Наука є! Чим займаються українські науковці
Фото: Макс ТребуховРозробляють програму для ранньої діагностики аутизму
Розлад аутистичного спектра (РАС) – це ціла група різноманітних станів людини. Але для всіх людей з цим спектром розладів характерні проблеми соціальної взаємодії. Вони можуть проявлятися дуже різноманітно. З одного боку, це може бути людина, яка завжди потребуватиме допомоги інших, навіть в елементарних побутових речах.
З іншого – РАС може мати абсолютно самодостатня людина, яку знають як талановитого науковця чи програміста, але з дещо “дивакуватим” характером. Ключовим для успішної адаптації та соціалізації людей з РАС є рання діагностика.
Що раніше в дитини виявлять РАС, то більше шансів максимально розвинути її потенціал і адаптувати до соціуму. І тут виникає серйозна проблема. За даними найбільшої дослідницької організації з питань аутизму в США Autism Speaks, більшість дітей отримують діагноз у віці після чотирьох років, хоча розпізнати РАС можна вже у два роки. Що пізніше дитина отримає діагноз – то складнішою буде абілітація.
Нейробіолог Сергій Данілов разом з командою програмістів і психологів розробляє програму, яка шляхом відстеження погляду (eyetracking) може допомогти батькам преддіагностувати РАС.
Фото: researchgate.net“Аутизм має дуже багато проявів, і одного критерію ніколи не буває достатньо, але все ж таки саме проблеми із соціальною інтеракцією, особливо в маленьких дітей, eyetracking дуже гарно помічає”, – пояснює нейрофізіолог.
Якщо дуже спрощено описати суть прототипу, то під час перегляду мультика програма фіксує те, як часто дитина дивиться на обличчя та соціальні сцени. Нормотипові люди більшу частину часу будуть приділяти увагу саме цьому. Але діти з РАС – ні. Вони уникатимуть таких сцен і прояву людських емоцій.
“Хочу ще раз наголосити, що це саме прототип, наразі ми працюємо над тим, щоб програма не лише аналізувала, але й давала рекомендації. Звичайно, важливий також і контекст. Нормотипова людина теж може отримати трохи відмінні від середніх значень цифри, якщо, наприклад, була не в настрої чи її щось відволікало. Але якщо маленька дитина, чия поведінка та взаємодія з іншими викликає питання в батьків, лише 30% уваги приділила соціальним сценам, можливо, це привід проконсультуватися з лікарем і не змарнувати дорогоцінний час”, – пояснює Сергій Данілов.
Фото: Надано авторомПрограма корисна не лише для ранньої, але й для диференційної діагностики.
“Нещодавно я спілкувався з родиною, в якій дитині встановили аутизм. Але це був помилковий діагноз. Так, дитина має порушення в розвитку, але це не РАС, їй потрібні інші підходи та інші програми абілітації”, – розповідає Данілов.
Також ця модель має й інший потенціал – вона допомагає зорієнтуватись, чи дійсно працює програма, за якою займається дитина з РАС:
“В Україні дуже багато псевдонауки навколо аутизму. Спеціалістів, які практикують дійсно науково доказові методи типу терапії АВВА, не так багато. Якщо дитина починає проходити якусь програму, ми можемо зрозуміти, чи зміни її поведінки – це дійсно якісні зміни. Грубо кажучи, вона почала правильно виконувати завдання, бо це відповідь на “дресуру” чи все ж таки вона стає більш адаптованою соціально? Це також можна встановити за допомогою eyetracking”.
Фото: unsplash/Madison YocumНаразі програма у стадії розробки. На сайті Odry.eu через браузер Chrome можна протестувати модель на собі. Але чітка інтерпретація результату поки що доступна лише в колаборації з науковцями. Цей проєкт не фінансується НАН. Наразі науковці працюють з грантами, також їхньою діяльністю зацікавився уряд Австрії. Розробка україномовної версії перебуває в процесі.
Ретельно досліджують акваторію Чорного моря, щоб з'ясувати кількість дельфінів
У 2019 році за підтримки Єврокомісії відбувся великий авіаційний облік дельфінів у Чорному морі в рамках проєкту “CeNoBS”. У проєкті брали участь Україна, Болгарія, Румунія, Туреччина та Монако, де розташовано Секретаріат угоди зі збереження китоподібних Середземного та Чорного морів. Важливість цього проєкту полягає в тому, що кількість дельфінів і стан їхніх популяцій свідчить про загальне становище екосистеми Чорного моря. Дельфіни належать до так званих “видів-вартових” морської екосистеми: якщо дельфіни в безпеці – отже, все живе в морі почувається добре.
Ось що розповідає про проєкт доктор біологічних наук, зоолог і палеонтолог, фахівець із сучасних і викопних морських ссавців Павло Гольдін:
“Ми облітали акваторії всіх наших країн. Урешті-решт, облік охопив понад 60% акваторії Чорного моря. Це був унікальний проєкт. Уперше за всю історію дослідження дельфінів одночасно відбувся облік у північній і південній частинах Чорного моря. Раніше обліки зосереджувалися лише в одній з частин”.
Павло ГольдінОбліт здійснювався на двох легких літаках “Cessna”, дослідження тривало три тижні. Окрім дельфінів, також обліковували морських птахів і морське сміття.
Дані все ще опрацьовують. Загалом було обліковано 250 000 дельфінів, але як стверджує зоолог, з урахуванням усіх поправок і корекцій, їх число може сягати 400 000.
А от українські води північно-західної частини Чорного моря є найбіднішими на китоподібних.
“Ми облікували приблизно 10 000 дельфінів у межах польотної зони Одеси. До цього треба додати дельфінів у водах Криму, де ми не робили обліку, але цифра все одно не буде великою. Ми маємо дані з обліку, який проводився у 2013 році й охоплював кримські води, і все одно видно, що українські води не є центром поширення китоподібних. У цьому сенсі це доволі занедбана акваторія”, – розповідає науковець.
Чому так? Наразі точно невідомо. Є сподівання, що аналіз даних з авіаційного обліку проллє світло на причину. За словами Гольдіна, тут може бути поєднання природних факторів і впливу людини.
Окрім авіаційних обліків, в Україні проводили і суднові. У 2019 році випала нагода провести обидва.
Як пояснює Павло Гольдін, в ідеалі судновий облік повинен проводитись тричі на рік, а в реальності все залежить від фінансування. Такі дослідження допомагають відстежувати стан популяцій, вчасно реагувати на загрозу зникнення видів:
“Коли ми знаходимо місця великого скупчення китоподібних, їхнього розмноження, живлення, міграцій, або наявність окремої місцевої популяції, ми рекомендуємо присвоювати цим місцям певні ступені охорони”.
Основна спеціалізація Гольдіна – еволюційні дослідження.
З колегами Ігорем Дзеверіним, Марією Гхазалі, Каріною Вишняковою та іншими Павло Гольдін в Інституті зоології НАН України працює над великим проєктом, пов'язаним з вивченням еволюції. Проєкт також фінансується Національним фондом досліджень.
“Ми вивчаємо еволюцію скелета ссавців, які переходять до водного або до повітряного способу життя. У цьому проєкті я відповідаю за китоподібних, а Ігор Дзеверін – за кажанів”, – каже Гольдін.
Фото: Надано авторомГольдін розповідає, що зоологія – це галузь науки, яка на підйомі в нашій країні. Він називає зоологію “прихистком” для тих, хто хоче робити науку саме в Україні.
Наразі Національним фондом досліджень профінансовано 4 проєкти в межах Інституту зоології ім. І. І. Шмальгаузена НАН України й ще декілька зоологічних праць поза ним:
“Один з проєктів присвячений біологічним інвазіям риб у внутрішніх водоймах України. Його лідерка – пані Юлія Куцоконь. Вони оцінюють, що стається з іхтіофауною в часи глобалізації та кліматичних змін. Науковці знаходять дуже цікаві зміни. Наприклад, види, які були лише в Дунаї, тепер можна побачити в Києві. Ще один проєкт присвячено паразитам риб, зокрема антарктичних. Його веде Тетяна Кузьміна. Цікавий проєкт про еволюцію екологічних спільнот комах у лісах минулого в порівнянні з лісами сучасними, тобто порівнюються ліси, які існували на нашій території 30 - 35 мільйонів років тому, з нинішніми. Його веде Олександр Варга”.
Павло Гольдін говорить, що, на жаль, є і багато перспективних проєктів, які не отримали фінансування, принаймні цього року, але оскільки галузь активно розвивається, то є всі шанси, що вони не опиняться за бортом науки.
Вивчають темну матерію
Усе те, що ми знаємо та можемо дослідити сучасними інструментами та методами, складає всього-на-всього 5% Всесвіту. Просто уявіть – галактики, планети, дерева, гори та людство. Це мізер. Це лише 5% того, що існує. Ці 5% називають терміном “нормальна матерія”, проте навіть на сайті НАСА висловлюють сумнів, що цей термін доречний. Адже ми говоримо лише про дуже незначну частинку нашого Всесвіту.
Усе інше – це темна матерія та темна енергія.
Фото: NASAТемна енергія – це гіпотетична форма енергії, яка має від'ємний тиск та рівномірно заповнює весь простір Всесвіту. Темна енергія становить орієнтовно 68% Всесвіту.
Інші 27% припадають на темну матерію. І ця частина Всесвіту – невидима. Проте що ми про неї знаємо?
Ми знаємо, що це те, що робить існування галактик можливим. Коли наука змогла прорахувати, чому Всесвіт такий, яким ми його знаємо, стало зрозуміло, що “нормальної матерії” недостатньо для формування Всесвіту: сила гравітації видимої матерії просто недостатньо сильна, щоб сформувати галактики та складні структури. Також сили гравітації темної матерії недостатньо і для того, щоб пояснити спостережні швидкості зір і галактик. Існує щось більше. Але ця матерія невидима. Вона не відбиває світло і проявляє себе в основному гравітаційно. Вона темна.
В Україні темну матерію досліджують Інститут теоретичної фізики імені Боголюбова, Астрономічна обсерваторія (АО) КНУ імені Тараса Шевченка, Астрономічна обсерваторія Львівського національного університету. Співробітники АО КНУ також є членами колаборації Cherenkov Telescope Array (СТА), серед завдань якої непряме детектування темної матерії. Як пояснює кандидат фізико-математичних наук, молодший науковий співробітник Інституту теоретичної фізики імені Боголюбова Антон Рудаковський, неможливо займатися космологією й оминути питання темної матерії.
"З\'ясування природи темної матерії є ключовим для розуміння того, як "працює" Всесвіт. Вона є "Священним Граалем" сучасної фізики”, - каже Антон Рудаковський.
За його словами, вивчення цієї фундаментальної для фізики теми перебуває на пристойному рівні в Україні.
Антон Рудаковський“Ми не є світовими лідерами, але ми робимо якісні дослідження, які публікують в авторитетних журналах, а роботи українських учених викликають неабиякий інтерес міжнародної наукової спільноти, – пояснює він. - Один з яскравих прикладів – пошуки сигналу розпаду темної матерії в даних супутників, які ведуть спостереження в рентгенівському діапазоні".
Шукати темну матерію можна різними шляхами.
Наприклад, група науковців в обсерваторії КНУ є учасниками великої міжнародної колаборації СТА, серед задач якої є і пошуки можливих анігіляцій важких частинок - кандидатів на роль темної матерії.
“Також ми маємо доступ до відкритих даних різних спостережних місій, можемо їх аналізувати та робити свій вклад у дослідження питання”, – додає науковець.
“У 2014 році було знайдено лінію рентгенівського випромінювання, яка може бути пояснена розпадами однієї з частинок-кандидатів на роль темної матерії. Цей можливий сигнал від темної матерії викликав жваву дискусію серед фізиків, яка ще триває. У міжнародну команду, яка заявила про можливе спостереження розпадів темної матерії, входили і українські науковці, зокрема Дмитро Якубовський, який вже давно займався питаннями темної матерії”, – згадує Рудаковський.
Вивчають науковці й ультралегку темну матерію. Наприклад, у проєкті під керівництвом науковця Юрія Штанова “Легка темна матерія та динамічна темна матерія”, який підтримано грантом Національного фонду досліджень України.
Роботи українських науковців також допомагають проводити підземні експерименти з детектування темної матерії. Наприклад, Харківський Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України виготовляв надчистий кристал - “серце” детектора для підземного експерименту в Гран Сассо (Італія) в рамках експерименту DAMA.
Захищають різноманіття українських степів і лук
“Польовий сезон 2021 завершено”, – написала на своїй фейсбук-сторінці докторка біологічних наук і провідна наукова співробітниця Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України Анна Куземко. Усе літо Анна провела серед трав і квітів України.
Фото: Надано авторомМи часто можемо чути термін “біорізноманіття”. Ним позначають різноманіття серед сукупності організмів, які входять до певної екосистеми, і українські луки – це часто “гарячі точки біорізноманіття”. Просто уявіть собі, на невеликій площі, скажімо 16 кв. метрів, може рости до 120 видів рослин.
“Так, у нас є настільки багаті луки, але ми дуже мало знаємо про їхній стан, і при цьому ми дуже швидко втрачаємо наші луки і степи. Через відмову від традиційного їх використання як сіножатей і пасовищ, а в останні роки - ще й через масове розорювання. А втрата природних трав’яних екосистем призводить і до ерозії ґрунтів, і до замулення річок, і до пилових бур, а отже, і до значних економічних збитків”, - розповідає науковиця.
Три роки тому Анна Куземко разом з однодумцями заснувала Українську природоохоронну групу - Ukrainian Nature Conservative Group, щоб утілювати наукові здобутки в практику охорони природи. У 2020 році група науковців на чолі з Куземко виграла грант від Національного фонду досліджень України, який присвятили збереженню трав'яних біотопів.
"Цього року ми сконцентрували увагу на тому, щоб закласти еталонні ділянки для кожного типу трав'яних біотопів України”, – розповідає науковиця.
Робота виглядає орієнтовно так: науковці обирають типову однорідну ділянку та чітко окреслюють досліджувану площу, наприклад, 10 на 10 метрів. Потім записують усі види судинних рослин, мохів і лишайників у її межах. Після цього у відсотках визначається проєктивне покриття кожного виду.
Також фіксуються географічні координати, висота над рівнем моря, мікрорельєф, експозиція схилу, параметри землекористування, береться проба ґрунту.
По кутах ділянки закопують металеві маркери, щоб за допомогою металошукача через рік-три-п’ять знайти цю ділянку та переоцінити її стан. Такі спостереження не лише допомагають простежити зміни та вчасно помітити тривожні сигнали, але й розробити рекомендації для збереження біотопів.
Фото: Надано автором“У деяких випадках для збереження трав’яного біотопу потрібно провести певні заходи - вирубати дерева або кущі, викосити травостій, а іноді навіть провести контрольоване випалювання. Така практика доволі поширена в Європі та світі. У нас великі проблеми саме через безконтрольне спалювання сухої трави. Будь-який вплив на рослинність повинен бути науково обґрунтованим”, – розповідає Анна Куземко.
А от чи будуть дотримуватися рекомендацій науковців землекористувачі – інше питання.
“Можна просто спостерігати, як зникають унікальні види та цілі екосистеми, а можна щось робити, щоб цьому запобігти”, – каже Куземко.
Також науковці займаються і консультативною діяльністю. Є так звані “заказники” – природоохоронні об'єкти загальнодержавного або місцевого значення. Наприклад, небайдужі громадяни просять допомогти створити такі заказники в цінному лісі з рідкісними видами, який планували просто вирубати, або на степовій ділянці, яку заплановано розорати.
“Одного разу до мене звернувся директор великої агрофірми, який просив дослідити ліс на предмет червонокнижних рослин і, можливо, створення там заповідного об’єкта. Він сказав, що хоче, щоб після нас на цій планеті щось залишилось. Це завжди дуже руйнує стереотипне уявлення про бізнес”, – згадує науковиця. На жаль, такі випадки бувають украй рідко.
Фото: Надано авторомОдним з найважливіших своїх проєктів Анна Куземко вважає участь у розробці Смарагдової мережі України й у підготовці відповідного законопроєкту. “Смарагдова мережа” – це останні ділянки недоторканої української природи. У Євросоюзі є її аналог – NATURA 2000. Мережа має мету зберегти види та екосистеми, визнані рідкісними на рівні всієї Європи. Розробка української Смарагдової мережі триває вже понад 10 років. Сучасна схема була затверджена у 2019 році на засіданні постійного комітету Бернської конвенції. До мережі входять абсолютно всі національні природні парки і заповідники, а також долини річок і водосховища. Повний перелік об'єктів можна передивитись тут.
У грудні 2020 року в українському парламенті був зареєстрований проєкт Закону України “Про території Смарагдової мережі“ (№4461). Якщо цей закон ухвалять, охорона природи в Україні будуватиметься на європейських засадах і наукові підходи до збереження дикої природи буде втілювати значно легше.
Чимало роботи направлено на те, щоб проєкт існував не лише на папері. У законопроєкту “Про території Смарагдової мережі” є багато противників. Це і аграрії, і лісівники, і надровики. Деякі політики маніпулюють, що це сильно заважатиме розвитку бізнесу. Наприклад, депутат Іван Крулько палко розповідав з трибуни парламенту, що спочатку в Україні мають побудувати стільки курортів і готелів, як в Італії та Австрії, а потім уже переживати за якісь там мережі.
Законопроєкт скерували на доопрацювання, і є надія, що в парламенті все ж таки дослухаються до науковців.
Вивчають біль
Нейрофізіолог, професорка та докторка біологічних наук Нана Войтенко вже багато років досліджує біль.
Нана ВойтенкоУсе почалося з дослідження того, як змінюється кальцієва сигналізація при різних захворюваннях. Наприклад, як змінюється больова сигналізація нейронів при цукровому діабеті.
"При діабеті в пацієнтів змінюється больова чутливість. Свого часу ми показали молекулярне підґрунтя таких змін. А далі питання виникло само собою: чи ці молекулярні механізми змінюються тільки при цьому захворюванні, чи вони характерні і для інших хвороб з больовими синдромами?" - говорить Войтенко.
Біль – це дуже широке поняття. Він буває і колючий, і тягучий, і ниючий. Біль, перш за все, сигналізує, що десь в організмі є негаразди. Але інколи біль втрачає свою захисну функцію. Це найстрашніший тип болю – хронічний.
"Уже на початку 2000-х почали з'являтися публікації, які описували хронічний біль як самостійну клінічну одиницю. Окрему сутність. Тобто не біль як наслідок. Виникло питання, коли біль – це вже не просто сигнал? Лікарі завжди зустрічались з тим, що хворобу вилікували або її взагалі не було, а біль є. Або хвороба є невиліковною. Причому часто такий біль є нестерпним і дуже знижує якість життя. Наукова та медична спільноти почали усвідомлювати, що з цим необхідно боротись. І в мене як науковиці також виникли питання: з погляду молекулярних механізмів цей біль – це однакові зміни для всіх типів болі? При будь-яких порушеннях? Чи все ж таки є певні особливості? Так ми і почали займатися цією темою”, – розповідає Нана Войтенко. Перші напрацювання отримали завдяки спільному гранту з партнерами з Франції та Великої Британії на початку 2000-х.
Фото: Надано авторомДалі були проєкти з колегами з Університету Джона Гопкінса, деякі підтримувались американським Фондом досліджень ювенільного діабету.
“Під час цих проєктів ми зрозуміли, що змінюється вся робота мережі спинного мозку, і навіть виявили, як саме звичайний біль переходить у хронічний. Ми знайшли певний молекулярний механізм і нейрофізіологічний корелят хронічного болю. Розумієте, людина - це білкова структура. Білки в нашому організмі доволі швидко оновлюються. Деякі змінюються швидше, деякі - повільніше, але за пару місяців ми маємо повністю оновлений у сенсі білкових структур організм. Якщо певний рецептор довгий час працює по-іншому, то організм починає сприймати це як норму і починає перелаштовуватись таким чином, що ці рецептори і продовжують так працювати, – розповідає науковиця. – Якщо точково “перепрограмувати” саме цей рецептор, можна позбутися хронічного болю”.
Одне з останніх напрацювань у цій сфері – вивчення обробки больового сигналу у спинному мозку та передачі його в головний мозок.
Складність цієї теми полягає в тому, що традиційну та максимально наближену до фізіологічної модель спинного мозку, з якою і працювали науковці, нарізали дуже тонко: це важливо для сучасної мікроскопії – об'єкт має бути по суті прозорим. Але науковці зіткнулися з тим, що в тонко нарізаному матеріалі сильно порушується архітектоніка спинного мозку, тому що переважна більшість аксонів (відростків) нейронів розташовані вздовж нього, тож поперечні зрізи розривають зв’язки між нейронами. І це спотворювало реальну картину.
Фото: man.gov.uaДля цього, як пояснюють на сайті Національної академії наук України, в лабораторії Інституту фізіології за участю колишніх колег – Віктора Деркача і Бориса Сафронова – розробили альтернативний метод, який дозволяє працювати з цілим спинним мозком, що є доволі товстим і непрозорим об'єктом.
Якщо пояснювати спрощено, то науковці підсвітили об\'єкт під певним кутом інфрачервоними LED-лампочками. Це дозволило дослідити та відокремити певний тип нейронів, які кодують інтенсивність больового сигналу, який прямує від спинного мозку в головний.
Такі дослідження цінні не лише для фундаментальної науки. Згодом це допоможе розробляти нові знеболювальні більш ефективної, “точкової” дії, без загального впливу на організм.
Щоб провести операцію, раніше людину буквально вирубали – давали, наприклад, кувалдою по голові, говорить Войтенко. Деякі сучасні методи анестезії або знеболення роблять те саме, тільки медикаментозно:
“Наразі багато науковців працюють над фенотипуванням болю, тобто намагаються зрозуміти специфічні молекулярні механізми, які запускають біль. Коли цей механізм, який не є загальним, буде знайдено, нам буде легше знайти й специфічне лікування.
Усі сучасні знеболювальні діють на організм системно. Ми часто позбуваємося болю, але все одно можемо погано почуватися через побічні ефекти. Адже таблетки блокують певні рецептори по всьому організму, навіть там, де вони не беруть участі в проведенні саме больового сигналу. Для ефективного позбавлення болю потрібні ліки, які працюють точково та вибірково”, – говорить Войтенко.
Фото: Надано авторомУ лабораторії Інституту фізіології також є напрацювання з цього питання – трудяться і над фармакологічними, і над генетичними підходами. Тестується це наразі лише на тваринах, оскільки проведення якісних клінічних досліджень – це дуже великі інвестиції.
***
Проблема України та української науки не в тому, що в нас немає сильних науковців. Проблема в тому, що вони є, але вони закінчуються. Люди або їдуть в інші країни, де їхній розум і талант отримує належну оцінку та винагороду, або просто йдуть з науки.
На думку фізика Антона Рудаковського, ситуація критична:
“Ще декілька десятків років - і ми не просто відстанемо, ми взагалі перестанемо усвідомлювати, а що ж відбувається з наукою там, в інших країнах. У нас банально не буде людей достатньої кваліфікації”.
Наука в Україні потребує адекватного фінансування та якісної реформи. Інших шляхів немає.