View message

14 грудня 2019 року в Києві відбулося перше науково-популярне змагання між українськими вченими – стендап-батл Science Slam Kyiv, – в якому взяли участь і троє науковців Академії: старший науковий співробітник відділу математичної фізики Інституту математики НАН України кандидат фізико-математичних наук Ірина Єгорченко, старший науковий співробітник відділу генетики людини Інституту молекулярної біології і генетики НАН України доктор біологічних наук Оксана Півень та старший науковий співробітник відділу палеонтології Національного науково-природничого музею НАН України доктор біологічних наук Леонід Горобець, який і здобув перемогу.

Логотип проєкту Science Slam Kyiv (джерело: https://www.facebook.com/scienceslamkyiv/)

Science Slam – один із форматів науково-популярних заходів, який проводиться у вигляді стендтап-батлу між ученими, котрі за короткий час (не більше 10 хв) у жартівливій манері і простою мовою, цікаво й доступно презентують власні дослідження, пояснюють суть корисних для людства наукових відкриттів і винаходів. Переможець змагання визначається за гучністю оплесків глядацької аудиторії.

*     *     *

Виступ переможця першого Science Slam Kyiv доктора біологічних наук Леоніда Горобця мав назву «Птахи, які не долетіли до середини Дніпра». У ньому вчений коротко розповів про 48 млн років історії природи на основі результатів дослідження викопних птахів, знайдених на території сучасної України.

Леонід Горобець. Фото: Science Slam Kyiv

«Довкола нас у світі сьогодні мешкає безліч дивовижних істот, – говорить учений. – Наприклад, голий землекоп, який взагалі не відчуває болю; жаба парадоксальна, котра, так би мовити, «росте навпаки» (її пуголовок утричі більший за дорослу особину); голотурія, що вбирає кисень із морської води за допомогою легень, розташованих у задній частині кишечника; «ельфоподібна» асцидія, котра гине, лише якщо її вбити; какоміцлі – така собі «фітнес-версія» єнота. Про цих тварин чомусь мало хто знає, люди більше цікавляться не живими, а давно вимерлими істотами. Мабуть, так влаштований світ, що смерть додає слави та визнання.

Але і при згадці про викопних істот більшості спадають на думку динозаври й мамонти, хоча світ доісторичних тварин був значно-значно багатшим. Наприклад, упродовж останніх 100 млн років найчисельнішою групою наземних хребетних були… птахи. Про це зазвичай не йдеться ані в науково-популярних, ані навіть у наукових виданнях.

На всій планеті викопних птахів досліджує менше 100 людей. Невже ця тема нецікава й непотрібна? Навпаки, вивчення викопних пташиних решток має значення не лише для палеонтології. Річ у тім, що птахи населяють тільки території, на яких справді добре почуваються. Якщо умови середовища змінюються – інші живі істоти пристосовуються і перечікують, птахи ж просто відлітають геть. Отже, вивчення решток викопних тварин допомагає науковцям відслідкувати глобальні зміни середовища в минулому. Чим, власне, я й займаюся, виконуючи дослідження на теренах Східної Європи. І ось що вдалося з’ясувати завдяки цим дослідженням.

47-41 млн років тому наземні екосистеми в межах сучасної території нашої країни були представлені переважно островами. Їх населяли птахи, що гніздуються виключно на островах. Найбільш приголомшливий серед них – дасорніс – мав розмах крил близько 6 м і псевдозуби. До його найближчих родичів зараховують лютетодонтоптерикса та кієворніса (останній належав до так званих фаетонів – птахів, що гніздуються не на будь-яких, а на дуже віддалених від материка островах). Очевидні ознаки острівного птаха має і птах клади телуравіс, знахідка решток якого свідчить про те, що острови на місці сучасної України були в давнину не просто піщаними косами – їх вкривала субтропічна рослинність.

Фото: Science Slam Kyiv

Далі для наших земель настали буремні часи – море постійно відступало, а наземні екосистеми ще не сформувалися. Тому хронологічно наступні рештки наших викопних птахів та інших тварин мають вік щонайбільше 12 млн років. На основі цих знахідок, а також решток тогочасної деревної рослинності можна дійти висновку, що, крім великих водойм, на території України з’явилися також відкриті ділянки суходолу та внутрішні водойми, якими колись гуляли неймовірні чаплі й журавлі заввишки майже 2 м.

Близько 10 млн років тому ситуація кардинально змінилася – відбулося осушення території. Знахідки, датовані цим часом, вказують на те, що тоді почали зустрічатися виключно птахи, не залежні від великих морських екосистем, а саме: журавель урміорніс, котрого довго плутали зі страусом, адже його спосіб життя був подібний до притаманного сучасним африканським страусам.

Чергові зміни у середовищі відбулися приблизно 8 млн років тому – стало значно вологіше, знову з’явилися деревна рослинність і відкриті екосистеми, а також чимало водоплавних і коловодних птахів.

4 млн років тому територія України уподібнилася до сучасної африканської савани. Її населяли марабу, страуси, грифи, різноманітні дрохви й куріпки тощо.

Приблизно 1,8 млн років тому середовище змінилося ще раз, і внаслідок цього фауна України сформувалася такою, якою ми її знаємо нині. Всі знайдені в цей час птахи належать до сучасних видів. Серед найтиповіших її представників нашої орнітофауни цього періоду, зокрема, качка-крижень, біла сова, біла куріпка, сіра куріпка.

*     *     *

Доктор біологічних наук Оксана Півень виступила з теми: «Генетична СТО для серця», – пояснивши, як дослідження, котрими вона займається спільно з колегами, у майбутньому можуть допомогти ефективному відновленню функцій серця після інфаркту міокарда.

Оксана Півень. Фото: Science Slam Kyiv

«Почну з двох новин. Погана полягає в тому, що всі ми помремо і, за статистикою, щонайменше половина (а в Україні – навіть понад 60%) – від серцево-судинних захворювань. Хороша – в тому, що багато фахівців працюють над поліпшенням діагностики цих патологій, створенням нових і вдосконаленням уже наявних методів їх лікування. Розмах таких дослідницьких робіт вражає: у центрі уваги дослідників – і 3D-друк, і стовбурові клітини, і генна терапія. Звісно, кожен із нових методів лікування має свої недоліки, проте всі вони дають позитивний ефект. Наша дослідницька група теж вирішила долучитися до цього напряму роботи.

Що ж відбувається в серці людини, яка пережила інфаркт? Протягом кількох хвилин у ньому вмирає близько чверті робочих клітин – кардіоміцитів, – на яких і лежить тягар повноцінного виконання функцій найважливішого м’яза в нашому організмі. За таких умов у пригоді серцю стають клітини сполучної тканини – фібробласти. Вони активуються й, образно кажучи, латають усі діри, що утворилися внаслідок загибелі частини кардіоміцитів. Саме завдяки цим клітинам постінфарктні пацієнти залишаються жити. Проте навіть із допомогою фібробластів серце після інфаркту функціонує значно гірше, ніж раніше. Та оскільки фібробласти в ньому вже присутні, ми, науковці, прагнемо змусити їх запрацювати бодай на половину так, як працюють кардіоміцити (тобто «перепрограмувати» фібробласти), і виконати це складне завдання саме в зоні ураження міокарда.

Фото: Science Slam Kyiv

З цією метою ми у своїх експериментах застосовуємо систему CRISPR-Cas (знану також як «молекулярні ножиці» або «молекулярний скальпель»), що еволюційно сформувалась у бактерій для забезпечення захисту від вірусів-бактеріофагів. CRISPR-Cas дає змогу редагувати ДНК – носій усієї нашої генетичної інформації, – коли, де і як потрібно. З її допомогою сьогодні можна вже не тільки вирізати певні частини ДНК, а й «вмикати» й «вимикати» конкретні гени, тобто стимулювати або припиняти їхню експресію. Наша дослідницька група працює саме з другим варіантом цієї системи, котрий уже позбувся «молекулярних зубів», а тому є цілком безпечним. Простіше кажучи, ми хочемо, використовуючи систему CRISPR-Cas, дати конкретним клітинам «інструкцію» із задіяння генів, які в цих клітинах не працюють (адже, як відомо біологам, будь-яка клітина нашого організму містить інформацію про всі наші гени).

Однак цю систему ще потрібно транспортувати до місця призначення. Немовби своєрідним клітинним шатлом, ми вирішили скористатися ліпосомами [мікроскопічні кулеподібні утворення, оточені ліпідним шаром і заповнені водним розчином], ДНК-структури всередині яких мітили спеціальними зеленими флуоресцентними білками. Після доправлення ліпосом із потрібним вмістом до клітин ми аналізуємо, що в цих клітинах відбувається, чи є якийсь ефект. Як виявилося, за такого підходу у клітинах справді «вмикаються» «серцеві» гени, які, за своєю природою, не працюють і не мають працювати у фібробластах. Проте остаточно перетворити фібробласти на кардіоміцити нам поки що не вдалося. Тож дослідження триватимуть далі. Але наша стратегія має логіку й сенс, «перепрограмовувати» одні дорослі клітини в інші дорослі клітини можливо. Згодом це може стати перспективним методом терапії».

*     *     *

Кандидат фізико-математичних наук Ірина Єгорченко назвала свій виступ «Симетрія керує світом».

Ірина Єгорченко. Фото: Science Slam Kyiv

«Якщо більшість людей розуміють симетрію як гармонію, стабільність, порядок, баланс, то математики й фізики позначають цим поняттям збереження властивостей після перетворення, – пояснила вчена. – Раніше люди приписували симетричність часові, розуміючи його як циклічний: кожен наступний рік сприймався як повторення попереднього. Та, врешті-решт, стало зрозуміло, що насправді час лінійний.

Із виявами різних видів симетрії – дзеркальної симетрії, симетрії щодо обертання, симетрії щодо зсувів, симетрії щодо розтягнення – ми стикаємося постійно. Один із найвідоміших прикладів дзеркальної симетрії та симетрії щодо обертання – паперові витинанки. Прикладом симетрії є також знаменитий золотий переріз. Ідеальна симетрична фігура – круг. Звичайно, не всі об’єкти нашого світу симетричні й асиметрія може бути навіть цікавішою. Математика досліджує як симетрію, так і її порушення.

Фото: Science Slam Kyiv

Симетрія часто стає нам у нагоді в повсякденному житті, оскільки вона зменшує кількість інформації, яку необхідно зберегти чи передати. Яскравий приклад – орнамент вишивки (якщо уявити, що він нескінченний, то йдеться про вияв симетрії щодо зсуву): слід виокремити його повторюваний елемент і описати, яким чином він повторюється.

Симетричними бувають не лише об’єкти фізичного світу, а й математичні вирази. Математичними виразами й формулами також можна описати симетрію. Згідно з теоремою Емі Ньотер, кожна диференційована симетрія дії фізичної системи має відповідний закон збереження, тобто закон збереження породжується просто зсувом у часі. До прикладів симетрії у математиці належать рівняння Максвела, з яких випливає низка важливих наслідків, що мають велике практичне значення (зокрема, ці рівняння визначають електричне поле).

Я вивчаю інваріанти – функції, що не змінюються при перетвореннях, – і намагаюся побудувати за відомими перетвореннями такі функції (диференціальні рівняння), які потім дозволять будувати математичні моделі для опису явищ і процесів навколишнього світу та Всесвіту. Й, аби бути придатною для цього, математична модель має відповідати законам симетрії.

Отже, математика – це мова, якою людина описує природу. Математика цікава і потрібна, красива і проста. Сподіваюся, ви захочете дізнатися про неї більше».

Відвідувачі першого столичного науково-популярного стендап-батлу. Фото: Science Slam Kyiv

Учасники змагання. Фото: Science Slam Kyiv