ИБК РАН
  

Поиск

Яндекс метрика

Яндекс.Метрика

Оптимизация ресурса

Баннеры

ИСТОРИЯ ЛАБОРАТОРИИ.

Лаборатория криобиологии и биофизики воды (первоначальное название – «Лаборатория биофизики клетки») ведет свое начало с 1966 года. Основателем и бессменным руководителем лаборатории в течение почти четверти века был профессор Борис Николаевич Вепринцев.

В 1978 году проф. Б.Н. Вепринцевым были разработаны основные положения «Программы сохранения генетических ресурсов методами криоконсервации», а в 1980 году в руководимой им лаборатории биофизики клетки была создана группа по криоконсервации геномов животных.

С февраля 1989 года тема "Теоретические и экспериментальные основы создания генетического криобанка редких и исчезающих видов животных" стала основным направлением лаборатории.

С 1991 года лабораторию возглавила к.б.н. Эдит Николаевна Гахова. В конце 1997 г. был сформирован новый коллектив лаборатории с новым названием, отражающим основные направления ее деятельности - «Криоконсервация генетических ресурсов (Генетический криобанк)».

Осенью 2014 года произошло объединение коллективов лаборатории криоконсервации генетических ресурсов и лаборатории физики, химии и биологии воды. Исследовательская деятельность двух лабораторий уже длительное время развивалась в дополняющих друг друга научных направлениях.

Руководителем нового подразделения стал к.б.н. Евгений Евгеньевич Фесенко (мл.). В настоящее время в лаборатории трудятся 24 сотрудника.

ДОСТИЖЕНИЯ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ В ПРИКЛАДНЫХ РАБОТАХ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 5 ЛЕТ.

  • Создана новая эффективная среда для криоконсервирования сельскохозяйственных животных на основе фосфолипидов растительного происхождения.
    В современном животноводстве активно используются технологии искусственного осеменения с применением криоконсервированного семени. Традиционные среды для криоконсервации семени с-х животных содержат сложные компоненты животного происхождения, которые несут опасность контаминации опасными патогенами, а также часто приводят к нежелательным иммунным реакциям реципиентов. В Лаборатории разработана новая эффективная среда для криоконсервирования семени быка, не содержащая компонентов животного происхождения. В новую среду помимо традиционных криопротекторов включены фосфолипиды растительного происхождения, которые вводятся в раствор в виде наноразмерных липосом (средний размер до 100 нм).
    Работа поддержана ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
  • Разработаны основные принципы использования посмертно-извлеченного семени животных для криобанков.
    Последние годы во всем мире активно создаются генетические криобанки, в т.ч. банки семени животных. В случае редких видов животных часто возникают большие сложности с получением материала для криоконсервации в силу низкой исследованности репродуктивной физиологии. Нами обнаружено, что семенники павших животных содержат живые сперматозоиды, которые сохраняют жизнеспособность от двух до десяти суток. Нами изучена возможность использовать посмертно получаемые сперматозоиды для генетических крибанков. Исследованы оплодотворяющая способность, наличие изменений в ДНК, физиологические изменения, криорезистентность посмертных сперматозоидов. Подобраны основные критерии для оценки пригодности посмертных сперматозоидов для дальнейшего использования. Полученные данные можно использовать не только в области сохранения генетического разнообразия животных, но и применить в медицинских репродуктивных технологиях. Исследования поддержаны грантом РФФИ. Подробнее с результатами исследований можно ознакомиться в следующих статьях:

    1. Maksudov G. Yu., Shishova N. V., Katkov I. I. «In the Cycle of Life: Cryopreservation of Post-Mortem Sperm as a Valuable Source in Restoration of Rare and Endangered Species». Endangered Species: New Research. Columbus A. & Kuznetsov L (eds). Nova Publishers. New York, 2009, P.181-240.
    2. Шишова Н.В., Гахова Э.Н., Мельникова Е.В. «Жизнеспособность эпидидимальных постмортальных сперматозоидов мыши при длительном гипотермическом хранении и криоконсервации». Бюлл. Эксп. Биологии и Медицины, 2011, Т.151 (4), Стр.422-426.

  • Усовершенствован способ криоконсервации микробиоты толстого кишечника человека [3], который был впервые разработан и запатентован в 1998 г. сотрудниками подразделения [Шендеров Б.А., Гахова Э.Н. и др. Способ длительного хранения естественных симбиотических ассоциаций микроорганизмов человека и животных. Патент РФ. № 2123044. С1 от 02.03.1998.

    1. Шендеров Б.А., Гахова Э.Н., Каурова С.А., Утешев В.К., Шишова Н.В. Криобанки природных симбиотических микробиоценозов и их значение в медицине и биотехнологии. Биофизика живой клетки, 2014, Т.10, c.221-223

    В результате выполненной работы были подобраны условия замораживания до температуры жидкого азота аутогенных штаммов бифидобактерий и лактобактерий в составе микробиоты, и разработан лабораторный регламент по хранению аутогенных штаммов бактерий микробиоты кишечника человека в криобанке (-196°С).
    Предложены методы криоконсервирования аутогенных бактерий кишечника человека с учетом подбора нетоксичных для человека криопротекторов с хорошими криозащитными свойствами, и разработки оптимальных режимов замораживания-оттаивания.
    Особая ценность идеи криоконсервации микробиоты кишечника состоит в том, что эта технология позволяет в любое время в случае необходимости успешно восстанавливать в короткие сроки поврежденную систему - «хозяин и его симбиотическая микробиота». Фундаментально-прикладные исследования по усовершенствованию способов криоконсервации микробиоты толстого кишечника имеют социальную направленность, поскольку связаны непосредственно с экологией человека и здоровьем нации.
    Работа поддержана ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники” на 2007-2012 годы.
  • Проведены системные исследования по выяснению механизмов физического взаимодействия электроманитных излучений миллиметрового диапазона с кожей и роли периферической нервной системы и ее компонент в системных эффектах ММВ.
    Определены диэлектрические свойства разных слоев кожи, и рассчитано распределение плотности мощности в многослойной модели кожи и ее структурах (придатки и кровеносные сосуды). Проведено теоретическое и экспериментальное исследование нагрева кожи при локальном облучении терапевтическими аппаратами. Раскрыты механизмы действия ММВ на периферическую нервную систему на уровне кожных рецепторов и их моделей. Полученные результаты дают научное обоснование применению ММВ в медицине для подавления боли и могут быть использованы для усовершенствования дозиметрических подходов в клинической практике и принципов гигиенического нормирования.
  • Сотрудниками подразделения в ИБК РАН создан и поддерживается экспериментальный генетический криобанк. В настоящее время в криохранилище криобанка при температуре жидкого азота (-196°С) сохраняется биологический материал видов из разных систематических групп животных (млекопитающих, рыб, амфибий, водных беспозвоночных) и травянистых растений, в том числе включенных в Красную книгу России и Красный список МСОП, уязвимых и находящихся под угрозой исчезновения (всего 98 наименований животных и растений).

НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ ЛАБОРАТОРИИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 5 ЛЕТ.

  • В 2015 году на базе подразделения создана совместная лаборатория с Фондом перспективных исследований для поиска новых эффективных технологий криоконсервации. Это инициировало запуск новых научных направлений.
  • Впервые восстановлены древние высшие растения из плацентарной ткани незрелых плодов древней смолевки узколистной (Silene stenophylla Ledeb.) методом культуры ткани и клонального микроразмножения. Плоды были извлечены из норы древнего суслика, погребенной в вечномерзлых толщах позднеплейстоценового возраста северной Сибири. Возраст растительных остатков, обнаруженных в ископаемых норах, был определен 14C анализом и составил 28 –32 тыс. лет.
    Эксперименты по изучению возможного сохранения физиологической активности древнего семенного материала позволили при помощи метода культуры ткани впервые обнаружить жизнеспособные клетки в тканях семян высшего растения -  смолевки узколистной. Дальнейшие исследования позволили ввести в культуру in vitro плацентарную ткань невызревших плодов смолевки. Плацентарная ткань сохранила морфогенетическую активность, что позволило на специально подобранных искусственных питательных средах получить проростки, размножить их и перенести в закрытый грунт. Далее были подобраны необходимые условия выращивания, что привело к цветению и плодоношению древних растений, живших 30 тыс. лет назад на территории Сибири.
    Результаты опубликованы в 2012 году в международном журнале PNAS [1, 2]. Работа имела большой резонанс в России и за рубежом.

    Название статьи

    Источник

    Wild flower blooms again after 30,000 years on ice
    http://www.nature.com/news/wild-flower-blooms-again-after-30-000-years-on-ice-1.10069

    NATURE

    Ancient plants back to life after 30,000 frozen years
    http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-17100574

    BBC NEWS

    Russian scientists germinate ice-age seed
    http://www.cbc.ca/news/canada/north/russian-scientists-germinate-ice-age-seed-1.1128097

    CBC NEWS

    Flowering Plant Revived After 30,000 Years in Russian Permafrost http://abcnews.go.com/blogs/technology/2012/02/flowering-plant-revived-after-30000-years-in-russian-permafrost/

    ABC NEWS

    Dead for 32,000 Years, an Arctic Plant Is Revived
    http://www.nytimes.com/2012/02/21/science/new-life-from-an-arctic-flower-that-died-32000-years-ago.html?_r=0

    New York Times

    Букет из плейстоцена
    http://lenta.ru/articles/2012/03/02/live/

    LENTA.RU


    1. Yashina S,, Gubin S., Maksimovich S., Yashina A., Gakhova E., Gilichinsky D. “Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost”. Proc Natl Acad Sci USA, 2012, Vol.109. P. 4008-4013.
    2. Yashina S., Gubin S, Maksimovich S, Yashina A., Gakhova E., Gilichinsky D. “Reply to Oxelman et al: On the taxonomic status of the plants regenerated from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost”. Proc Natl Acad Sci USA, 2012, Vol.109 (41). P. E2736.
  • Впервые осуществлена криоконсервация уринальных сперматозоидов двух видов бесхвостых амфибий, которые являются традиционным модельным объектом для исследований в области эмбриологии, физиологии, криобиологии. Уринальные сперматозоиды отличаются от тестикулярных тем, что они изначально активированы, и находятся в ином функционально-физиологическом состоянии. Поэтому, несмотря на то, что криоконсервация тестикулярных сперматозоидов была успешно осуществлена рядом исследователей, обратимое замораживание уринальной спермы амфибий до недавнего времени вызывало непреодолимые трудности. В результате проведенных исследований сотрудникам лаборатории впервые удалось успешно криоконсервировать уринальную сперму травяной Rana temporaria и прудовой Pelophylax lessonae лягушек [3, 4, 5, 6, 7]. Впервые установлено, что в мозге пресноводных рыб (Perccottus glehni (Eleotridae, Perciformes, Dyb.) в процессе низкотемпературной адаптации в большом количестве аккумулируются нейропротекторы, являющиеся метаболитами фосфолипидов: фосфоэтаноламин и фосфосерин, в то же время в других органах и в крови происходит интенсивная аккумуляция таурина. Результаты экспериментов на животных, стоящих на разных стадиях филогенеза, выявили иерархию биохимических признаков эволюции, обнаруживающих себя именно при низких температурах [8, 9].

    1. R.K. Browne, S.A. Kaurova, V.K. Uteshev, N.V. Shishova, D. McGinnity, C.R. Figiel, N. Mansour, D. Agnew, M. Wu, E.N. Gakhova, B. Dzyuba, J. Cosson. Sperm motility of externally fertilizing fish and amphibians. Review. Theriogenology, 2015, V.83(1), P.1-13. 
    2. Uteshev V.K., Kaurova S.A., Shishova N.V., Stolyarov S.D., Browne R.K., Gakhova E.N. In vitro fertilisation with hormonally induced sperm and eggs from sharp-ribbed newts Pleurodeles waltl. Russian Journal of Herpetology.  2015, Vol. 22, No. 1, 2015, pp. 35 – 40
    3. Uteshev V. K., Kaurova S. A., Shishova N. V., Kramarova L. I., Browne R. K., Gakhova E. N. Current reproductive and cryopreservation technologies in herpetology. Russian Journal of Herpetology. 2015, V. 22(2), P. 143-144.
    4. Uteshev V.K., Shishova N.V., Kaurova S.A., Browne R.K., Gakhova E.N. “Hormonal induction of spermatozoa from amphibians with Rana temporaria and Bufo bufo as anuran models”. Reprod Fertil Dev., 2012, Vol.24 (4), P.599-607.
    5. Shishova N.V., Uteshev V.K., Kaurova S.A., Browne R.K., Gakhova E.N.. “Cryopreservation of hormonally induced sperm for the conservation of threatened amphibians with Rana temporaria as a model research species”. Theriogenology, 2011, Vol. 75 (2). P.220-232.
    6. Каранова М.В. «Идентификация фосфоэтаноламина и фосфосерина в мозге эвритермной прудовой рыбы Perccottus glehni (Eleotridae, Perciformes, Dyb. 1877). 2015. Т. 101 (4). Стр. 400-407.
    7. 6. Karanova M.V. «Influence of Low Temperature on the Evolution of Amino Acid Pools Adaptive Modifications in Poikilothermic Animals». International Journal of Biochemistry and Biophysics. 2013. V. 1 (2). P. 33-40.
  • Для поиска эффективных криопротекторов и подбора оптимальных криозащитных сред актуальным является изучение биохимических механизмов естественной низкотемпературной устойчивости организмов. Особый интерес представляют вещества, выделенные из зимоспящих животных и способные снижать уровень метаболизма ткани (или органа), т.к. в гипометаболическом состоянии клетки более устойчивы к стрессовым воздействиям. Впервые удалось показать, что пептид TSKY (Thr-Ser-Lys-Tyr), выделенный из мозга зимоспящих сусликов Spermophillus undulates, может проявлять нейропротекторные (но не криозащитные) свойства и оказывать гипометаболический эффект в процессе криоконсервации мозга моллюска, увеличивая жизнеспособность ткани [10, 11, 12]. По данной теме защищена кандидатская диссертация (Ивличева, 2013).

    1. Ивличева Н.А., Крамарова Л.И., Зиганшин Р.Х., Цыганова В.Г., Рогачевский В.В., Гахова Э.Н. «Влияние пептида Thr-Ser-Lys-Tyr на жизнеспособность изолированных нейронов Lymnaea stagnalis L.». Биологические мембраны, 2012, Т.29 (3). Cтр.195-199.
    2. Kramarova L. I., Ivlicheva N. A., Ziganshin R. H., Andreev A. A., Gakhova E. N. «The hibernation-related peptide TSKY acts as a neuroprotector in cultured pond snail neurons». Living in a Seasonal World: Thermoregulatory and Metabolic Adaptations. R. Bieber, A. Millesi (Eds.) Springer-Verlag GmbH. Heidelberg. Deutschland, 2012, Сhapter 18. P.201-210.
    3. Крамарова Л.И., Зиганшин Р.Х., Гахова Э.Н. «Эндогенные гипометаболические-гипотермические факторы и их возможное применение для жизни в холоде». Биоорганическая химия, 2009, Т.35 (5). Стр.597-609.
  • С помощью новейшего метода time-domain spectroscopy был проведен анализ спектров воды и водных растворов электролитов в терагерцовой области частот (0,15 – 2,5 ТГц). На основании разработанной спектральной модели удалось с высокой точностью выделить из спектра новую релаксационную полосу. Было показано, что амплитуда этой полосы прямо коррелирует со степенью структурированности воды в растворе. Это позволяет использовать указанную амплитуду как параметр, отражающий структурированность воды при различных физико-химических условиях [13, 14, 15, 16]. По данной теме защищена кандидатская диссертация (Пеньков, 2014). Работа поддержана программой № 28 президиума РАН.

    1. Пеньков Н.В., Яшин В.А., Швиpcт Н.Э., Феcенко Е.Е.(мл.), Феcенко Е.Е. Расчёт количества свободных молекул воды в водных растворах с помощью спектральных параметров из терагерцовой области с учётом процессов экранировки. Биофизика 2014, том 59, вып. 3, c. 428-431.
    2. Пеньков Н.В., Яшин В.А., Швиpcт Н.Э., Феcенко Е.Е.  (мл.), Феcенко Е.Е. Об особенностях температурных зависимостей спектров воды в терагерцовой области частот. Биофизика, 2014, том 59, вып. 2, c. 271–273
    3. Пеньков Н.В., Швирст Н.Э., Яшин В.А., Фесенко Е.Е. Об особенностях молекулярной релаксации в водных растворах.  Биофизика, 2013  Т. 58 (6), стр. 933-941.
    4. Пеньков Н.В., Швирст Н.Э., Яшин В.А., Фесенко Е.Е. Расчёт доли свободных молекул воды в водных растворах с помощью спектрального анализа». Биофизика, 2013. Т. 58 (6), стр. 942- 946.
  • Предложены методы практической дозиметрии миллиметровых волн (ММВ) в биологическом эксперименте. Впервые показано, что для точного определения удельной поглощаемой мощности необходимо экспериментальную кинетику нагрева кожи аппроксимировать уравнением биотеплопроводности. Предложен новый метод определения диэлектрических свойств биологических тканей и их моделей, основанный на измерении кинетики нагрева во время ММВ-облучения. Впервые, используя методы исследования отражения ММВ от кожи, определены диэлектрические свойства разных слоев кожи. Рассчитаны глубина проникновения ММВ в многослойную кожу, распределение плотности мощности и удельной поглощаемой мощности в разных слоях кожи [17, 18, 19]. По данной теме защищена докторская диссертация (Алексеев, 2013).

    1. Алексеев С.И., Зискин М.С., Фесенко Е.Е. Механизмы противоболевого действия миллиметровых волн. Биомедицинская радиоэлектроника, 2014,  №6, стр. 55-65.
    2. Chahat N, Zhadobov M, Sauleau R, Alekseev SI: New method for determining dielectric properties of skin and phantoms at millimeter waves based on heating kinetics. IEEE Trans Microwave Theory Tech 2012, 60(3): 827-832.
    3. Zhadobov M, Augustine R, Sauleau R, Alekseev S, Di Paola A, Le Quement C, Mahamoud YS, Le Drean Y: Complex permittivity of representative biological solutions in the 2-67 GHz range. Bioelectromagnetics, 2012, 33(4): 346-355.
  • Сотрудники подразделения регулярно организуют и проводят научные мероприятия (совещания и конференции), посвященные криобиологии. Всего, начиная с 1982 года, проведено 20 таких мероприятий. 28-30 октября 2014 была проведена Международная конференция «Криоконсервация генетических ресурсов. Современное состояние, проблемы и перспективы». Данные мероприятия освещают последние достижения в области фундаментальных и прикладных направлений криобиологии, помогают установлению контактов между исследователями разных специальностей, обмену информациями, организации совместных исследований.

БИОКРИСТАЛЛОФИЗИКА В КРИОКОНСЕРВАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

     Сформулированы основные положения нуклеации новой фазы при температурных структурных перестройках в органических кристаллах моно- и гетеромолекулярного состава, в том числе и в биологически функциональных веществах [1]. Это послужило физическим фундаментом для принципиальных направлений в изучении молекулярного механизма криоконсервации генетических ресурсов. Главной задачей в исследовании механизма криоконсервации и повышения ее эффективности было: поиск, выделение, изучение свойств и применение на практике естественных криопротекторов [2]. Таковыми оказались антифризные гликопротеины (АФГП), выделенные из сыворотки крови полярных рыб [3,4]. Экспериментальные работы по испытанию АФГП при криоконсервации спермиев лососевых, карпа, других рыб и эмбрионов мыши показали их эффективность как криопротективных добавок и компонентов, повышающих жизнеспособность генетического материала [5,6]. Образцы генетического материала радужной форели, стальноголового лосося, карпа, белорыбицы и белуги заложены на хранение в Криобанки ИБК РАН г. Пущино и НИИПРХ, г. Дмитров.

1. Петропавлов Н.Н. (1995) Зарождение новой фазы и гистерезис при полиморфных переходах, Журнал физической химии. 69, 52-56.
2. Петропавлов Н.Н., Андреев А.А., Каранова М.В. (1994) Кристаллофизические аспекты криоконсервации генетических ресурсов. Биофизика живой клетки. 6, 62-64
3. Каранова М.В., Андреев А.А., Петропавлов Н.Н. (1992) Низкотемпературная кристаллизация в присутствии антифризных гликопротеинов. Криобиол., 1, 23-27.
4. Каранова М.В., Андреев А.А., Петропавлов Н.Н., Щипакина. Т.Г. (1991) Антифризные белки сыворотки крови трески Gadus morhua: выделение, очистка и характеристика. Криобиол., 3, 10-14.
5. Каранова М.В., Цветкова Л.И. (1994) Криопротективные свойства антифризных гликопротеинов при замораживании спермы рыб. Известия Акад,. наук. Сер. биол., № 5, 818-827.
4. Каранова М.В., Межевикина Л.М., Петропавлов Н.Н. (1995) Исследование криозащитных свойств антифризных гликопротеинов из беломорской трески Gadus morhua при низкотемпературном замораживании эмбрионов мыши. Биофизика. 40, 1341-1347.

 

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КРИОБАНК РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

      На базе Лаборатории криоконсервации генетических ресурсов организован генетический криобанк, в котором создаются коллекции замороженных репродуктивных и соматических клеток растений и животных. Задачи криобанка - сбор и длительное (десятки лет) сохранение биологического материала, несущего полную генетическую информацию различных видов растений и животных, в первую очередь редких и исчезающих.
      Для формирования таких коллекций в лаборатории проводятся фундаментальные научные исследования по выживанию клеток и тканей животных и растений после замораживания до сверхнизких температур (-196°С). На основе этих исследований создаются теории и методы низкотемпературной консервации и длительного хранения генетического материала.
      В настоящее время в низкотемпературных хранилищах (в дьюарах с жидким азотом) содержатся репродуктивные и соматические клетки 56 видов растений и 21 вида животных. При этом клетки сохраняют жизнеспособность, и после размораживания их можно использовать для получения полноценных живых организмов.
      Создание таких генетических криобанков дает дополнительный шанс сохранить (или реставрировать в будущем) Природу Земли во всем ее многообразии и, следовательно, гарантировать сохранение биологического равновесия в Природе.

1. Криоконсервация генетических ресурсов в проблеме сохранения биоразнообразия (ред. В. Н. Карнаухов, С. И. Розанов, Э.Н. Гахова) Биофизика живой клетки, 1994, 6, 1-156.
2. Консервация генетических ресурсов. Материалы. раб. сов. 28-30 мая 1996 (ред. В.Н. Карнаухов, Э.Н. Гахова, В. К. Утешев). ОНТИ ПНИ РАН, Пущино, 1996, 166 с.

 

КРИОСОХРАНЕНИЕ ГЕНОФОНДА ОХРАНЯЕМЫХ ВИДОВ СОСУДИСТЫХ РАСТЕНИЙ И БАЗИДИАЛЬНЫХ ГРИБОВ


      На основе исследований по разработке основ криоконсервации семян и соматических клеток создаются генетические криоколлекции редких и исчезающих видов растений средней полосы России и Дальнего Востока, а также высших грибов Приокско-Террасного заповедника. Коллекция является составной частью генетического криобанка ИБК РАН. В настоящее время в криохранилище при температуре жидкого азота находятся семена 50 видов растений из 16 семейств, меристемы и культуры ткани растений 8 видов из 6 семейств. На примере некоторых видов показана возможность получения полноценных растений из оттаянного материала и использовании их для реконструкции природных растительных сообществ.

1. Тихонова В.Л., Яшина С.Г., Шабаева Э.В. (1994) Изучение роста и развития дикорастущих травянистых растений после замораживания семян. Биофизика живой клетки, 6, 86-90.
2. Яшина С.Г., Шабаева Э.В., Розанов С.И. (1996) Криоконсервация меристем зубянки пятилистной (Denturia quinquefolia Bieb.) и валерианы лекарственной (Valeriana officinalis L.). Консервация генетических ресурсов. (Материалы рабочего совещания 28-30 мая 1996 г.), Пущино, 137-139.
3. Tikhonova V.L., Yashina S.G. (1996) Long-Term Storage of Protected Wild Plant Seeds. Sol.Sci.Rev.Physiol Gen.Biol., 12, 1-33.

 

РОЛЬ БИОРАЗНООБРАЗИЯ В СОХРАНЕНИИ КЛИМАТА ЗЕМЛИ И ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

      Показано, что в результате воздействия человека на природную среду могут быть нарушены естественные механизмы поддержания устойчивости химического состава атмосферы и теплового баланса Земли, что может привести к парниковой катастрофе [1,2]. Последствия такой парниковой катастрофы существенно более серьезны, чем последствия традиционно обсуждаемого парникового эффекта. В частности повышение температуры поверхности Земли может достигнуть 300 °С, что сделает невозможным существование жизни на Земле в ее современных формах [3-5]. Разработанная причинно-следственная диаграмма [3,4] парниковой катастрофы позволяет наметить пути предотвращения катастрофических изменений климата и создания концепции устойчивого развития цивилизации.

Причинно-следственная диаграмма парниковой катастрофы.

1. Карнаухов А.В. (1994) К вопросу об устойчивости химического состава атмосферы и теплового баланса Земли. Биофизика, 39, 148-152.
2. Карнаухов А.В. (1994) О роли биоразнообразия в сохранении климата Земли. Биофизика живой клетки, 6, 14-16.
3. Карнаухов А.В., Карнаухов В.Н. (1995) О роли биоразнообразия в сохранении климата Земли и возможности устойчивого развития человеческой цивилизации. Материалы Парламентских слушаний "Экологическая безопасность России и управление экологическим риском в регионах." 21 ноября.
4. Карнаухов А. В. (1996) Парниковая катастрофа и проблема устойчивого развития человеческой цивилизации. Биофизика, 41, 523-528.
5. Карнаухов А.В. (1996) Парниковая катастрофа: итоги дискуссии. Биофизика, 41, 535.

 

НОВАЯ МОДЕЛЬ ОЛЕДЕНЕНИЙ В СЕВЕРНОМ ПОЛУШАРИИ


      Одним из главных результатов, полученных при бурении ледника Гренландии в рамках проекта GISP-2 является тот факт, что переход от межледникового периода к оледенению и обратно происходит в течение нескольких (3-5) лет (Рис. 1) [1], а не в течение десятков или сотен лет, как это должно было бы быть в соответствии с ранее существовавшими теориями оледенения. Это потребовало создания новых моделей периодических оледенений Северного полушария.

Рис. 1. Изменение толщины годичных отложений льда в ледниковом щите Гренландии (по [1]). Буквами А и Б показано соотнесение с Рис. 2.

      Одна из таких моделей была предложена А.В. Карнауховым [2]. Она основана на предположении о медленном распреснении вод Северного Ледовитого океана стоком впадающих в него рек, которое приводит к резкому изменению картины течений в Северной Атлантике в тот момент, когда плотность вод Лабрадорского течения сравняется с плотностью вод Гольфстрима (Рис. 2).

Рис. 2. Изменения течений и оледенений в северном полушарии при переходе от межледникового периода (А) к ледниковому периоду (Б). 1 -Теплое течение Гольфстрим. 2 - Теплое северное пассатное течение. 3 - Теплое южное пассатное течение. 4 - Холодное Лабрадорское течение. 5 - Холодное Канарское течение. 6 - Уральский хребет. 7 - Ледяная дамба в устьях сибирских рек. 8 - Евразийский океан. 9, 10, 11 - реки Обь, Енисей, Лена. СП - Северный полюс.

      Анализ литературы показывает, что ряд данных биологии, географии, палеогеографии, археологии, истории и этнографии укладываются в рамки предложенной модели [3]. В частности, факт существования популяций тюленей в Карском море.
      Учитывая то обстоятельство, что в настоящее время плотность вод Лабрадорского течения лишь незначительно отличается от плотности вод Гольфстрима, новый ледниковый период может наступить в обозримом будущем, включая, возможно, и XXI век. В этой связи, учитывая катастрофические последствия резкого (в течение нескольких лет) наступления нового ледникового периода, представляется полезным использовать эту модель для прогнозирования возможных изменений географии, климата и экологической обстановки в Северном полушарии и, в частности, на территории России при создании концепции ее устойчивого развития, а также для разработки способов управления климатом с целью предотвращения очередного оледенения Северного полушария.

1. Alley R.B., Meese D.A., Shuman C.A., Gow A.J., Taylor K.C., Grootes P.M., White J.W.C., Ram M., Waddington E.D., Mayewski P.A., Zielinski G.A. (1993) Abrupt increase in Greenland snow accumulation at the end of the Youger Dryas event. Nature, 362, 527-529.
2. Карнаухов А.В. (1994) Динамика оледенений в Северном полушарии как автоколебательный релаксационный процесс. Биофизика, 39, 1094-1098.
3. Карнаухов А.В., Карнаухов В.Н. (1997) Куда текли сибирские реки во время ледникового периода? Природа, №1, 46-55.

 

СИСТЕМНАЯ ЭКОЛОГИЯ


Розанов С.И. (1996) Ижевск, 204 стр.
Учебник для школ естественно-научных направлений и в помощь учителям, преподающим экологию в средней школе.


      В учебнике впервые реализована новая концепция изучения в общеобразовательной школе самостоятельного предмета экологии. Концепция ориентирует учителя и школьников не столько на изучение основ собственно экологии как биологической науки, сколько на содействие формированию у учащихся естественнонаучного мировоззрения с высокой приоритетностью проблем глобальной экологии. Экология рассматривается как наука о сложных природных и социо-природных системах, в которых антропогенные изменения в природных процессах как на уровне экосистем, так и на уровне биосферы связаны с особенностями экономического и политического статуса этносов как формы существования в биосфере биологического вида Homo sapiens.
      Концепция и учебник приняты в качестве одной из основ всеобщего экологического образования в Удмуртии и заинтересовали разработчиков систем экологического образования нескольких субъектов Российской Федерации. Учебник рекомендован Министерством образования Российской Федерации.
Рукопись расширенного варианта учебника под названием "Основы общей экологии" сдана в конкурсную комиссию по созданию учебника по экологии для технических Вузов и специальностей в соответствии с выигранным грантом по конкурсу Госкомитета по Высшему Образованию. Издание и апробация планируются на 1997-98 годы.