественных образах на бумаге.

   Выставка работает до 4 мая 2025 г.

              Создание новейших материалов немыслимо без исследовательских работ

    Инженер-исследователь Физико-математического института Роман Скандаков аккуратно заполняет керамический тигель измельченным биоматериалом. Затем помещает его в специальный прибор для синхронного термического анализа – дериватограф. Это прибор для исследования физико-химических процессов, происходящих в веществе в процессе увеличения температуры в различных средах (аргон, азот, кислород). Температура в дериватографе может быть увеличена с различной скоростью до 1200 ºС, все зависит от задач эксперимента и исходного вещества. После достижения установленной температуры и последующего остывания рабочей камеры прибора тигель вынимают. Полученный образец достают из керамического тигля и исследуют целым набором физических методов начиная с обычного микроскопа, электронного микроскопа и кончая рентгеновской дифрактометрией и инфракрасной спектроскопией.

     По словам научного сотрудника Физико-математического института Ольги Петровой, дериватограф рассчитан на две параллельные задачи. Первое – исследовать процессы, происходящие при нагревании через анализ изменения массы исследуемого вещества и поглощения или выделения при этом тепловой энергии. При изменении температуры происходят химические реакции, при которых испаряется вода, разложение и переход части вещества в газообразную фазу или образуются новые соединения. Из температурных зависимостей видно, как меняется масса образца с изменением температуры, а по минимумам и максимумам этой зависимости, можно получить информацию химических реакциях, происходящих в веществе при термообработке. Вторая задача – это одновременно с исследованием процесса изменения исходного биологического образца получать графитизированные материалы, которые характеризуются высокой химической инертностью при высоких температурах в агрессивных средах и развитой поверхностью, что позволяет использовать их в качестве основы для получения композитных материалов для различных приложений. На первом этапе исследований то незначительное количество графитизированного вещества, получаемого в дериватографе достаточно, чтобы провести его предварительные исследования.

                           Все началось с морских губок

     Исследования по изготовлению нового катализатора для промышленности ученые Физико-математического института Коми научного центра начали проводить еще в 2017 году в составе международной исследовательской группы во главе с профессором Германом Эрлихом из Технического университета Горной академии Фрайберга (Германия). Тогда группа физиков, химиков и биологов из разных стран занималась исследованием структуры морских губок, с целью разработки биомиметических моделей в качестве альтернативы углеродным и керамическим каркасам для современного материаловедения. Это направление называется «экстремальной биомиметикой» и нацелено на изучение и использование возобновляемых, встречающихся в природе нетоксичных органических структур.

   Путем карбонизации в инертной среде азота и аргона морских губок был получен трехмерный композитный материал, который обладает уникальными свойствами и в будущем может служить основой для приготовления катализаторов, составив конкуренцию углеродным нанотрубкам. 

   В процессе нагрева в инертной атмосфере аргона или азота, губка теряет в объеме и массе до 70 %, но сохраняет свою пространственную 3D-структуру, становится твердой благодаря графитизации и формированию турбостатного графита.  В состав губки входит специфический белок спонгин, который образует жгуты-фибриллы, содержащие значительное количество ароматических соединений, и формирующие 3D структуру морской губки.

    Спонгин разрушается при температурах 400-500 ºС, но при этом успевает начаться процесс графитизации ароматических веществ, и, с ростом температуры 3D структура, состоящая из фибрилл спонгина и ароматических соединений, преобразуется в термостойкий, химически инертный и твердый турбостатный графит, который может использоваться далее в качестве основы для получения композитных материалов, составляя конкуренцию многостенным углеродным нанотрубкам, - так на качественном уровне физики объясняют формирование нового материала.

    Уникальность композитного материала на основе каркаса морских губок в том, что в результате термообработки, насыщенная углеродом губка воспроизводит форму и уникальную микроархитектуру оригинального каркаса морского животного. 

   Если каркас покрыть наноразмерным слоем меди, то он становится гибридным материалом с превосходными каталитическими характеристиками. То есть он может ускорять химические реакции, что важно для развития современных технологий и индустрии материалов. Например, такой катализатор может очищать морскую воду от токсичных соединений нитрофенолов, преобразуя их в нетоксичные и широко используемые в фармацевтической промышленности соединения. 

   Синхронный термический анализатор (дериватограф) был приобретен Коми научным центром в 2023 году рамках мероприятий по обновлению приборной базы, реализуемой благодаря федеральной программе «Развитие инфраструктуры для научных исследований и подготовки кадров» национального проекта «Наука и университеты». В настоящее время персонал физико-математического института прошел обучение и активно проводит исследования по карбонизации биоматериалов. В 2024 году в рамках программы обновления приборной базы в ФМИ была также закуплена трубчатая вакуумная печь, которая позволяет проводить карбонизацию материалов в граммовых количествах в инертных и окислительных средах.

   Заведующий лабораторией экологической физиологии растений Института биологии Игорь Далькэ рассказал журналистам БНКоми о результатах последних исследований борщевика Сосновского.  

   На территории Кавказа растет множество видов борщевика. В 19 веке европейские ботаники охарактеризовали там борщевик Мантегацци, который потом распространился в Западной Европе как декоративное растение. В 20 веке в Грузии советский ботаник Ида Манденова описала уже борщевик Сосновского, который позже распространяли в СССР как силосную культуру: сначала в Мурманскую область, из нее — в Коми, а после — по всей стране и Восточной Европе.

    До 2024 года считалось, что в республике растет именно борщевик Сосновского. Но коллектив авторов под руководством заведующего лабораторией экологической физиологии растений Игоря Далькэ сравнил генетические материалы борщевика Мантегацци, взятый на Кавказе, и борщевика в Мурманской области и Коми и выявили их схожесть. Поэтому специалисты считают, что в  регионах произрастает именно борщевик Мантегацци и уже в своих последних исследованиях указывают его.

  — Отсюда, внимание, вопрос: как штрафовать людей, если растет Мантегацци, а во всех правовых документах написан борщевик Сосновского? — задается вопросом Игорь Далькэ.

Как говорит ученый, отличить два вида сложно. Ида Манденова утверждала, что наиболее явная разница между ними заключается в высоте растений: у борщевика Сосновского она составляет до 1,5 метров, а у Мантегацци — от 3 метров и более; именно такого размера борщевик в Коми, указывает ученый научного центра. Другие специалисты указывают на отличия в форме листьев: у Сосновского она округлая, а у Мантегацци — острая.

Открытие позволяет объединить исследования западных и отечественных ученых. Раньше коллеги из других стран указывали, что данные, полученные в России, неприменимы в Европе. Граница между произрастанием видов «подозрительно четко» проходила по линии соприкосновения капиталистических стран и государств бывшего Варшавского договора, подчеркивает Игорь Далькэ, что и подтолкнуло коми ученых к анализу генетики растений. Теперь во внимании специалистов будет разность не видов, а экологических условий, в которых произрастают борщевики.

 — В наших условиях длительный снежный период позволяет созреть почти всем семенам борщевика, которые упали на почву осенью, а в Европе зимы более короткие и «теплые», поэтому часть семян борщевиков может недозреть. Из-за этого чешские исследователи говорят, что семена Мантегацци могут сохраняться в почве несколько лет, и это отличает их от семян борщевика Сосновского. Теперь мы видим, что дело не в видах, а в разных экологических условиях, — приводит пример Игорь Далькэ.

  Есть предположения, что борщевик Сосновского и Мантегацци — один вид. Их ареалы пересекались на Северном Кавказе. Кроме того, они скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство. Но исключить наличия в природе борщевика Сосновского нельзя. Чтобы окончательно поставить точку в этом вопросе, необходимо отправиться в Грузию в «locus classicus», место, где Ида Манденова изначально нашла и описала борщевик Сосновского, взять его типовые образцы и сравнить с Мантегацци. Как указал Игорь Далькэ, возможно, ученые решат этот вопрос в будущем.

Источник: БНКоми