Статья: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОТЕХНОЛОГИЙ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ ЕВРАЗИИ (2025)

В работе приведены результаты сравнительных исследований физико-механических свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и модифицированных полимерных композиционных материалов (ПКМ) после стендовых натурных испытаний на климатическом полигоне в г. Якутск, проведенных в марте и в октябре. Исследования физико-механических показателей экспонированных образцов проводились через 30, 105, 135, 180, 270 и 365 дней. Выявлено, что старение образцов СВМПЭ приходятся на летние месяцы, независимо от сезона выставления. Рассмотрены изменения физико-химической структуры методом ИК-спектроскопии. Установлена интенсификация процессов фотохимической деструкции СВМПЭ в присутствии углеродных волокон. Проведены расчеты температур поверхности образцов при облучении солнечной радиацией в условиях натурной экспозиции в г. Якутск, используя линейную регрессионную модель для оценки температуры поверхности материалов с покрытиями разного цвета.

Получены новые данные о влиянии климатических факторов Якутии на изменение деформационно-прочностных свойств СВМПЭ. Установлены механизмы воздействия факторов окружающей среды: температуры, солнечной радиации, сезона экспонирования на процессы старения СВМПЭ и его композитов. Результаты получат развитие в полимерном материаловедении для решения вопросов по снижению старения полимеров. На основании проведенных работ композиционные материалы на основе СВМПЭ, предназначенные для работы под открытым воздухом в условиях Якутии, например футеровки, рекомендуется дополнительно модифицировать эффективными стабилизаторами с целью предотвращения процессов светового старения.

В условиях растущих требований к надежности и долговечности полимерных материалов, используемых в узлах трения и уплотнительных системах, актуальной задачей является разработка композитов с улучшенными триботехническими и механическими свойствами. Политетрафторэтилен (ПТФЭ) широко применяется благодаря своим уникальным антифрикционным характеристикам, однако его низкая износостойкость ограничивает использование в экстремальных условиях. Модификация ПТФЭ наполнителями, такими как диоксид церия (CeO2), позволяет улучшить его эксплуатационные свойства. Цель исследования: изучение влияния механохимической активации оксида церия на свойства и структуру ПТФЭ для улучшения механических и триботехнических характеристик. В работе использовались методы переработки полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе ПТФЭ. Механохимическая активация CeO2 проводилась в планетарной мельнице. Для анализа структуры и свойств применялись рентгеноструктурный анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия, ИК-спектроскопия, а также механические и триботехнические испытания. Установлено, что введение 2 мас.% CeO2 в ПТФЭ повышает степень кристалличности и энтальпию плавления ПКМ при использовании механоактивированного наполнителя. Триботехническими испытаниями установлено повышение износостойкости ПКМ с механоактивированным CeO2 в 254 раза при сохранении коэффициента трения на уровне исходного полимера. Исследование поверхностей трения ПКМ методом ИК-спектроскопии выявило образование перфторкарбоксилатных солей в процессе изнашивания, что свидетельствует о протекании трибохимических процессов. Разработанные ПКМ на основе ПТФЭ с механоактивированным CeO2 демонстрируют улучшенные механические и триботехнические свойства, что делает их перспективными материалами для применения в узлах трения и уплотнительных системах.

В работе показано, что большой ресурс для развития биоэкономики имеет Северо-Восток Евразии. В результате действия экстремальных природно-климатических факторов на биоту в тканях северных организмов синтезируется уникальный комплекс биоактивных веществ. Их интактное выделение с помощью современных физико-химических биотехнологий, во-первых, позволяет создавать биопрепараты регуляторного и защитного действия по отношению к организму человека, которые находят широкое применение в медицине, пищевой промышленности и косметологии. Во-вторых, их производство из вторичного сырья и отходов традиционных отраслей хозяйствования на Севере (северное оленеводство, коневодство холодоадаптированной якутской лошади, охотничий и рыбный промыслы, выращивание в природных условиях и собирательство дикоросов) позволяет на 25–40 % повысить их рентабельность, в итоге – качество, уровень жизни и состояние здоровья северян. В Республике Саха (Якутия) имеются все условия и составляющие, необходимые для развития биотехнологической промышленности: уникальное по составу биоактивных веществ, самовозобновляемое, экологически чистое, северное растительное и животное биосырье; квалифицированные кадры биотехнологов и медицинских работников, проводящих доклинические и клинические испытания разрабатываемых биопрепаратов; материально-техническая база – экспериментальный биоцех в Институте биологических проблем криолитозоны (ИБПК) СО РАН, в котором используются современные физико-химические биотехнологии для интактного выделения комплексов биоактивных веществ из тканей холодоадаптированных дикоросов и аборигенных видов животных; большой задел в виде созданных биопрепаратов, имеющих сертификаты Роспотребнадзора (ЕВРАЗЭС). В статье приводится обзор авторских биопрепаратов, их физико-химических свойств, результатов доклинических и клинических испытаний, области применения в профилактической, лечебной и реабилитационной медицине, а также в производстве функциональных продуктов питания, в организациях и на предприятиях соответствующих квалифицированных пользователей (медицинские учреждения, предприятия пищевой промышленности и др.). Намечены задачи следующего этапа развития биоэкономики в регионе.

Указ Президента РФ от 07.05.2024 №309 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года», Федеральный закон от 30.11.2024 № 428-ФЗ «О биоресурсных центрах и биологических (биоресурсных) коллекциях и о внесении изменений в статью 29 Федерального закона «О животном мире», Федеральный закон от 13.07.2020 № 193-ФЗ «О государственной поддержке предпринимательской деятельности в Арктической зоне Российской Федерации», Указ Президента РФ от 26.10.2020 N 645 (ред. от 27.02.2023) «О Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года» и планируемый к реализации с апреля 2025 года Национальный проект «Биоэкономика» имеют сопряженные цели и задачи применительно к Арктической зоне РФ (АЗРФ). В статье обсуждаются возможности их достижения с учетом наличия организационно-правовых и научных заделов, с опорой на которые представляется реализуемым соответствующий комплекс мер. В АЗРФ, где жесткий климат ограничивает возможности сельскохозяйственного производства, развитие биоэкономики возможно с использованием дикоросов и животных, обитающих в вольном или полувольном состоянии. Биопродуктивность арктической и субарктической биоты невелика, в связи с чем эффективное хозяйствование возможно при организации глубокой переработки сырья, расширении линейки производимой продукции и рынков ее реализации. Доступные к использованию запасы биомассы достаточны для хозяйственного использования в рамках малого и среднего бизнеса местного населения на основе использования современных физико-химических биотехнологий.

В статье рассмотрены результаты исследований плейстоценовых энтомофаун и дождевых червей в четвертичных отложениях Северо-Востока России. Ископаемые представители мезофауны четвертичного периода обнаружены в погребенных горизонтах и едомных отложениях Батагайской термоэрозионной котловины, а также в заиленных песках обнажения Улахан Сууллар Янского плоскогорья. По данным палеорастительных реконструкций, Батагайский участок, расположенный на Янском плоскогории Якутии, на протяжении большей части позднего плейстоцена был покрыт луговыми степями и лиственничными лесами. Проведенные исследования в погребенных почвах исследуемых участков выявили, что в целом соотношение тайги и лугово-степной растительности в общем растительном покрове в течение всего времени варьировало в соответствии с меняющимися климатическими условиями, а также со степенью воздействия периодически возникающих лесных пожаров. Приведены некоторые доминантные виды плейстоценовых сообществ (Hypera, Morychus viridis, Pterostichus (Cryobius) и др.), описаны особенности их экологии и распространения, а также обсуждены возможности проведения палеореконструкций природных условий прошлых эпох. Исследования показали, что палеоэнтомологические остатки, обнаруженные в многолетнемерзлых толщах изученных нами объектов Янского плоскогорья (Батагайская котловина и обнажение Улахан Сууллар), свидетельствуют о том, что на этой территории обитали насекомые, населяющие как лесные растительные комплексы, так и тундростепные фитоценозы.

Для оценки качества среды по состоянию живых существ наряду с рекомендованной Betula pendula Roth. можно использовать другие широко распространенные в городах древесные растения. Материал был собран в 2018–2024 гг. в г. Иркутск. В качестве объектов научных исследований были выбраны 12 массовых видов древесных растений. В качестве фактора влияния учитывался автомобильный транспорт. Было заложено 202 пробные площадки в трех зонах: транспортной, селитебной и рекреационной. Средние показатели флуктуирующей асимметрии между транспортной зоной с интенсивным движением и рекреационной у Ulmus parvifolia увеличиваются в 1,41, Pyrus ussuriensis – в 1,36, Padus maackii – в 1,34, Padus avium, Acer negundo и Betula pendula – в 1,33, Acer ginnala – в 1,29 раза, что указывает на высокую их чувствительность к исследуемому фактору. У Populus alba и Malus baccata напряженность воздействия присутствует, но изменения менее выражены (разница в 1,17, и 1,23 раза соответственно). У Syringa vulgaris и Syringa josikaea значительных колебаний в показателях стабильности развития между всеми исследованными зонами не наблюдается. У Populus balsamifera различия в показателях флуктуирующей асимметрии в зависимости от интенсивности транспортного потока не выявлены. Полученные показатели флуктуирующей асимметрии позволили разработать шкалы для восьми видов фанерофитов, которые можно применять в мониторинге состояния природной среды урбанизированных территорий. Применение флуктуирующей асимметрии позволяет осуществлять достоверную оценку показателей стабильности развития самих древесных растений и тем самым грамотно и целенаправленно осуществлять подбор видов с определенными параметрами восприятия негативного воздействия для озеленения городов. Для его проведения можно использовать «коэффициент различия стабильности развития», который учитывает видовые отличия изучаемых признаков, используя в качестве базового значение с рекреационных территорий.

В работе представлено хемотаксономическое исследование трех видов лиственниц: лиственница Каяндера (Larix cajanderi), лиственница сибирская (Larix sibirica) и лиственница Гмелина (Larix gmelinii). Изучены метаболомные профили, полученные методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором, различных органов (хвоя, кора и шишки) для выявления видовых особенностей на биохимическом уровне, а также их связи с экологическими условиями произрастания. Исследуемые образцы растений были собраны в однотипных условиях на территории Ботанического сада Института биологических проблем криолитозоны СО РАН. Анализ собранных образцов проводился методом метаболомного профайлинга с использованием газового хромато-масс-спектрометра (ГХ-МС). Результаты исследований показали, что L. gmelinii и L. cajanderi имеют близкие метаболические профили, рассчитанные методом главных компонент (PCA), что указывает на их близость на биохимическом уровне и может быть связано с аналогичными экологическими адаптациями в условиях Центральной Якутии. Напротив, L. sibirica формировала отдельный кластер, подтверждая свою идентичность и отличия в метаболическом профиле. Анализ метаболомов показал, что экологические факторы, такие как влажность, температура и условия почвы, оказывают более значительное влияние на химический состав хвои и коры указанных видов по сравнению с их таксономическими различиями. Полученные результаты подчеркивают важность учета экологических факторов при изучении систематики и дифференциации видов рода Larix, а также открывают новые пути для дальнейших исследований в области экологической биохимии хвойных древесных растений. Представленная работа может послужить основой для будущих исследований метаболомики и хемотаксономии в контексте адаптации растений к меняющимся экологическим условиям.

Проведена оценка стратегий жизни плотнодерновинных злаков Festuca lenensis и Koeleria cristata в степных сообществах Центральной Якутии. В рамках наиболее распространенной на данное время концепции экологофитоценотических стратегий Л. Г. Раменского и Дж. Грайма выделяют три основных типа стратегий: конкуренты – competitors; стресс-толеранты – stress-tolerants; рудералы – ruderals (CSR-стратегии). Для каждого типа стратегии характерен свой комплекс адаптивных онтогенетических и популяционных признаков. Учитывался комплекс адаптивных популяционных показателей: плотность, индексы восстановления (IВ), старения (IС), базовый спектр, типы регенеративной стратегии, виталитетная структура. Всего исследованы 21 ценопопуляция Festuca lenensis и 12 ценопопуляций Koeleria cristata. Проведена оценка экологических условий сообществ с использованием экологических шкал, учитывалось влияние следующих экологических факторов – увлажнение (У), богатство – засоленность почвы (БЗ) и пастбищная дигрессия (ПД). В долине среднего течения р. Лена Festuca lenensis произрастает при увлажнении 56,0–59,0 ступени, богатстве – засоленности почв 10,4–11,4 ступени и при пастбищной дигрессии от 3,8 до 4,5 ступени. Сообщества с участием с Koeleria cristata приурочены к участкам с увлажнением 54,5–59,0 ступени, богатством – засоленностью почв 10,4– 12,2 ступени и пастбищной дигрессией 4,2–4,5 ступени. Для Festuca lenensis и Koeleria cristata установлены различные типы жизненных стратегий. Эколого-фитоценотическая стратегия Festuca lenensis является типичной для мелких дерновинных злаков непродуктивных сообществ CSR стратегией. Для Koeleria cristata установлена S стратегия. Стратегии жизни Festuca lenensis и Koeleria cristata, обусловленные различными адаптивными реакциями популяционных показателей на одни и те же эколого-фитоценотические условия, обеспечивают их успешное совместное существование в трансформирующихся условиях реликтовых степных сообществ Центральной Якутии.

Приведены результаты экспериментальных исследований по установлению влияния знакопеременного температурного воздействия на энергоемкость разрушения образцов доломита трубки «Интернациональная» и известняков карьера «Мохсоголлох» в нивальных условиях, при насыщении их растворами солей (NaCl) различных концентраций. Концентрация соли в растворе составляла от 0–20 %. Исследования выявили, что после пяти циклов замораживания-оттаивания в нивальной среде без содержания в растворе соли (0 %), энергозатраты на разрушение доломита трубки «Интернациональная» снижаются на 6 %. С увеличением концентрации соли в растворе энергоемкость разрушения образцов доломита повышается вплоть до первоначальных значений, соответствующих исходным показателям разрушения (без воздействия циклов). Энергоемкость разрушения образцов известняка карьера «Мохсоголлох» под действием пяти циклов замораживания-оттаивания в нивальных условиях максимально снижается на 15 %, при любом содержании соли в растворе. В отличие от доломита трубки «Интернациональная» влияние концентрации соли в растворе на энергоемкость разрушения образцов известняка карьера «Мохсоголлох» не выявлено. Установлено, что нивальные условия выветривания в меньшей степени воздействуют на образцы исследованных пород, чем аквальные.

Изучение влияния воды на механические свойства горных пород необходимо для практики их разработки, в частности, при добыче полезных ископаемых, сооружении плотин, прокладывании туннелей, захоронении отходов. Присутствие воды в поровом пространстве материала наряду с наличием самих пор, трещин, каверн оказывает существенное влияние на механические свойства материала. Представлены результаты экспериментального исследования влияния условий водонасыщения на прочность при сжатии образцов доломита и известняка, представляющих вмещающие породы на месторождениях алмазов трубки «Ботуобинская» и трубки «Дальняя». В соответствии с разработанной методикой исследования осуществлен выбор режимов водонасыщения и проведены механические испытания образцов, насыщенных до определенного уровня и затем выдержанных в течение различного времени. По результатам трех серий испытаний построены зависимости прочности доломита при сжатии от времени выдержки и установлено существенное влияние времени выдержки на прочность материала, которое может приводить как к снижению, так и к увеличению прочности. Высказана гипотеза о том, что такое поведение материала связано с неравномерным распределением влаги и образованием «сухого» ядра в образце. Показано, что в рамках модели «сухого» ядра в материале могут быть реализованы различные сценарии разрушения, и это отразится на характере зависимости прочности образца от времени выдержки во влажном состоянии, включая ее немонотонное поведение. Полученные результаты имеют не только фундаментальное значение для понимания и соответствующего описания механизмов воздействия воды на породу, но также и практическое значение для оценки устойчивости и длительной прочности обводненных горных выработок.

Приводятся результаты применения методов машинного обучения для прогнозирования золоторудной минерализации на поисковой стадии геологоразведочных работ на примере Верхнеамгинского щелочного массива Алдано-Станового щита. Использованы данные анализа 403 штуфных проб методом ICP-AES на 25 химических элементов. Протестированы восемь алгоритмов классификации: Random Forest, Support Vector Machine, Neural Network (Multilayer Perceptron), Boosting (AdaBoost), Decision Tree, K-Nearest Neighbors, Linear Discriminant Analysis и Naive Bayes. Наивысшую точность (до 89,6 %) продемонстрировали Random Forest и Support Vector Machine, основанные на выявлении взаимосвязей между рудными элементами (Au, Ag, As, Cu, Sb) и элементами с отрицательной корреляцией (Mg, Ca, Ti). Результаты подтверждены ROC-анализом. При создании модели машинного обучения в качестве целевой переменной приняты значения «рудного» фактора для каждой пробы, использованные в качестве предиктора. С помощью построения аномальных полей значений «рудного» фактора проведено сравнение параметров известных объектов и прогнозируемых площадей. Методы машинного обучения позволяют оперативно и надежно интерпретировать аналитические данные, полученные с использованием спектрометрии или портативных XRF-анализаторов. Для повышения точности прогноза подчеркивается важность комбинации традиционных статистических методов (кластерный, факторный анализ) с современными алгоритмами машинного обучения.

В статье приводятся данные о типохимических особенностях и условиях образования минералов редкоземельных элементов (РЗЭ) из метаморфических углеродсодержащих вулканогенно-осадочных и осадочных отложений манюкуяхинской свиты (RF3) хр. Енганэ-Пэ арктических территорий Урала. Среди минералов, содержащих РЗЭ во всех типах исследуемых пород, установлены алланит-(Ce), монацит-(Ce) и ксенотим-(Y). В метапелитах хр. Енганэ-Пэ впервые установлены фторкарбонат редких земель – синхизит-(Ce) и редкая разновидность гидратированного торита с повышенными содержаниями РЗЭ, P, As ((Th0,44–0,55Y0,21–0,24Сa0,11–0,12 Zr0,08–0,09Се0,04Fе0,03–0,04Nd0,03U0,05Yb0,01–0,02Gd0,01)Σ1,05–1,11(Si0,70–0,72P0,19–0,20As0,06V0,03)Σ1O4OH). В вулканогенноосадочных породах хр. Енганэ-Пэ установлен редкоземельный водосодержащий силикат кайнозит-(Y) в ассоциации с карбонатами, на поверхности халькопирита обнаружен водный силикат меди, свинца и железа, определенный нами как кризейит. Изучение типоморфных и кристаллохимических особенностей позволило построить схему эволюции составов РЗЭ-содержащих минералов в исследуемых образованиях. В качестве основных минералов-концентраторов РЗЭ и Th в осадочных и вулканогенно-осадочных углеродсодержащих породах манюкуяхинской свиты выступают циркон, апатит, алланит-(Ce), монацит-(Ce) и ксенотим-(Y). В результате гидротермально-метаморфических преобразований пород редкоземельные элементы переотлагались, образуя собственные минеральные формы: торит, синхизит-(Ce), кайнозит-(Y), гидротермально измененные зерна и каймы монацита-(Ce) и ксенотима-(Y).

Подмерзлотные водоносные горизонты характеризуются низкими пластовыми температурами и давлениями, близкими к условным гидростатистическим, что позволяет их рассматривать в качестве геологических формаций для организации подземных хранилищ газа в гидратном состоянии. Для проектирования таких подземных хранилищ газа требуется проведение экспериментальных исследований гидратообразования в пористых средах. В настоящей работе рассматриваются подмерзлотные водоносные горизонты Вилюйской синеклизы, где зона стабильности гидратов охватывает меловые и юрские отложения, которые представляют собой терригенно-глинистые толщи. На условия гидратообразования влияют свойства пористой среды: минералогический и гранулометрический состав, плотность, пористость и влажность, наличие органических и неорганических примесей, в особенности глин. Следовательно, исследование гидратообразования в глинистых грунтах – это важная составляющая, которая будет основой для создания подземных хранилищ газа. Для изучения термобарических условий гидратообразования использовался метод дифференциального термического анализа. Образцы пористых сред представляли собой глинистые грунты с различной влажностью в диапазоне от 15 до 40 %. Обнаружено, что в грунтах с влажностью 20 % и более формируется механическая смесь гидратов практически чистого метана и газа с более высокой молекулярной массой. Установлено, что при повышении влажности глинистых грунтов кинетические характеристики гидратообразования снижаются. На основе проведенного исследования можно заключить, что для организации подземных хранилищ газа в гидратном состоянии подходят пористые среды, в которых глинистые прослои обладают минимальной влажностью.