Сегодня среда, 26.08.2026, 08:25, ньюсмейкеров: 45151, сайтов: 1203, публикаций: 3604107, просмотров за сутки: 360970
04.12.2015 23:44
Новости.
Просмотров всего: 6302; сегодня: 1.

Как выпускник Казанского университета делает рейтинг Гарварду

Совместное исследование сотрудников Казанского и Гарвардского университетов объясняет распространение энергии в фотосинтетических клетках.

Выпускник кафедры теоретической физики КГУ, а ныне научный сотрудник Гарвардского университета и участник программы повышения конкурентоспособности КФУ (с.н.с. лаб. "Необычная сверхпроводимость и магнетизм") Семен Сайкин рассказал журналисту газеты о результатах своей научной работы, раскрывающей механизмы экситонной передачи энергии в молекулярных антеннах клеток фотосинтетических организмов.

Перед аспирантами КФУ исследователь прочитал курс лекций по проблемам в современной физике. Одна из тем была посвящена передаче энергии в светопоглощающих комплексах фотосинтетических организмов.

В последние годы в связи с развитием нанотехнологий физики стали уделять внимание не только процессам, протекающим внутри и на поверхности твердого тела, а также процессам в биологических структурах.

- Раньше мы просто не могли рассчитать такие большие и сложные системы. Сейчас вычислительные мощности позволяют это сделать. Вдобавок появились возможности изучать одиночные наноструктуры и биологические системы экспериментально, - пояснил Семен Константинович.

Так, наноструктуры применяются в роли сенсоров внутри клеток, а методы квантовой физики используются для расчетов структуры биомолекул.

Одним из активных направлений является исследование физических основ фотосинтеза. В рамках научной работы Семеном Сайкиным было выполнено моделирование транспорта энергии в светособирающих антеннах фотосинтетических организмов.

- В процессе фотосинтеза переработка световой энергии осуществляется в различных частях фотосинтетического комплекса. Однако, можно сказать, что это части одной органеллы. Энергия транспортируется на расстояния порядка сотни нанометров. Но если сравнивать с размером клетки, то все это происходит в одном месте.

Свет улавливается антеннами, другие части клетки транспортируют его, третьи – запасают в виде химических соединений.

Моделированием экситонной динамики в Гарварде ученые занимаются в течение последних 8 лет.

- Были объединены усилия исследователей из трех различных групп – двух экспериментальных (Dr. J. Tang, микробиология, Clark University, USA; Dr. J. Smith, нанофотоника, University of Oxford, UK), которые выращивали микроскопические фотосинтетические бактерии, и теоретической – в моем лице.

Основные принципы и проблемы моделирования экситонной динамики были изучены на примере антенн зеленых серобактерий, которые обитают в водоемах, содержащих сероводород. По словам ученого, это достаточно живучие организмы.

- Зеленые серобактерии обладают уникальными свойствами. Их находят не только на поверхности водоемов, но также и на больших глубинах порядка нескольких сотен метров, куда практически не доходит свет.

Семен Константинович смог смоделировать, как энергия передается по большому макромолекулярному комплексу посредством экситонов.

- Механизм транспортировки известен уже давно, но было не совсем понятно, как это происходит на микроскопическом уровне.

Жизненный цикл большинства растений и фотосинтетических бактерий основан на поглощении света. Растения поглощают солнечную энергию благодаря тому, что у них есть светособирающие комплексы (антенны) — пигмент-белковые комплексы фотосинтезирующих организмов, локализованные в фотосинтетических мембранах и выполняющие функцию первичного поглощения квантов света с последующей миграцией энергии возбуждения к реакционным центрам фотосистем.

В антеннах свет преобразуется в экситоны (электронные возбуждения, передающиеся от молекулы к молекуле и таким способом перемещающиеся по структуре) и передается в другое место, где эта энергия используется уже для биохимических реакций.

В ходе эксперимента из бактерий выделяли хлоросомы, и помещали их в оптический резонатор, где при помощи специальных методов наблюдали появление поляритонов.

- Не изменяя структуру антенны, мы изменили ее свойства. В результате, взаимодействие между резонатором и антенной пошло когерентно. А значит, мы смогли доказать, что действительно можно внедрить антенные комплексы в резонатор и получить сильную связь между экситонами и фотонами, что дает появление новых частиц - поляритонов (поляритоны - это квазичастицы, обладающие одновременно свойствами света и материи).

Долгое время ученые могли лишь создавать эти квазичастицы, но управлять и манипулировать ими не удавалось. А ведь такой контроль поведения поляритонов, по мнению исследователя из Гарварда, представляет собой весьма перспективное направление: при помощи квазичастиц можно создать абсолютно новые технологии, связывающие обычную электронику с лазерными или оптоволоконными технологиями.

- Физики чаще всего используют для изучения искусственные объекты. А тут речь идет о растении – естественном объекте. Это интересно для самого исследователя.

А с другой стороны, можно найти применение этому методу в использовании солнечной энергии, чтобы конвертировать химические реакции.

По мнению ученого, если научиться делать подобного рода антенны, то можно будет в будущем говорить о создании каких-то нанороботов, микроскопических автоматов, работающих на солнечной энергии.

- В конце прошлого года мы начали работать над новой идеей - пытаться внедрить в резонаторы не отдельные органеллы, а целые бактерии. И надеемся наблюдать квантомеханический эффект в полностью живых структурах.

Эффективность экситонной передачи энергии внутри светопоглощающих антенн является одним из критических факторов, который контролирует развитие фотосинтетических организмов в условиях ограниченных энергетические ресурсов.

- Исследование передачи энергии в антеннах на микроскопическом уровне имеет как фундаментальное значение для понимания эволюции фотосинтеза, так и практическое применение для создания синтетических светособирающих систем, - резюмировал ученый.

Сотрудничество с родной кафедрой теоретической физики в рамках программы повышения конкурентоспособности КФУ оказалось весьма полезным. Во-первых, оно позволило взглянуть на мои исследования с другой стороны. А прошедшие научные дискуссии с высоквалифицированными учеными дали мне новый импульс. Во-вторых, я сейчас на кафедре руковожу бакалаврской работой студента по данной (новой для КФУ) тематике. Рассчитываю, что эта работа окажет существенное влияние на понимание микроскопических процессов передачи энергии в наноструктурированных материалах, и это переведет наши совместные исследования на новый уровень.

Тематические сайты: PublisherNews - портал системы продвижения публикаций, Конкурентоспособность, Образование, Технологии
Сайты субъектов РФ: Татарстан Республика
Сайты столиц субъектов РФ: Татарстан Республика - Казань
Сайты федеральных округов РФ: Приволжский федеральный округ
Сайты стран: Россия, Соединенные Штаты Америки
Сайты регионов мира: Америка Северная

Ньюсмейкер: Казанский федеральный университет — 856 публикаций

Интересно:

От сари до БРИКС: как Россия сближается с Индией
24.08.2026 23:31 Мероприятия
От сари до БРИКС: как Россия сближается с Индией
2026 году отношения России и Индии подошли к важному рубежу: быстрый рост торговли необходимо превратить в более сбалансированное партнёрство. По данным Министерства иностранных дел Индии, двусторонний товарооборот достиг рекордных 68,7 млрд долларов в 2024–2025 финансовом году, однако по итогам 2025–2026 года снизился почти до 59,9 млрд. Следующая общая цель — 100 млрд долларов к 2030 году. Главный вызов — расширить сотрудничество за пределы энергетики: в фармацевтике, технологиях, строительстве, туризме и креативных индустриях. Председательство Индии в БРИКС придаёт этой повестке дополнительный вес. Поэтому Форум БРИКС в рамках фестиваля «День Индии» точно отразил нынешний этап отношений двух стран: от устойчивой дружбы — к новым практическим проектам. Утром 20 августа в Гостином Дворе соседствовало всё: строгие костюмы участников Форума БРИКС, яркие сари, музыка, деловые переговоры, индийская...
24.08.2026 20:49 Интервью, мнения
ГИГАНТ — Комплексные системы: сокращение производства электроники
Российский производитель оборудования «ГИГАНТ — Комплексные системы» прокомментировал данные АРПЭ о сокращении российского рынка контрактного производства электроники. По оценке компании, снижение связано не только с падением спроса, но и с избытком производственных мощностей, который сформировался после инвестиционного цикла последних лет. По данным нового исследования Ассоциации разработчиков и производителей электроники, в 2025 году объем российского рынка контрактного производства электроники сократился на 9,4% и составил 30,46 млрд руб. По итогам 2026 года АРПЭ прогнозирует дальнейшее снижение рынка на 18%, до 24,98 млрд руб. Сокращение рынка связано с общим спадом в производстве электроники, снижением инвестиционной активности и уменьшением объемов государственных закупок. Для контрактных производителей это означает падение загрузки производственных линий и усиление конкуренции за заказы. По оценке Станислава Дажина, специалиста...
Почему визитка не работает? Новая формула международного бизнеса.
24.08.2026 19:23 Интервью, мнения
Почему визитка не работает? Новая формула международного бизнеса
20 августа в Москве состоялся День открытых дверей Ассоциации «Русско-Латиноамериканский дом». Для меня как одного из организаторов и модераторов этой встречи было принципиально важно, уйти от привычного формата, когда участники деловой встречи несколько часов слушают доклады, обмениваются визитками и зачастую расходятся, так и не поняв, чем конкретно могут быть полезны друг другу. Я давно наблюдаю одну и ту же ситуацию. Вокруг нас огромное количество сильных предпринимателей и экспертов. Один умеет выводить компании на зарубежные рынки, другой занимается международной логистикой, третий — финансами, четвертый — производством, пятый — юридическим сопровождением. Но знаем ли мы возможности друг друга настолько хорошо, чтобы при появлении конкретного запроса сразу понимать, кому его передать? Именно поэтому, когда мы формировали День открытых дверей РУЛАД, мне хотелось построить его вокруг простой идеи: не просто познакомить людей...
21.08.2026 19:20 Интервью, мнения
ГИГАНТ — Компьютерные системы: готовность КИИ к закону об ИИ
Дмитрий Битченков, директор департамента сопровождения конкурентных процедур компании «ГИГАНТ — Компьютерные системы» рассказал, почему более половины ИИ-проектов в КИИ разваливаются из-за некачественных данных, как отсутствие единой стратегии управления информацией порождает системные риски, а также объяснил, чем опасна децентрализация ответственности за ИИ и почему выстраивать AI Governance нужно уже сейчас, не дожидаясь подзаконных актов. Почему качество данных становится главным барьером для выполнения требований нового закона и почему более 50% ИИ-проектов закрываются именно из-за этой проблемы? ИИ-модель не исправляет проблемы в исходных данных, а масштабирует их. Если сведения неполные, дублируются, хранятся в несопоставимых форматах или противоречат друг другу, модель начинает выдавать недостоверные результаты. При этом компания не может уверенно объяснить, на основании каких данных был получен конкретный вывод, воспроизвести...
Как меняется анатомия по мере обучения в медвузе
21.08.2026 15:16 Консультации
Как меняется анатомия по мере обучения в медвузе
На первом курсе студент разбирает кости, мышцы, сосуды и внутренние органы как отдельные части одной большой системы. Через несколько лет от него уже требуется совсем другое знание – понимать, что находится рядом с конкретным нервом, через какие ткани проходит хирургический доступ и почему повреждение структуры в одной зоне может изменить работу другой. Поэтому курсы анатомии для студентов могут решать разные задачи в зависимости от этапа обучения и будущей специальности. Анатомия не остается одинаковой на протяжении всего медицинского образования. Сначала студент учится узнавать и называть структуры, затем – видеть их взаимное расположение, а позже – использовать эти знания при изучении клинических дисциплин. То, что на раннем этапе кажется набором терминов, постепенно становится языком, на котором описывают обследование пациента, операцию, результат компьютерной томографии или повреждение нерва. Нормальная анатомия создает...