04.12.2015 23:44
Новости.
Просмотров всего: 6391; сегодня: 2.

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.


Ньюсмейкер: Казанский федеральный университет — 856 публикаций

Интересно:

Николас Руни – о русской культуре, миссии документального кино
05.11.2026 18:30 Интервью, мнения
Николас Руни – о русской культуре, миссии документального кино
Британский режиссер и сценарист Николас Руни – член жюри международного конкурса студенческих фильмов на XXI Международном кинофестивале «Победили вместе» имени Владимира Меньшова – обсудил с ведущей рубрики о кино в журнале «Международная жизнь», членом жюри прессы МКФ «Победили вместе» Аидой Соболевой фестиваль, прошедший в Москве и Сочи с 14 по 24 сентября 2026 года. А.С.: В вашем творчестве, особенно в фильме-беседе с Александром Дугиным «Волк в лунном свете», чувствуется острый интерес к России, к ее философским поискам. Откуда он? Н.Р.: Интерес к России и ее культуре зародился у меня давно: я всегда был неравнодушен к русской опере и балету. В Европе, изучая латинскую и греческую философию, параллельно слушал курсы по русской литературе, погружаясь в произведения Чехова, Тургенева, Достоевского и Толстого. Около пятнадцати лет назад, уже имея магистерскую степень по философии и...
Выставка живописи Галлинды Траоре в арт-резиденции «Дом Ангелов»
01.11.2026 10:24 Мероприятия
Выставка живописи Галлинды Траоре в арт-резиденции «Дом Ангелов»
С 8 по 15 ноября в арт-резиденции Соловьевых «Дом Ангелов» в Санкт-Петербурге пройдёт выставка Галлинды Траоре «Истинная ценность жизни». В экспозиции будут представлены живописные произведения, посвящённые внутреннему миру человека, поиску душевной опоры и переживанию связи с окружающим миром. Открытие 8 ноября объединит живопись, музыку и поэзию. Что наполняет жизнь смыслом? Где человек находит силы в периоды перемен? Как услышать собственные чувства за повседневными заботами и ожиданиями окружающих? Эти вопросы определяют круг художественных поисков Галлинды Траоре. Её живопись обращена к состояниям, которые трудно выразить словами: пробуждению внутренней силы, ощущению уязвимости, стремлению к близости и обретению покоя. Цвет, пластика и ритм становятся средствами разговора о личном опыте, в котором каждый зритель может узнать что-то своё. На выставке художница представит авторский...
Велесова ночь – откуда она взялась?
30.10.2026 13:53 Аналитика
Велесова ночь – откуда она взялась?
Вот уже ежегодно с приближением последних чисел октября в сети появляются странные сообщения о Велесовой ночи, которая якобы проходит с 31 октября на 1 ноября. Велесову ночь называют древним славянским праздником. Так ли это на самом деле и собственно когда появилась Велесова ночь? Итак, мы можем услышать, что Велесова ночь – древний праздник славян, посвященный смене времен года, как бы переходу от осени к зиме. Якобы в ночь на 1 ноября Белобог передает колесо года Чернобогу, и тогда стирается грань межу явью, навью и правью, т.е. нашим миром, загробным и миром богов. Духи, согласно легенде, начинают свободно гулять по земле в эту ночь, а люди могут соприкоснуться с миром духов – посредством гаданий и магической практики. При этом, утверждается, что древние славяне в Велесову ночь отсиживались по домам, боясь встретиться с нечистыми духами, у домов разжигали костры, а если и выходили...
Князь Гагарин о роли дворянства, духовности, вере и будущем России
27.10.2026 19:03 Персоны
Князь Гагарин о роли дворянства, духовности, вере и будущем России
"Служение, а не привилегии": князь Григорий Григорьевич Гагарин о роли дворянства, духовности, вере и будущем России. Если спросить современного молодого человека: «Что ты знаешь о дворянстве?» - чаще всего в ответ услышишь про балы, усадьбы, дуэли и привилегии. Образ получается красивый, но очень поверхностный. А между тем есть люди, которые пытаются показать другую сторону этого наследия: не блеск и роскошь, а ответственность, труд и служение. Один из таких людей - князь Григорий Григорьевич Гагарин (родился в 1945 году), предводитель Московского регионального Дворянского Собрания, общественный деятель, для которого дворянство - прежде всего нравственный выбор и долг перед Родиной. Эта статья - не про «аристократическую элиту», а про то, как историческая память, вера и гражданская позиция могут быть не музейными экспонатами, а живой основой для личного пути. Особенно это важно для...
Валерий Рузин: документалистика - часть культурно-исторического кода
26.10.2026 13:28 Персоны
Валерий Рузин: документалистика - часть культурно-исторического кода
Для профессионального медиасообщества и индустрии кино документальное кино — это не только жанр, но и сложная производственная, этическая и коммуникационная система. В этом контексте фигура Валерия Рузина интересна не столько как биография отдельного деятеля, сколько как пример институционального проектирования: он последовательно выстраивает инфраструктуру, где документалистика становится механизмом сохранения культурного и исторического кода, а также каналом международного диалога. Профессионализация документалистики: ЕАТР как площадка стандартов и экспертизы Как президент Евразийской академии телевидения и радио (ЕАТР), Валерий Рузин делает ставку на профессиональные стандарты документального производства. В индустрии, где границы между репортажем, расследованием, арт‑документалистикой и просветительским видео размываются, именно институциональная экспертиза становится фильтром...