Среди победителей, получивших от Российского научного фонда (РНФ) гранты на развитие комплексных научных программ организаций, - 13 академических институтов и всего три вуза. Один из них - Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ). Но, вчитавшись в список исполнителей, мы заметили, что руководители направлений программы - академики и членкоры РАН. Так ДВФУ - просто модная площадка, на развитие которой проще деньги получить?
“Нет, особенность науки Дальнего Востока - в том, что здесь университеты развивались и развиваются в глубокой интеграции с институтами ДВО РАН” - ответил “Поиску” академик, научный руководитель Национального научного центра морской биологии ДВО РАН и одновременно и.о. директора Школы естественных наук ДВФУ Андрей АДРИАНОВ.
Не делим, где чье
- Университет провозгласил приоритетным вектором своего научного развития исследование Мирового океана. Это логично - мы живем в Приморье, и морская тематика в плане изучения физики, химии, биологии океана, климатологии в ДВФУ динамично развивается. Интеграция же с институтами ДВО РАН здесь у вузов традиционна, она расширяет интеллектуальные ресурсы и экспериментальные возможности всех участников исследований. Мы стараемся уходить от дележа, где что чье. Все структуры - близко друг к другу, и когда возникает потребность в оборудовании, первым делом выясняем, нет ли у соседей. В рамках той же интеграции для университетской профессуры, студентов, аспирантов всегда открыты двери институтов ДВО РАН, например, нашего Национального научного центра морской биологии. Ну, а наши сотрудники преподают в Школе естественных наук ДВФУ. Словом, объединяя инструментарий и кадровые ресурсы для научных исследований, можно большего добиться, чем порознь. Потому и была разработана комплексная программа “Технологии мониторинга и рационального использования морских биологических ресурсов”. Эта тематика - мультидисциплинарная, она включает в себя пять обширных направлений научного поиска. Первое - современные технологии и технические средства контроля за состоянием морских экосистем и морскими биологическими ресурсами. Во главе - академик Юрий Кульчин, директор Института автоматики и процессов управления ДВО РАН и одновременно руководитель физико-математического кластера в Школе естественных наук. Второе - поиск современных химических методов контроля за различными загрязняющими веществами антропогенного характера как в водной среде, так и в тканях биологических объектов. Руководитель - членкор РАН Валентин Авраменко, он же - глава отдела в Институте химии ДВО РАН и химического кластера в университете. Есть еще направления, основанные на применении технологий воспроизводства и безотходной переработки морских биологических ресурсов, прикладных биотехнологий, проще говоря, марикультура как современное высокотехнологичное хозяйство. Тут работы идут под управлением профессора кафедры клеточной биологии и генетики ДВФУ Игоря Долматова, заведующего лабораторией сравнительной цитологии нашего центра.
- Клеточная биология и марикультура - в одном флаконе?
- А почему нет? Есть же технологии получения племенных пород животных. Скажем, отбирают суперценного быка или скакуна, которые стоят миллионы долларов, и их половыми продуктами искусственно оплодотворяют коров или лошадей, пытаясь получить потомство с нужными свойствами. У гидробионтов тоже можно провести отбор производителей, устойчивых к различным заболеваниям, с высокой степенью выживаемости и отменными товарными свойствами. Почему клеточная биология и генетика здесь важны? Например, биологические объекты растут с разной скоростью. Можно взять ген, регулирующий гормон роста, у рыбы быстро растущей, но не используемой как биоресурсный вид, и вставить его в геном представителей того вида, который промысловикам интересен, например, в карповых. Далее наблюдать одновозрастное потомство в контроле и после внедрения этого гена, по мере мониторинга увидеть появившуюся разницу в размерах, весе. Другое дело, что это - генная модификация, и тут же встает вопрос, нужен нам такой прирост товарной продукции или нет? Но в плане научных исследований это очень интересно и имеет большую перспективу, если в будущем будет разрешено использование генетически модифицированных морепродуктов и в России.
Кроме того, в рамках этого направления разрабатываются генетические маркеры для контроля за состоянием гидробионтов, которых мы используем в качестве производителей в марикультурных хозяйствах. Необходимо глубокое изучение жизненных циклов и разных возрастных стадий, начиная от личинки до зрелой особи, подбор и контроль специальных условий для обеспечения выживаемости. Отрабатываются технологии получения, например, камчатского краба или трепанга, начиная с забора половых клеток лучших производителей, далее контролируется развитие личинок в ювенильные стадии, которые уже можно высаживать на площадки в море. Но одновременно в марикультуре надо, как и у наземных сельскохозяйственных животных, контролировать заболеваемость - у гидробионтов масса вирусных и бактериальных инфекций, которые в одночасье могут вызвать высокую смертность. Многие болезни возникают в том числе из-за содержания культивируемых объектов в условиях высокой плотности. Это новое - никто не занимался вирусными заболеваниями таких гидробионтов, но это необходимо, если мы хотим развивать морскую аквакультуру.
- Это от привычки докапываться до основ или действительно расчет на то, что морским плантаторам в какой-то момент потребуется фундаментальный подход? Но разве сравнить результативность наших хозяйств и Юго-Восточной Азии?! Мы как будто с сохой ходим, а они гребут и гребут!
- Не все так плохо у нас, и не все так замечательно у них. Кто-то завидует им, а они - нам. Там вынуждены заниматься морским фермерством из-за безысходности - ну, не могут себе позволить столько товарной продукции взять из природных популяций, сколько им нужно, - а мы имеем возможность получать морепродукты из природных популяций.
Морем “привязать” к краю
Но появились и экономические предпосылки для развития морского сельского хозяйства. Ведь чтобы земледельца “привязать” к определенной территории, нужно дать ему в пользование участок земли. Так же через аукцион в аренду или долгосрочное пользование нужно дать человеку “надел” воды, чтобы он стал морским фермером. Но дать так, чтобы, вырастив, он имел право взять этот урожай. А то раньше до абсурда доходило: оформил себе в пользование участок моря, вырастил урожай того же гребешка, а вынуть его не вправе - вода - федеральная собственность. Чтобы собрать выращенный тобою урожай, сначала получи квоту на добычу биоресурсов. Лишь не так давно ситуация начала меняться, сейчас эти вопросы решены. Морское фермерство - это и шаг к разумному хозяйствованию, и одновременно к снижению давления на природные популяции. Зачем выгребать из естественной среды подчистую, если можно вырастить столько, сколько требуется? Надо оставить море живым для последующих поколений. А наука может подсказать, как получить продукцию в товарных масштабах.
Плюс нельзя забывать еще об одном значении развития марикультуры на Дальнем Востоке. Создание устойчивого сословия морских фермеров поможет решить проблему, как удержать людей в этом огромном крае. Здесь на четверти территории страны проживает населения меньше 6 миллионов, а через границу людей - сотни миллионов. Например, все знают, что в Приморье длинный вегетационный период: теплое лето - много что растет, один год - отлично, на другой - налетел тайфун, воды пришло по пояс - прощай, посевы! Но именно на Дальнем Востоке, где зона рискованного земледелия, надо развивать зону нерискованного морепользования. Есть технологии марикультурных конструкций, устойчивых к штормам. Если их вывести из закрытых мелководных бухт, где от скученности быстро образуется избыток органики, развиваются микроорганизмы, вызывающие гибель гидробионтов, то на открытых акваториях морские обитатели растут прекрасно. Конструкции эти можно заглублять, над ними еще 10-15 метров воды, ничто не мешает даже прибрежному судоходству. Плантации гидробионтов - будущее Дальнего Востока.
- Почему же многие местные жители против, да и власть не благоволит морским фермерам?
- Потому что марикультурные плантации конкурируют с прибрежным рыболовством, что тоже дает рабочие места, причем традиционные, и продовольствие, которое тут же можно выложить на прилавок. Под плантации нужно место, где нельзя таскать донные тралы. Мешает и то, что марикультурную продукцию в нашей стране еще не научились пускать в дело полностью. Поэтому еще одно направление нашей программы - технологии безотходной переработки гидробионтов, в том числе разработка инновационных лекарственных препаратов и функциональных пищевых продуктов из морского сырья. Ведь как сейчас? Вырастили гребешка, мускул оторвали, а остальное - часто просто в мусор. Получается, и гребешок излишне дорог, и ценный биологический материал выкинули. А ведь в морских обитателях большое количество биологически активных соединений, которые могут стать компонентами новых лекарственных средств, биологически активных добавок. “Зеленая аптека” сегодня ориентирована на наземные источники сырья, но именно океан может дать все необходимое для новых типов функционального питания и медицины. И этих ресурсов в океане гораздо больше, чем на поверхности планеты. Надо обратить внимание и на глубоководные организмы. Мы пока мало знаем об их реальном биоразнообразии и особенностях. Еще совсем недавно мы могли видеть их только в ужасающем состоянии, когда все живущее на абиссальных глубинах в сдавленном виде вываливалось на палубу из глубоководных тралов, - мертвое, с вывернутыми внутренностями. А теперь у нас появилось оборудование, позволяющее доставать эти объекты в очень хорошем состоянии. И оказалось, что в них огромное количество очень ценных биологически активных соединений, например, свои особые жирные кислоты и др. Возможно, и некоторые глубоководные обитатели со временем станут новыми и важными промысловыми объектами. Может, не для массового потребления, а для специального питания, индивидуальной диеты при отдельных заболеваниях, для получения компонентов новых лекарств.
Например, сейчас 80% антибиотиков, получаемых из наземных источников, уже не эффективны.
Но перед нами открыты уникальные кладовые океанских глубин. Это направление у нас возглавил заведующий лабораторией фармакологии Национального научного центра морской биологии ДВО РАН Юрий Хотимченко, одновременно он - директор Школы биомедицины ДВФУ. Вот такая связка вуза и академических сил.
А вот еще пример, как знания о морских обитателях помогают в поиске минеральных ресурсов океана, например, углеводородов. Есть такие черви - погонофоры - огромный вклад в изучение которых внес член-корреспондент РАН Владимир Васильевич Малахов, профессор МГУ, мегагрантник, создавший семь лет назад лабораторию биологии морских беспозвоночных в Школе естественных наук ДВФУ. Погонофоры живут на дне морей в тонких трубочках, напоминающих волосы. У них есть симбиотические бактерии, которые окисляют метан, при этом выделяется энергия, необходимая для синтеза органических соединений. То есть основа жизни таких глубоководных обитателей - хемосинтез. Этим червям для существования нужен метан. А где он есть? Там, где гниет органика, где оттаивает вечная мерзлота, и там, где есть нефть и газ. Действительно, везде, где когда-либо были найдены черви-погонофоры, на морском дне есть нефть: в Северном и Баренцевом морях, на шельфе острова Сахалин. Недавно погонофор обнаружили в Охотском и Беринговом морях.
“Носом” в воду
- В одиночку сложнее достигнуть серьезных результатов как на площадке академического института, так и на базе университета, а в рамках совместных программ наши возможности суммируются. Если у нас есть подводные аппараты, способные собирать материал на глубине в несколько километров, то техника будет задействована в интересах разных специалистов. Отбор проб во время таких рейсов ведется и для геологов, и для химиков, и для биологов.
Совместными усилиями мы также стараемся осуществлять контроль за состоянием природных популяций важных ресурсных видов на генетическом, молекулярно-биологическом и биохимическом уровнях.
- Зачем?
- Это связано в том числе и с проблемами биологической и токсикологической безопасности морских акваторий и продукции морского происхождения.
Есть проблема видов-вселенцев, которые проникают в наши воды в биообрастаниях на корпусах судов, с балластными водами. Это и микроводоросли, и морские беспозвоночные, которые встраиваются в локальные экосистемы и могут представлять опасность для аборигенных видов.
Многие микроводоросли содержат токсины, способные накапливаться в тканях гидробионтов, в том числе промысловых. Среди наиболее опасных - нейропаралитические, амнезийные, диарейные токсины, способные вызвать сильнейшие отравления у человека и теплокровных животных. Здесь же и проблемы загрязнения акваторий, что влиет на физиологическое состояние гидробионтов и их репродуктивные возможности.
- Теперь скажете, что и seafood есть нельзя?
- Я скажу, что ситуацию надо постоянно и тщательно отслеживать, - вступает в разговор академик Юрий Кульчин, ответственный за направление “Современные технологии и технические средства контроля за состоянием морских экосистем и морскими биологическими ресурсами”. - Из-за всемирного потепления гидробионты с юга продвигаются на север, осваивая ранее необжитые ими пространства, подчас уничтожая аборигенные особи. Или взять цветные приливы, обусловленные тем, что в Китае идет широкое распахивание земель. Это приводит к эрозии почвы, которая огромными массами переносится пылевыми бурями на высоте до 10 000 м на огромные расстояния и выпадает в океан. От этого интенсивно развивается планктон. Когда его в воде становится много, он начинает конкурировать друг с другом, вырабатывая яды.
- А наши аграрии не распахивают почвы?
- Распахивают, вопрос - в масштабах воздействия. Проблемы экологии - проблемы всей планеты. Ни одна страна не согласна добровольно заморозить свое развитие: остановить заводы, чтобы сократить стоки, перестать тревожить землю, рубить лес, ловить рыбу... Но есть выход: не брать гидробионты в тот период, когда они точно полны токсинов. Мы, например, с помощью лидаров видим, что поднялась пылевая буря и куда она движется. Значит, через 2-3 дня там-то появится цветной прилив. Красный, желтый или синий - зависит от биологического объекта, который придает воде цвет. Это могут быть водоросли или зоопланктон. Система агропользования в целом в мире неэффективна. Надо переходить к лицензионному агрохозяйствованию - наземному и морскому. Нужно эффективно использовать ресурсы, которые есть. А для этого - создавать систему автоматического мониторинга: отслеживать температуру воды или почвы, состав, наличие минеральной среды, вредителей, болезней. Необходимы регулярное комплексное обследование и соответствующее воздействие. У нас пример рядом - Япония. Страна маленькая, но продуктами питания она себя в значительной степени обеспечивает.
- Про Японию еще тридцать лет назад говорили, что она живет в ХХI веке, а мы?
- Пройдите по институтам ДВО РАН и посмотрите, что делается в этом направлении. В Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН заканчивается подготовка к испытаниям беспилотника (есть вариант с оператором-человеком), который кроме акустической и видеоинформации даст ученым данные по химическому составу воды и грунта исследуемой акватории в реальном времени.
- Что за “нос” вы ему приделали?
- Там применен лазерный искровой метод измерения. Плюс мы разрабатываем большой цикл оборудования для мониторинга водных сред через акустику - низкочастотные колебания, которые в океане распространяются на большие расстояния. Они дают информацию о колебаниях толщи воды, турбулентности, мы можем дистанционно определить причину загрязнения воды или поверхности акватории, тут же измерить концентрацию и химический состав, послушать, как шумят животные. У нас есть большое направление исследований, связанное с экологией и состоянием биологических объектов. Мы пытаемся в рамках этого проекта научиться получать информацию от живых объектов - по их реакции определяем, что происходит в океане, какие там присутствуют токсины, тяжелые металлы. Мы научились видеть, как живой планктон реагирует на присутствие токсинов в воде, измеряя состав и концентрацию веществ по типу и силе смещения спектра оптического луча в водной среде. И таких современных методов дистанционного мониторинга океана уже много, важно привыкнуть комплексно их использовать. Например, коллектив Института проблем морских технологий под руководством членкора РАН Александра Щербатюка, одновременно он - заведующий кафедрой подводной робототехники ДВФУ, конструирует автономные подводные аппараты. И когда их делают, привлекают студентов, аспирантов. Кстати, студенческая команда по подводной робототехнике ДВФУ все время завоевывает чемпионские места на мировых соревнованиях. И когда появляются такие технические средства, их начинают использовать для автоматического контроля биоресурсных видов.
На глазок не годится
Это уже направление программы “Современные технологии учета морских биологических ресурсов и мониторинга природных популяций особо ценных промысловых гидробионтов”. Рассказывая о нем, руководитель А.Адрианов замечает:
- В принципе, дальневосточники знают, где наибольшие запасы камчатского краба, приморского гребешка, голотурий, морских ежей. Но ведь надо знать точно, кого и сколько можно взять, чтобы разом не подорвать запасы навсегда. Раньше это делали примерно так: выходил пароход, тянул донный трал, цеплял, что попадалось, потом на палубу вываливали пойманное и считали, кого сколько вытащили. Дальше взвешивали на весах, чесали в затылке и, проведя несколько таких заходов, совершали экстраполяцию на квадрат оцениваемой площади. Но донные ландшафты не менее сложны, чем наземные. Организмы распределены неравномерно: где-то они образуют скопления, где-то их нет, мигрируют, в один сезон уходят в глубину, в другой - поднимаются на мелководье для размножения. А динамику контролировать необычайно сложно. На малых глубинах это делается с помощью легководолазной техники. Движется водолаз, бросает рамочку, считает, сколько в нее кого попало, собирает живность. Точность тоже невелика, учитывая возможности человека. А подводный беспилотник, телеуправляемый или автономный, созданный, например, в ИПМТ ДВО РАН, движется специальными галсами, фотографирует дно с частотой раз в полсекунды, программа автоматически “сшивает” эти снимки между собой, и вы можете получить фотографию сколь угодно большого участка морского дна, причем с высоким разрешением. Для машины безразлично, “сшивать” 10 или 1000 снимков, неважно, при температуре воды 0 или 20 градусов, - автономный аппарат может сутками работать по специальной программе. На мониторе вы видите всех попавших в кадр гидробионтов. Можете задать параметры, и компьютер вам посчитает плотность группировки. Лазерная линейка дает информацию о форме и размерах объекта, необходимых для определения его объема и дальнейшего расчета его биомассы. В итоге вы понимаете, сколько у вас запасов конкретных промысловых объектов на данной площади. А дальше, зная циклы размножения гидробионтов, особенности их миграции, на основе всех этих методов вы можете дать точную рекомендацию, сколько отсюда можно взять без вреда для популяции, сделать прогноз на будущее. Конечно, помимо визуального мониторинга еще нужны технологии контроля состояния популяций промысловых видов на генетическом и биохимическом уровнях.
- Еще плюс: вы их не выдергиваете из естественной среды.
- И это очень важно! Когда вы считаете гидробионтов из трала на палубе, то по завершении всех этих процедур большая их часть погибает, идет за борт. А здесь возможна оценка запасов без изъятия гидробионтов из среды обитания и их гибели. Конечно, для лабораторных исследований происходит изъятие гидробионтов, но только в необходимом количестве.
Приведу пример, насколько важен мониторинг генетического разнообразия в популяциях промысловых видов. Где-то в конце 90-х годов с участием специалистов Института биологии моря РАН и коллег из отраслевых рыбохозяйственных институтов были проведены исследования генетического разнообразия популяции камчатского краба в районе западного побережья Камчатки. Очень значимый биоресурс. Казалось бы, краба достаточно много, ничего ему не угрожает, но исследования показали, что генетическое разнообразие в популяции заметно снизилось. Что же произошло, ведь, на первый взгляд, численность довольно высокая? Причина оказалась в следующем. Когда на палубу рыболовного судна вынимают крабовые ловушки, выбирают только самцов определенного размера. Самок необходимо тут же отправить за борт, ведь они могут быть с икрой и должны дать потомство. Причем отправляют по специальному желобу, чтобы не травмировать. Товарный краб - самцы, карапакс (панцирь) которых не менее 15 см в поперечнике. Маломерок-самцов тоже выбрасывают в море - пусть подрастут. Но пока их таскают и кидают, у крабов часто травмируются конечности. Они могут двигаться и питаться, но у них возникают проблемы с размножением. У крабов есть ритуал: самец должен поносить самку “на руках”. Когда-то и у людей такое было. Дело в том, что во время линьки у самки мягкие покровы, она уязвима для хищника, и краб-самец ее охраняет в том числе и от других самцов. Только в это время и при соблюдении такой процедуры может произойти нормальное оплодотворение. Но крупных-то крабов выловили, а маломерки хилы, чтобы носить самку на клешнях, а то и нет у них второй клешни. В итоге большое количество самок оставалось неоплодотворенным. Вроде много и самцов, и самок, а идет вырождение популяции. Это как выходить замуж только в своей деревне, где взрослых мужиков уже нет. Для продолжения рода нужен разнообразный генетический материал. Словом, когда это поняли, снизили пресс вылова. Поняли потому, что осознали значимость ведения генетического мониторинга.
В рамках мониторинга с использованием молекулярно-биологических маркеров контролируются физиологическое состояние гидробионтов и процессы накопления в их организмах различных веществ, используемых человеком в быту и промышленности. Некоторые из них являются эстрогенами и, попадая в море, влияют на репродуктивную систему животных.
У самки моллюска, например, начинает сбиваться гормональный цикл, и вырастает мужской копулятивный орган - она уже не способна к нормальному размножению. Таких особей в популяциях в загрязненных заливах и бухтах может быть очень много. А у самцов камбалы, например, под действием эстрогенов в результате нарушения эндокринной регуляции появляются химические соединения, свойственные женским особям, происходит феминизация самцов, и они тоже не могут полноценно участвовать в размножении. У морских ежей из загрязненных эстрогенами прибрежных вод также обнаруживаются особи с признаками обоих полов.
В результате вроде как особи все есть, а полноценно участвовать в размножении они не способны. Эти явления могут представлять существенную угрозу выживаемости популяции.
Оценка иммунного статуса особей на биохимическом уровне - тоже важный вид мониторинга состояния природных популяций промысловых видов.
И еще в качестве добываемых объектов мы тасуем одну и ту же колоду: крабы, ежи, голотурии, моллюски... Но когда наши коллеги-робототехники сделали нас под водой зрячими, дали нам “руки”, мы увидели и прикоснулись к огромному биологическому разнообразию, в том числе и на больших глубинах, о котором мы раньше даже не подозревали, мы поняли, сколько нового могут дать человечеству эти морские организмы уже в ближайшем будущем.
Словом, программа, осуществляемая по гранту РНФ, уже дает знания, применение которых обогатит и наш стол, и фармакологию и непременно будет иметь продолжение в наших последующих исследованиях ради необходимого баланса между разумным природопользованием и сохранением природы Мирового океана для будущих поколений.
Источник http://rscf.ru