Доклад президиума российской академии наук

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Исследования по биологии развития, эволюционной биологии, биоразно-образию, экологии организмов и их сообществ, общей генетике по-прежнему занимают ведущие позиции в проблематике общей биологии.

В сфере биологии развития успешно ведутся комплексные исследования закономерностей, механизмов и эволюции таких процессов как дифференцировка, морфогенез, регенерация, репродуктивная биология, клонирование клеток и организмов. В последние годы получены уникальные данные по особенностям дифференцировки стволовых клеток, выделенных из разных тканей и органов млекопитающих, включая человека.

Сохраняет высокий уровень и отечественная эволюционная биология. Особо следует отметить разработку проблем докембрийских этапов развития органического мира, палеонтологии микроорганизмов, а также эволюционной синэкологии – эволюции экосистем и биосферы в целом.

Россия является одним из ведущих государств в области изучения биоразнообразия нашей планеты. В этой сфере исследований выделяют два основных блока задач: инвентаризация таксономического и экологического разнообразия организмов, сообществ и экосистем и изучение экосистемных функций биоразнообразия, как основы сохранения баланса биосферных процессов. Исследования, проводимые в рамках программы Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов», позволили выявить важные закономерности функционирования и формирования биоразнообразия природных экосистем, видов и популяций и его значение для поддержания стабильности окружающей среды и предотвращения экологической катастрофы на региональном и глобальном уровнях.

Современная экология – это система научных исследований взаимосвязей организмов со средой обитания и влияния условий окружающей среды на популяции, сообщества и экосистемы. Активно развиваются различные направления фундаментальной и прикладной экологии. Продолжаются работы по исследованию структурно-функциональной организации природных экосистем разных биомов, в первую очередь бореальных лесов, занимающих всю северную часть Европейской России и Сибири и играющих важную роль в регуляции газового состава атмосферы Земли. Получены новые результаты в изучении адаптаций организмов и их сообществ к разным средам обитания, в том числе с экстремальными условиями. Исследуются закономерности формирования паразитарных систем.

На высоком уровне продолжаются исследования поведения, коммуникации и биосоциальности животных.

Развиваются традиционные и новые направления отечественного почвоведения, в частности, исследования разнообразия и географии почв, роли живых организмов в формировании почвы как среды обитания, баланса органического вещества и элементов питания растений в почвах.

В результате недавно начатых исследований инвазий чужеродных видов как источников экологической опасности установлены основные инвазионные коридоры, получены данные о масштабах инвазионного процесса, способах распространения и воздействиях видов-вселенцев на экосистемы страны, разработана концептуальная модель оценки риска новых инвазий.

В области генетики проводятся работы по изучению генофондов популяций человека, животных и растений с применением молекулярных маркеров нового поколения. Это позволяет расширить поиск новых источников генетического разнообразия и генов хозяйственно-значимых признаков растений и животных для селекционной практики. Изучается генофонд народонаселения России, что позволит прогнозировать генетико-демографические процессы и дать рекомендации по профилактике широко распространенных заболеваний на основе результатов генетических исследований.

Наряду с успешным развитием названных направлений на фоне мировой науки очевидно отставание по ряду разделов общей биологии, что связано с нехваткой финансирования и кадров. Практически все области биологии в настоящее время переживают сложный период смены поколений, ухода лидеров, снижения притока молодых кадров, реорганизации структуры и сокращения численности сотруд-ников институтов, старения существующего и отсутствия современного прибор-ного оборудования, резкого сворачивания стационарных и экспедиционных (особенно морских) работ, а также исследований биосферных процессов. В фе-деральных целевых и научно-технических программах Федерального агентства по науке и инновациям практически не уделяется внимания исследованиям и разработкам технологий, связанных с организменным, популяционным и экосистемным уровнями организации жизни, а также изучению воздействий новых технологий, материалов и веществ на живую природу и человека.

Комплекс наук, объединяемый понятием физико-химическая биология, охватывает широкий спектр объектов и направлений исследования – от биомолекул и надмолекулярных комплексов, строения и функционирования генетического аппарата, организации клетки и межклеточных взаимодействий, биофизических процессов и биоинформатики до биотехнологии.

В отчетном году продолжалось выделение и структурная идентификация разнообразных биологически активных компонентов из животных, растительных и микробных источников. Были открыты новые антибиотики, токсины и ферменты, перспективные для дальнейшего исследования в качестве потен-циальных лекарственных препаратов и биотехнологических реагентов. В частно-сти, в микроорганизмах обнаружены новые патентно-чистые термостабильные ферменты, перспективные для использования в промышленной биотехнологии и молекулярной диагностике.

Значительные усилия были направлены на расшифровку молекулярных механизмов работы важнейших компонентов живых систем – генетического аппарата клетки, белоксинтезирующих рибосомальных комплексов, реакционных фотосинтетических центров растений и бактерий, сигнальных центров животных и бактерий. Обнаружены новые механизмы активации работы генов, идентифицированы участки генома, ответственные за координацию работы отдельных регуляторных участков генома. Обнаружен новый путь эволюции вакцинных штаммов вируса полиомиелита.

Исследованы пути регуляции жизнедеятельности клеток высших организмов с помощью химических агентов и физических факторов. Получены новые низкомолекулярные биорегуляторы, обеспечивающие транспорт белков через биологические мембраны и блокирующие развитие вирусов в культурах клеток. Продолжались исследования молекулярных и клеточных механизмов работы иммунной системы человека. Предложены новые пути борьбы с аутоиммунными заболеваниями.

Исследования по всем этим направлениям интенсивно проводятся в развитых странах. Полученные при этом результаты становятся основой для практических разработок в области медицины и сельского хозяйства. Институтами РАН предложен ряд новых методов диагностики и терапии инфекционных и опухолевых заболеваний. Созданы генно-инженерные технологии производства важных белковых препаратов, созданы новые виды трансгенных растений с ценными хозяйственными свойствами. Показана эффективность применения микробиологических методов при добыче цветных и драгоценных металлов.

Серьезным препятствием для применения предлагаемых учеными новых лекарств и технологий в практической медицине является отсутствие государственной системы поддержки клинических испытаний. Ни одно из заинтересованных ведомств – Минобрнауки, Минпромторговли и Росздрав не может обеспечить полноценной поддержки всего цикла создания наукоемкого продукта – от генерации идеи до разработки технологии производства, клинических испытаний и государственной регистрации. Назрела острая необходимость координировать на уровне правительства РФ усилия указанных ведомств в разработке единой программы создания новых лекарственных средств.

Исследования в области физиологии имеют принципиальное значение для решения проблем сохранения здоровья человека. Результаты фундаментальных исследований находят практическое применение в медицине, фармакологии, токсикологии, протезировании сенсорных систем, ветеринарии, сельском хозяйстве, экологии (моделирование экологических систем, мониторинг, моделирование последствий загрязнения среды), педагогике, информатике и космических исследованиях.

В области физиологии клетки интенсивно ведутся работы по изучению молекулярной организации мембран, клеточных ансамблей, молекулярных механизмов осуществления каждой из физиологических функций. Особенно ценны новые данные, позволяющие охарактеризовать роль отдельных молекулярных процессов в обеспечении деятельности организма человека в естественных условиях. Результаты этих исследований легли в основу синтеза новых веществ, перспективных для использования в качестве лекарств в медицинской практике.

При изучении проблем нейрофизиологии, физиологии сенсорных систем, физиологии высшей нервной деятельности человека и животных выявлен ряд механизмов пластичности системы связей и взаимодействия между нервными клетками, функциональной организации нейрональных структур, что обеспечило прогресс в понимании природы обучения и памяти, физиологических основ сознания, способствовало выяснению нейрофизиологических особенностей формирования поведенческих реакций в процессе индивидуального развития. Результаты, полученные при анализе механизмов распознавания локализации движущихся источников звука, находят применение в работе операторов. Для оптимальных режимов работы в практике космических полетов важное значение имеют новые данные о гравирецепторной системе.

Исследования по физиологии висцеральных систем были направлены на изучение регуляции кровообращения, дыхания, пищеварения и выделения. Построена математическая модель ключевых звеньев биомеханики сердца, что имеет важное значение для создания новых подходов в трансплантологии. Существенный прогресс достигнут в понимании способов интеграции систем регуляции физиологических процессов; взаимосвязи нервных, эндокринных, аутокринных и паракринных влияний в регуляции функций в целостном организме. Получены новые результаты о роли местно выделяющихся физиологически активных веществ, которые модулируют действие медиаторов нервной системы и гормонов.

В эволюционной физиологии получены крупные результаты при использовании методов математического моделирования для анализа эволюции функций при изменениях природных факторов, а также при экстремальных воздействиях. В экологической физиологии и физиологии экстремальных состояний расшифрован ряд механизмов приспособительных реакций, выяснена роль различных физиологических систем в адаптации организма человека и животных к меняющимся условиям внешней среды, антропогенным воздействиям, особенно в экстремальных ситуациях. Реализацией этих исследований является разработка новых средств и методов жизнеобеспечения, коррекции функционального состояния человека в природных, экстремальных и производственных условиях.

Фундаментальные исследования в области клинической физиологии находят применение в практике клинической медицины и отечественного здравоохранения, особенно в кардиологии, трансплантологии, иммунологии и нейрохирургии.

В Российской Федерации исследования в области физиологии осуществляются в институтах РАН, РАМН, РАО, в НИИ Минздравсоцразвития России, на кафедрах высших учебных заведений, в учреждениях ряда иных ведомств и координируются Российской академией наук.