Электричество от бактерий научился получать студент КубГУ
Уникальное изобретение может очистить водоёмы от химических загрязнений и стать жемчужиной ландшафтного дизайна
Недавно все новостные ленты пестрили сообщениями об изменении цвета рек в станице Елизаветинской Краснодарского края. Периодически происходит цветение кубанских водоёмов и даже Азовского моря, что неминуемо проводит к экологическим катастрофам и снижению разнообразия, численности биоресурсов региона. Научное трио, состоящее из студента-биолога Андрея Лазукина, его научных кураторов Никиты Волченко и Андрея Самкова, не оставило проблему без внимания, параллельно научившись получать электрический ток в процессе жизнедеятельности бактерий.
Корреспондент «ЯСНО» встретилась с талантливым молодым учёным, победителем конкурсов «УМНИК» и «Премия IQ года», чтобы разобраться в загадочном мире микроорганизмов и электротоков.
ЯСНО: Андрей, расскажите, для чего нужно и как работает Ваше биоплато?
Андрей: Это похоже на плавающий остров (платформу) с растениями и бактериями, очищающими водоём от соединений азота: аммония, нитратов и нитритов. Удобрения, вносимые аграриями в почву, смываются в реки, загрязняя их и нарушая биобаланс. Соединения азота провоцируют рост сине-зелёных водорослей, и вода, как говорится, зацветает. Из-за резкого сокращения кислорода в водоёмах погибают многие живые организмы.
Для решения этой проблемы на биоплато мы поместили иммобилизованные бактерии, часть которых превращают азот в более усвояемую растениями форму, а часть переводят в газообразное состояние. В процессе очищения водоёма ведётся экологический контроль с помощью датчиков, работающих за счёт электричества, производимого электробактериями. Биоплато сразу прошло полевые испытания в местном пруду: электронная схема фиксировала метеоусловия окружающей среды, все данные записывались на SD-карту и затем передавались в виде СМС учёным для обработки.
В перспективе мы хотим использовать и датчик определения количества кислорода в воде (пока это дорого и энергоёмко), а также превратить платформу в привлекательную плавающую клумбу. Здесь нам пригодится помощь опытных ландшафтных дизайнеров и садовников.
Собранное устройство мы представили на итоговой выставке проектов в «Сириусе», в категории «Агро- и биотехнологии». Проект был признан одним из лучших в данном направлении, а биоплато вызвало искренний интерес. Школьники, презентовавшие его в МГУ на конкурсе «Учёные будущего», получили серебряные медали. Вместе с ребятами нас пригласили на выставку новых технологий «Россия, устремлённая в будущее», проходившую в московском Манеже. Там побывал президент России Владимир Путин и даже ознакомился с нашей разработкой.
Недавно мы запатентовали биосенсор на основе микробных топливных элементов, который может оценивать количество органических веществ в воде. Бактерии в биосенсоре поглощают органику, создавая при этом электричество. Чем больше органики находится в воде, тем больше вырабатывается ток. Этот датчик также может быть встроен как элемент мониторинга в биоплато.
С проектом развития нашей платформы в 2017 году мы одержали победы в конкурсах «УМНИК» и «IQ-года».
Сейчас команда, в которую я вхожу, работает над увеличением мощности и повышением степени автономности платформы. Усовершенствованная версия разрабатывается для условий работы в воде с различными загрязнениями. Также стоит задача маскировки платформы с датчиками, так как дорогое оборудование может привлечь ненужное к себе внимание.
Ещё есть идея создать донный датчик на микробно-топливных элементах, передающий акустические сигналы с глубины. Возможно, это станет нашим будущим проектом для работы в «Сириусе».
ЯСНО: Андрей, а как Вы пришли к этой разработке?
Андрей: Мне повезло подключиться к новому научному направлению в КубГУ – исследованию микробных топливных элементов. Это биоэлектрохимические устройства, позволяющие получать с помощью микробов электрический ток при переработке органических отходов.
Проблема заключалась в том, что в таких мини-биореакторах электрический ток был совсем не большой. Единственное, что можно было делать с их помощью, - снимать показания с приборов. В мире уже есть специальные устройства, которые могли бы решить эту проблему, но они достаточно дорого стоят.
К середине первого курса мне удалось изготовить собственный аналог такого прибора. Он был собран из доступных деталей, стоил значительно дешевле известных нам прототипов и уже обеспечивал непрерывную работу одного светодиода. Сотрудники физико-технического факультета КубГУ отметили оригинальную схему моего устройства. В науке часто складываются стереотипы, как выполнять те или иные действия. По моему мнению, всегда нужно пользоваться своей интуицией и упорством, например, как это сделал Томас Эдисон, проведя десять тысяч опытов перед созданием работающей лампочки.
Разработки биологического факультета КубГУ в области возобновляемых источников энергии заинтересовала образовательный центр «Сириус», и нас пригласили в качестве научных руководителей на очередную проектную смену «Большие вызовы-2017».
Благодаря идеям биолога из МГУ Оксаны Галаховой и команде одарённых школьников мы провели эксперименты и воплотили в реальность наши проекты. Мне очень понравилось быть наставником ребят. Дети в «Сириусе» очень способные и талантливые. У них не только большой запас знаний, но и оригинальное мышление, готовность проверять свои теории здесь и сейчас. Таких ребят нужно лишь слегка направлять, а не стоять над душой и требовать результатов.
Вокруг проектов «Микробный топливный элемент» и «Биоплато для очистки воды и питания датчиков мониторинга» объединились любознательные юные биологи, физики, химики и математики.
ЯСНО: Андрей, а как Вы стали учёным?
Андрей: У меня с детства была особая любознательность в области физики и биологии. В моей школе меня не очень понимали и звали «Кулибиным». Я всё время что-то собирал, изобретал, а результаты своих «опытов» показывал учителям, не получая заметной поддержки.
Уже в 10-м классе я часто представлял себя в лаборатории и в белом халате. У меня мама - химик-биолог, у папы – два диплома: по физике и по психологии. В 90-х годах моя мама сильно рвалась в науку, но из-за развала в стране ей пришлось идти работать в школу. Большинство её однокурсников разъехались по разным странам. Часть из них уже вернулась, потому что в России жить стало легче.
Мы и сами хотели уехать в Канаду семнадцать лет назад: маму пригласили как талантливого биолога работать в научной лаборатории. Однако в России сменилось руководство страны, в целом стало жить легче, и мы передумали. Сейчас об этом ничуть не жалеем.
Университет от школы значительно отличается: здесь преподаватели больше готовы поддерживать исследовательские разработки студентов. Я остановил свой выбор на биологическом факультете Кубанского государственного университета (КубГУ), кафедре генетики, микробиологии и биотехнологии. Куратор нашей группы Никита Николаевич Волченко и профессор Эмма Викторовна Карасёва ещё на первом курсе заметили и поддержали мою экспериментальную научную деятельность, предложив ставить опыты в лабораториях кафедры.
Сейчас я не суперотличник и знаю всё не так хорошо, как следовало бы знать студенту КубГУ, но стараюсь творчески подходить к решению задач, компенсируя в процессе пробелы в знаниях. Бывает, что хорошие учёные когда-то в прошлом были троечниками. Однако они вместо того, чтобы решать задачи по рекомендованным алгоритмам, искали новые подходы и часто совершали неожиданные открытия.
ЯСНО: Если Вам предложат заниматься наукой за рубежом, согласитесь?
Андрей: За границу я не хочу, даже за большие деньги. Уехать туда можно только в самой критической ситуации, когда не на что будет жить и кормить семью.
Я оканчивал школу-интернат народного искусства для одаренных детей имени В. Г. Захарченко. Благодаря зарубежным программам вместе с одноклассниками мы много ездили по миру. Я посетил половину стран Европы, видел, как они там живут. Ездить к ним для знакомства с культурой - это интересно, но жить там я не хочу. Мне нравится наша культура, я люблю свою Родину и хочу работать на благо России.
Как-то я захотел поехать на зарубежную практику. Мне сказали, что вероятно ничего своего за границей ни опубликовать, ни запатентовать не получится. Итоговые результаты исследований будут принадлежать самой иностранной лаборатории. Они радостно приняли бы меня с микробно-топливными элементами, так как для них очень актуальна «зелёная» энергетика, но потом я бы уже не смог заниматься этим на Родине.
Если у них там всё хорошо, пусть и без меня так будет. Россия не должна от них отставать. А если за рубежом не очень хорошо, то зачем к ним ехать?
По рассказам маминых однокурсниц, эмигрировавших за границу в 90-х, не всё там так чудесно, как нам пытаются внушить. Часть из них сейчас обратно перебирается в Россию. Поэтому я предпочитаю путешествовать к ним только для культурного обмена.
ЯСНО: На Ваш взгляд, что тормозит развитие российского образования и науки?
Андрей: Я считаю, что этому мешает прежде всего бюрократия. Чтобы провести исследование или получить грант, нужно заполнить огромное количество бумаг. Понятно, что нельзя просто так всем деньги раздавать. Однако у меня складывается ощущение, что люди составляющие эти требования к учёным, не всегда достаточно хорошо понимают специфику нашей работы. Им стоит стать ближе к вузам, чаще посещать лаборатории и проникнуть в проблематику научной сферы. Например, в документации на проведение исследовательской работы мы заранее очень подробно должны указать все те результаты, которые получим в будущем. Это же абсурд! Мы для того и проводим исследование, чтобы выявить экспериментальным путём порой неожиданные для нас самих результаты.
Когда я был в одном из главных научных центров страны - Новосибирском Академгородке, туда с визитом прибыл наш президент. Он прошёлся по ряду лабораторий и выслушал обращения учёных. Одна из их главных просьб - убрать избыточную бюрократизацию образования и науки. Именно она часто является последней каплей для молодых учёных при принятии решения уехать за рубеж.
Хотя у президента и так много другой работы, он вник в проблему и обещал разобраться с ситуацией. Возникает вопрос, почему в неё до этого не вникли профильные сотрудники соответствующих министерств и не предприняли эффективных шагов?
Другой проблемой является применение разработок на практике. Здесь важно содействие бизнеса. То же биоплато, несмотря на интерес первых лиц государства, пока не внедрено на Кубани, хотя Краснодарский край – идеальный по климату регион для внедрения подобных «зелёных» технологий. Без помощи государства тут, кажется, не обойтись.
«ЯСНО» продолжит следить за новыми открытиями и изобретениями биологов-инноваторов. Наша редакция уверена, что в ближайшем будущем власти и бизнес обратят пристальное внимание на экологическое состояние водоёмов России и, в частности, Кубани, а затем плавающие островки с прекрасными растениями и полезными бактериями появятся повсюду.
Беседовала Олеся Кранда
Источник: "ЯСНО".