Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук (СПб ФИЦ РАН) – одна из крупнейших научных организаций на территории Северо-Запада России. Центр включает шесть академических учреждений, в которых действует около 40 лабораторий и работает более 500 ученых.
СПб ФИЦ РАН является уникальной научной организацией, работающей на стыке различных дисциплин, с целью обеспечения устойчивого и Федерального исследовательского центра охватывают фундаментальные исследования и безопасного технологического развития страны. Исследования Санкт-Петербургского ТЕМА НОМЕРА: НАУКА И ЭКОЛОГИЯ прикладные разработки в различных, но при этом четко взаимосвязанных областях. Так, исследовательские группы СПб ФИЦ РАН активно работают в сфере искусственного интеллекта и больших данных. Ведутся разработки интеллектуальных интегрированных систем поддержки принятия решений, которые помогают оптимизировать взаимодействие человека и компьютера, а также повышают эффективность робототехнических комплексов. Другое направление связано с исследованиями в области информационной и кибербезопасности, а в условиях современных угроз создание постквантовых криптосистем становится особенно актуальным для защиты данных и информации.
Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр РАН (СПБ ФИЦ РАН) создан 17 июля 2020 года усилиями шести ведущих академических организаций с пятидесятилетней историей научной деятельности в области информатики, природопользования и сельского хозяйства: Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН, Новгородский НИИ сельского хозяйства, Северо-Западный центр междисциплинарных исследований проблем продовольственного обеспечения, Северо-Западный научно-исследовательский институт экономики и организации сельского хозяйства, Научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН и Институт озероведения РАН.
В то же время СПб ФИЦ РАН активно занимается тематикой устойчивого развития аграрного сектора: центр проводит исследования по рациональному использованию агроресурсов, сохранению биологического разнообразия и разработке технологий, способствующих экологической безопасности и продовольственной безопасности России.
Наконец, еще одно важнейшее направление работы ученых СПб ФИЦ РАН – исследование проблем экологии и устойчивого природопользования. Причем Санкт Петербургский Федеральный исследовательский центр, как одно из ключевых научных учреждений на Северо-Западе России, особое внимание уделяет природной системе Ладожское озеро – река Нева – Финский залив, что подчеркивает важность интеграции природных и техногенных исследований.
СПБ ФИЦ РАН активно исследует проблемы экологии и устойчивого природопользования, анализируя влияние потенциальных загрязнителей на экосистемы и разрабатывая методы их контроля и реабилитации загрязненных территорий. Ученые развивают теории, касающиеся изменения и восстановления экосистем, и проводят глубокие исследования происхождения и функционирования водных ресурсов, что имеет большое значение для прогноза их устойчивости.
«Цветение» водоемов: перспективные подходы контроля и борьбы с токсичными цианобактериями
Сегодня одно из актуальных направлений работы ученых СПб ФИЦ РАН в сфере экологии – изучение токсинов цианобактерий и развитие методов борьбы с вредоносным «цветением» водоемов и их последствиями. Причины этого процесса в первую очередь связаны с климатическими изменениями и возрастающей антропогенной нагрузкой на водоемы, приводящей к росту содержания в воде биогенных элементов. При этом механизмы «цветения» мало изучены, а эффективных экологически безопасных методов их устранения пока нет.
Возрастающая интенсивность «цветения» водоемов во многом вызывает опасения в связи с тем, что многие цианобактерии образуют сильнодействующие токсины. Наиболее распространенными и опасными из них являются гепатотоксины – микроцистины. На сегодняшний день доказана их высокая токсичность для человека, животных, представителей зоопланктона. Поэтому в большинстве стран Евросоюза, в США, Канаде и Австралии разработаны национальные программы по мониторингу «цветения». Стоит отметить, что в условиях климатических изменений проблема вредоносных «цветений» распространяется на северные регионы.
Если говорить о России, то токсичные виды цианобактерий обитают во многих водоемах, в т. ч. в самом крупном в мире природном резервуаре пресной воды – озере Байкал, а также в Ладожском озере, которое служит источником водоснабжения Санкт-Петербурга – одного из крупнейших мегаполисов страны. Активное «цветение» наблюдается и в акватории Балтийского моря. На Северо-Западе России подобные процессы регистрируются практически во всех водоемах.
Проблемой вредоносных «цветений» активно занимаются специалисты Научно исследовательского центра экологической безопасности РАН (НИЦЭБ РАН – подразделение СПб ФИЦ РАН). Так, лаборатория натурных эколого-химических исследований с 2008 года ведет исследование пресноводных акваторий, которые различаются по лимнологическим параметрам, структуре фитопланктона, спектру, концентрации цианотоксинов и трофическому статусу. Для определения профиля цианобактериальных токсинов и их количественного определения используется метод высокоэффективной жидкостной хроматографии – масс-спектрометрии высокого разрешения.
В ходе этой работы учеными СПб ФИЦ РАН получен наиболее полный комплект данных для водоемов Санкт-Петербурга со значительной рекреационной нагрузкой (озера Сестрорецкий Разлив и Нижнее Суздальское). Продолжается исследование структуры альгоценозов, цианотоксинов в воде и биомассе цианобактерий прибрежной зоны восточной части Финского залива.
За время исследования (эта работа ведется с 2008 года) в воде и в биомассе цианобактерий в разнотипных водоемах Санкт Петербурга идентифицировано 20 структурных вариантов микроцистинов группе (относятся к цианотоксинов – гепатотоксинов), установлено, что их концентрация в летний период представляет угрозу для здоровья населения. Показано, что разнообразие и концентрации цианотоксинов связаны с составом доминирующих видов цианобактерий и уровнем их роста и развития.
В силу климатических изменений область «цветений» расширяется на север, поэтому лабораторией натурных эколого-химических исследований ведется работа по сбору и анализу основных лимнологических и структурно функциональных параметров фитопланктона в водоемах Северо-Востока РФ, включая зону Субарктики, и Юго-Востока Западной Сибири.
Существующие физические и химические методы борьбы с массовым развитием цианобактерий зачастую трудоемки, дороги и потенциально опасны для окружающей среды. Альтернативой существующим методам является экологически-безопасный подход, подразумевающий использование биологических способов контроля цианобактерий, который является одним из приоритетных направлений научных исследований другого научного подразделения НИЦЭБ РАН – лаборатории биологических методов
экологической безопасности.
Научным коллективом лаборатории ведутся работы по изучению способности автохтонной микробиоты разнотипных водных объектов, в т. ч. Северо-Запада РФ (Сестрорецкого Разлива, Нижнего Суздальского озера, Ладожского озера, Финского залива), деструктировать высокотоксичные микроцистины. различных объектов Из окружающей среды выделены и идентифицированы активные бактерии и мицелиальные грибы, обладающие альгицидной активностью и способные разлагать микроцистины до нетоксичных соединений. Большое внимание уделяется исследованиям, направленным на изучение процессов и механизмов подавления роста цианобактерий метаболитами выделенных микроорганизмов, а также механизмов трансформации микроцистинов.
Полученные результаты важны для понимания процесса детоксикации водных объектов автохтонной микробиотой и используются для выделения новых микроцистин-деградирующих микроорганизмов. В лаборатории биологических методов экологической безопасности (ЛБМЭБ) НИЦЭБ РАН – СПб ФИЦ РАН создана рабочая коллекция высокоактивных штаммов бактерий и мицелиальных грибов с альгицидной активностью и свойством разрушать высокотоксичные микроцистины.
Экспериментальные исследования ЛБМЭБ, направленные на изучение биологических способов борьбы с «цветением» водоемов, являются научной основой для разработки конвергентных биотехнологий ограничения и предотвращения массового развития цианобактерий и детоксикации водных объектов, загрязненных токсичными цианобактерий.
