Текст уведомления здесь

Живые сенсоры

Что окольцованные птицы и животные могут рассказать нам об окружающем мире

В августе на МКС заработает антенна российско-германского проекта ICARUS, при помощи которой ученые будут отслеживать передвижения птиц и животных. «Чердак» встретился с орнитологом Мартином Викельски, руководителем ICARUS, чтобы узнать, как проходит последний этап подготовки к запуску проекта, как сегодня окольцовывают птиц и животных и как козы предсказывают землетрясения.
Добавить в закладки
Комментарии

— Мартин, вы работаете над проектом ICARUS. Что это за проект?

— Проект ICARUS (International Cooperation for Animal Research Using Space — Международное сотрудничество по изучению животных при помощи космоса) — это совместный российско-германский проект, обе стороны вносят равный вклад в его реализацию. Со стороны России есть потрясающие космические системы, со стороны Германии — технологические разработки. Очень важно, что мы можем реализовать этот проект действительно быстро, потому что оборудование для проекта — антенна и бортовой компьютер — доставлено на МКС. Мы одни из первых, кто делает интернет вещей через спутниковые системы. По сути, это CDMA, множественный доступ с кодовым разделением каналов, такая цифровая коммуникация между космосом и землей в упаковке.

Проект посвящен изучению животных. Это очень важно еще и потому, что животные — наиболее совершенные «датчики» изменений в окружающем мире. Созданные человеком устройства хороши, они могут быть очень сложными, но животные чувствуют изменения в природе миллионы лет — они всегда лучше «покажут», если что-то начнет меняться в окружающей среде.

Мартин Викельски. Фото: Алиса Веселкова / Chrdk.

Мартин Викельски. Фото: Алиса Веселкова / Chrdk.

— Проект должен быть завершен через год, а когда он начался?

— Первые попытки предпринимались в 2001 году. Но по-настоящему все заработало, когда мы начали сотрудничество с Россией и получили финансирование от Германского центра авиации и космонавтики (Deutsches Zentrumfuer Luft- und Raumfahrt). Так что началом проекта можно считать 2011—2012 годы. Проект строился на многолетнем сотрудничестве с российскими учеными. 8 июня на борт МКС среди других членов экипажа транспортного пилотируемого корабля «Союз МС-09» поднялся российский космонавт Сергей Прокопьев. Это был очень волнительный для нас момент. Именно он должен будет установить на модуле «Звезда» антенну.

Антенна состоит из трех принимающих антенн и одной передающей. Первые могут принимать данные от более чем 15 млн передатчиков по всему миру. И 8 августа двое российских космонавтов — Прокопьев и Олег Артемьев — выйдут в открытый космос на пять часов, чтобы установить ее.

Антенна ICARUS. Фото: Max Planck Institute for Ornitology / MaxCine

Антенна ICARUS. Фото: Max Planck Institute for Ornitology / MaxCine

— Нервничаете?

— Очень. Для нас это 16 лет подготовки. Все вкладывали в работу душу: с российской стороны просто фантастическая команда, и с немецкой стороны прекрасные ребята. Они все очень болеют за дело.

— Что произойдет после того, как антенна заработает?

— 8 августа мы проведем тестирование связи со станцией. Антенна — это «уши» системы. Благодаря ей мы и сможем услышать, принять сигналы с поверхности Земли. А затем с нашими российскими партнерами мы будем ставить датчики на животных. На тысячи животных по всему миру, но особенно в Азии и России, чтобы понять, как они перемещаются, распространяют семена, переносят болезни, потенциально они могут предсказывать катастрофы. Это все сотрудничество между разными науками, и биология самая важная из них.

— На сколько видов животных вы собираетесь поставить датчики и как это делается?

— Мы уже установили датчики примерно на 700 видов животных. Это довольно много. У нас уже есть совместная база данных с этих датчиков.

Мечение датчиками — дело легкое, потому что есть много людей, которые окольцовывают птиц. С русскими партнерами мы ведем проект, который называем «1000 колец». В этом году мы окольцевали тысячу молодых журавлей, чтобы понять, куда они мигрируют, как они выживают, что они могут нам рассказать о состоянии окружающей среды.

Мартин Викельски и окольцованный аист. Фото: Max Planck Institute for Ornitology / MaxCine

Мартин Викельски и окольцованный аист. Фото: Max Planck Institute for Ornitology / MaxCine

— А датчики вы ставите в основном на птиц?

— Животное должно быть большим, весить больше 70 граммов. Такое ограничение. Кроме птиц мы изучаем летучих мышей и крупных млекопитающих. Например, у нас есть российские коллеги, которые собираются изучать медведей на Камчатке, потому что у нас есть маленькие датчики, которые ставятся в уши. Такие датчики животное может носить всю жизнь, а мы будем знать, что оно делает, но не будем его беспокоить.

У нас есть датчики и для подводных обитателей, например для рыб, морских черепах или морских млекопитающих. Но мы не можем передавать сигнал из воды. Сначала мы пересылаем сигнал на поверхность, и после этого мы можем его передавать дальше.

— Какие технологии вы используете? Датчики же должны быть автономными, если им полагается служить всю жизнь животного.

— Датчики оборудованы маленькой батарейкой, которая заряжается каждый день от солнца. Это своего рода солнечная панель. Теоретически они работают очень долгое время и зависят только от жизненного цикла батарейки (количества циклов заряда/разряда батарейки — прим. «Чердака»). Срок службы самых маленьких — их вес около четырех граммов — мы оцениваем в два года. Но нам еще предстоит узнать, сколько на самом деле продержатся эти батарейки.

— На какие виды животных, по вашему мнению, сложнее всего поставить датчики?

— По-настоящему сложно поставить датчики на крылановых (Pteropodidae). Они ночуют высоко в кронах деревьев.

Вообще, всегда сложно ловить животных, потому что мы стараемся это делать как можно более гуманно, доставив им минимум беспокойства. В идеале это должно выглядеть так: мы ненадолго удерживаем животное, ставим на него датчик и сразу же выпускаем.

Некоторые наши маячки мы делаем в виде довольно свободной повязки, которую животному легко носить. Для слонов мы делаем датчики в уши или небольшие кольца на хвост, которые можно установить с помощью дрона. И тогда мы вообще не тревожим животное. В итоге через эти датчики они могут «общаться» с нами.

— Тюленям часто крепят датчики на голову, как бы приклеивая его. Вы используете такие устройства?

— Нет, такие датчики уже в прошлом. Раньше ученым приходилось устанавливать на животных такие датчики, потому что аппараты были очень большие. Но в будущем они станут такими маленькими, что можно будет ставить их как маленькие метки на ласты или в уши, делать в виде браслета или ошейника. Животные не должны носить тяжелые устройства на себе.

Датчик, при помощи которого исследователи отслеживают окольцованных птиц и животных. Фото: Max Planck Institute for Ornitology / MaxCine
Датчик, при помощи которого исследователи отслеживают окольцованных птиц и животных. Фото: Max Planck Institute for Ornitology / MaxCine

— Вы много лет занимаетесь установкой меток на животных и мониторингом их перемещений. Какую интересную информацию за это время вы набрали?

— Животные могут быть индикаторами для изменения погоды. Например, по полету гусей можно оценить турбулентность воздуха над Гималаями. Потом, мы знаем, что животные переносят болезни. Кроме того, есть свидетельства, что животные могут предсказывать природные катастрофы, такие как землетрясения и извержения вулканов. Нам еще предстоит изучить эту их способность. Но это направление выглядит очень многообещающим для исследователей.

Очень много аспектов, где мечение животных крайне важно. В том числе для сохранения дикой природы и ее восстановления. Все это можно сделать при помощи нашей системы.

— Биологи многие годы изучают миграцию животных. Но, мне кажется, перемещения большинства видов — все еще загадка для ученых.

— Да, и интересно, что, когда бы мы ни ставили метки на животных, мы всегда узнаем что-то совершенно новое. Например, мы ставим датчики на птиц, пока они еще в гнезде, и теперь у нас есть записи их перемещений, сделанные за всю их жизнь. Таким образом, мы понимаем, что именно знают животные. И теперь мы можем предсказывать, как животные этого вида будут мигрировать в течение жизни. Мы постоянно узнаем что-то новое.

Например, был мохноногий канюк на острове Колгуев, который через полгода оказался в Сиэтле. То есть он облетел вокруг света. Раньше об этом никто совершенно не знал, не было свидетельств.

Или, например, тот факт, что некоторые виды птиц рассеивают семена, а раньше люди думали, что они просто-напросто едят эти семена. Все это оказалось совершенно новым и потрясло ученых.

— В начале 2000-х вы изучали систему ориентации у птиц. Вы завершили эту работу?

— Нет, это все еще большой вопрос, потому что сейчас благодаря множеству работ в этой области мы наконец что-то знаем о системе навигации и ориентации у птиц. Но в целом мы изучали этот вопрос только на небольших дистанциях, когда птица пролетала небольшие расстояния. Один эксперимент мы ставили с российскими коллегами: мы изучали миграцию чаек с Соловецких островов, с Белого моря, в Африку. И это единственный эксперимент по изучению глобальной миграции. И теперь с этими датчиками мы можем это сделать, поставить эксперимент в реальных условиях. Это потрясающе.

— А как вы собираетесь изучать способность птиц ориентироваться? Посадив их в клетки с магнитным полем, как раньше?

— Да. Есть много экспериментов, которые проводили 10—15 лет назад. Но мы больше не уверены, что правильно истолковали их результаты. Это один из экспериментов. Но, например, есть черные дрозды. В России они мигрируют. В Германии мигрируют частично и не мигрируют во Франции. И сейчас мы разводим их в неволе, и привезем, например, молодых французских дроздов в Москву, и будем следить за их поведением и путями миграции. И мы также возьмем дроздов из России и доставим их на самолете во Францию, и будем следить, как они себя поведут. Это очень важные эксперименты, потому что мы до сих пор не понимаем, почему некоторые виды животных начинают мигрировать.

— Вы говорили, что животные могут быть индикаторами приближающихся природных катастроф. Какие виды могут быть «живыми датчиками»?

— У нас есть несколько направлений исследований в этой области. Несколько лет назад мы изучали овец и козлов на активном вулкане Этна на итальянском острове Сицилия. И мы могли видеть, что за несколько часов до каждого крупного извержения животные начинают нервничать. Кроме того, мы уже провели исследование с нашими российскими коллегами.

В Италии, в коммуне Норча, в конце 2016 года было землетрясение. Мы подтвердили, что животные с местных ферм предчувствовали подземные толчки за 2—12 часов, в зависимости от того, как далеко от них происходило землетрясение.

Это совершенно потрясающее. Собранные данные мы показали аналитикам, изучающим взаимозависимости на фондовом рынке. Они не знали, что именно за данные им показывают. Им надо было всего лишь найти взаимосвязь между информацией с датчиков и подземными толчками. И они нам сказали, что вот этот тип взаимодействовал с этим типом, а этот предчувствовал вот это.

Это мы считаем подтверждением того, что разные виды сельскохозяйственных животных взаимодействуют друг с другом. Они «заражают» друг друга нервозностью. Это своего рода усилитель для поведения друг друга. И они предчувствуют будущее землетрясение.

— Но как вы определяете, что животные начинают беспокоиться? По какой информации с трекеров?

— У нас есть не только информация о местонахождении животного, его координаты GPS, но и информация с сенсоров: измерение ускорения животного, его движений, а также магнитометр, который показывает местонахождение животного в пространстве. Кроме того, мы определяем барометрическую высоту, температуру тела животного и влажность. Эти данные дают довольно точное представление того, что делает животное, так что можно оценить его поведение. Можно довольно точно определить, что слон нервничал, — возможно, рядом был браконьер, или что коза нервничала, а затем последовало извержение вулкана.

— Все датчики, вне зависимости от вида животного, на которого вы их ставите, собирают эту информацию?

— Да. Это очень важно, потому что раньше многие датчики были чрезвычайно дурацкими. Они показывали нам лишь местонахождение животного и даже его давали очень неточно. А сейчас у нас есть определенный стандарт, по которому мы работаем с российскими коллегами, насколько обширно должны собираться эти данные. И электроника сейчас стала такой маленькой, что можно создавать совершенно крохотные датчики.

— Когда вы начнете ставить метки на животных, как это будет организовано? Сколько ученых или групп ученых будут задействованы?

— Главное, что у нас есть комитет по этике, состоящий из немецких и российских ученых, которые будут оценивать, какие проекты следует реализовывать. И мы будем реализовывать только те проекты, которые будут безопасны для животных, которые им не помешают. Затем, у нас есть головной институт, Институт географии РАН, — он будет рассылать датчики тем людям, которые захотят принять участие в проекте. Собранные данные параллельно будут поступать в две базы данных в институте Макса Планка и в Институт географии РАН. А еще мы будем обучать людей: ученые из института Макса Планка и ИГ РАН будут показывать, как лучшим образом ставить эти датчики. Это значит, что это своего рода сеть, как сеть по кольцеванию птиц в мировом масштабе, которая позволит любому желающему сделать вклад и принять участие в проекте, внести свою лепту.

«Чердак» благодарит за помощь в проведении интервью организаторов международной конференции, приуроченной к 100-летию Института географии РАН, «Практическая география и вызовы XXI века».

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Как на Урале строили первый в СССР промышленный ядерный реактор

19 июня 1948 года под Челябинском заработал первый в СССР промышленный ядерный реактор

Реактор с кодовым обозначением А-1 решили построить между озерами севернее Челябинска, где впоследствии вырос закрытый город Озерск, подальше от любопытных глаз. Предназначен он был не для получения электричества. Первую в мире АЭС запустили только в 1954 году, а в А-1 собирались синтезировать плутоний. Как возводили один из ключевых военных объектов страны — в материале «Чердака».
Добавить в закладки
Комментарии

Атомы плутония-239 легко распадаются и, если собрать достаточно много радиоактивного металла в одном месте, позволяют запустить цепную реакцию с лавинообразным выделением энергии. Ядерное оружие, которое в 1945-м появилось у США и спешно разрабатывалось в СССР, требует именно таких материалов: плутония-239 или урана-235. Но уран-235 оказалось крайне сложно выделять из природного сырья, где преобладает уран-238. Плутоний-239 физики сочли более перспективным: его нет в природе, зато его можно синтезировать в ядерных реакторах.

Активная зона уран-графитового реактора. Фото: Игорь Кубединов / ТАСС
Активная зона уран-графитового реактора. Фото: Игорь Кубединов / ТАСС

Что значат числа рядом с элементами?

Число после названия элемента обозначает общее количество протонов и нейтронов в атомном ядре. У каждого элемента есть строго определенное число протонов, а нейтронов встречается то больше, то меньше. Эти разновидности, отличающиеся количеством нейтронов, называются изотопами элементов.

Новые распоряжения и сорванные сроки [ ... ]

Читать полностью

Миллиарды в диагностику рака

Что такое ядерная медицина и как устроена инфраструктура вокруг нее

Портфельная компания «Роснано» открыла 11-й центр ядерной медицины в России. Теперь высокоточная диагностика онкологических заболеваний доступна обладателям медицинского полиса не только в столице, но и в десяти российских регионах. Корреспонденты «Чердака» побывали на открытии новых центров в Самаре и Ростове-на-Дону и выяснили, чем радиомедицина может помочь больным раком.
Добавить в закладки
Комментарии

Ежегодно в мире от рака умирает 8−9 миллионов человек. Вероятность наступления этого страшного заболевания напрямую связана с возрастом. В России количество диагностированных онкозаболеваний у женщин начинает экспоненциально расти с 25 лет. Риск практически удваивается каждые четыре года, достигая максимума между 60 и 70 годами. Вероятность появления рака у мужчин нарастает с 35 лет. До 55 лет она примерно на 30 процентов ниже, чем у женщин, в возрасте 55—59 лет сравнивается, а затем с 60 до 70 превосходит женские показатели.

При этом в России отмечено серьезное увеличение заболеваемости онкологией. Так, только в Ростовской области врачи диагностируют более 14 тысяч случаев рака в год, а в регионах с более тяжелой экологической ситуацией и наличием вредных производств цифры могут быть в разы выше. Однако такой диагноз вовсе не приговор: своевременная и точная диагностика может как помочь с выбором метода лечения, так и отследить его эффективность. Во многих случаях пациентам удается добиться ремиссии, а иногда и полного излечения.

Проблемой, особенно в регионах России, остается доступ к эффективной и квалифицированной диагностике онкологических заболеваний. Наиболее точным методом сейчас является позитронно-эмиссионная томография, сопряженная с компьютерной томографией (ПЭТ/КТ): ни ультразвуковые исследования (УЗИ), ни обычная КТ или МРТ не могут с достаточной точностью локализовать опухоль. При этом в ПЭТ/КТ-диагностике используются крайне дорогие в производстве радиофармпрепараты, срок хранения которых не превышает 6—12 часов. Из-за этого долгое время данный вид медицинских услуг был доступен исключительно в Санкт-Петербурге, Москве и Европе. При этом потребность в нем оставалась огромной во всех регионах страны.

За семь лет национальная сеть центров ядерной медицины «ПЭТ-Технолоджи» создала при поддержке УК «РОСНАНО» и лично Анатолия Чубайса уже 11 диагностических центров в Москве, Курске, Белгороде, Екатеринбурге, Уфе, Липецке, Орле, Тамбове, Тольятти, Самаре и Ростове-на-Дону. Компанией построены также два производственных центра в Уфе и Ельце. Они оборудованы циклотронными комплексами, лабораториями синтеза радиофармпрепаратов, оборудованием для их упаковки и доставки в регионы авиа- и автотранспортом. Общая сумма инвестиций в проект уже превысила 4,4 миллиарда рублей. Как результат, спрос на ПЭТ/КТ-диагностику теперь будет во многом удовлетворен, причем для большинства пациентов по полисам ОМС. [ ... ]

Читать полностью

Грубый, как клешня

После успешного редактирования системой CRISPR-Cas клетки человека рискуют стать раковыми

Клетки человека, успешно отредактированные системой CRISPR-Cas9, скорее всего потом окажутся раковыми — узнали те, кто 11-го числа прочел свежий номер Nature Medicine. На фоне таких новостей стоимость «криспровых» фармкомпаний начала падать. «Чердак» кратко рассказывает о том, что именно напугало биржу биотехнологий, и рушат ли новые данные наши надежды на светлое генно-модицифированное будущее.
Добавить в закладки
Комментарии

Тревожные известия принесли сразу две независимые группы исследователей, статьи которых опубликовал журнал Nature Medicine в начале этой недели. Первая группа исследовала воздействие CRISPR-Cas9 на клетки сетчатки глаза человека, вторая — на плюрипотентные стволовые клетки.

Ученые пришли к одному и тому же выводу: белок p53, который специализируется на регулировании жизненного цикла клетки и не позволяет ей стать раковой, способен противостоять вмешательствам системы CRISPR-Cas в геном. Соответственно, если клетки человека были успешно отредактированы при помощи CRISPR-Cas, у них, с большой вероятностью, ген p53 или совсем не работает, или в результате мутации работает не совсем хорошо, иначе он бы помешал редактированию. А это значит, клети без подобного «противоракового предохранителя» с ненулевой вероятностью станут через некоторое время опухолевыми.

Бег с препятствиями

Система CRISPR-Cas9 — это иммунитет бактерий, они используют ее для борьбы с вирусами и бактериофагами, разрезая их ДНК, словно ножницами. Эту способность ученые открыли в начале 2000-х годов, а в 2012—2013 годах показали, что системы CRISPR-Cas могут работать не только в клетках бактерий. [ ... ]

Читать полностью