Разработана методика «Определение токсичности соленых вод по скорости потребления кислорода эвригалинным рачком Artemia salina L.». Способность повышать энергетический обмен в условиях стресса, выработана у животных в процессе эволюции и является важнейшей их преадаптацией к изменению условий среды. Поэтому интенсивность аэробного энергообмена гидробионтов, которую можно оценивать по скорости потребления кислорода, может служить индикатором качества водной среды. Исходя из этого предложен и разработан метод определения токсичности соленых и солоноватых вод в лабораторных условиях с использованием в качестве тест-объектов эвригалинных рачков вида Artemia salina L. (Branchiopoda, Crustacea), а в качестве тест-функции скорость потребления кислорода ими. Сущность метода заключается в одновременной регистрации скорости потребления кислорода рачками, выращиваемыми в контролируемых лабораторных условиях (условиях ресурсного центра), в анализируемой пробе исследуемого объекта относительно контрольной пробы. Измерение скорости потребления кислорода артемиями проводится полярографическим методом в непроточных респирометрах. Заключение о токсичности исследуемого образца делается на основании установления различий в скорости потребления кислорода артемиями в опытной и контрольной пробе. Метод может быть использован для определения качества (токсичности) природных морских вод и вод эстуариев, вод соленых озер и морских донных отложений. Также метод применим к сточным водам (разной солености) с минерализацией от 6 до 33 г/л., отработанным буровым растворам, твердым промышленным отходам. Предлагаемый метод определения качества соленых вод чувствителен к биологически активным химическим веществам (тяжелые металлы, сильные окислители, дыхательные яды и т.д.) растворенным в соленой воде, и является экспресс-методом по сравнению с методом определения токсичности высокоминерализованных поверхностных и сточных вод, почв и отходов по выживаемости артемий.
Разработана и зарегистрирована в Роспатенте Программа для ЭВМ «Программа расчета начальных скоростей реакций при прямых кинетических фотометрических определениях активности ферментов» (NSAF), свидетельство № 2021661852 РФ, которая предназначена для расчета начальных скоростей ферментативных реакций при прямых кинетических фотометрических определениях активности ферментов и может быть использована во всех сферах лабораторной деятельности, где в научных целях изучается ферментативная кинетика или активность ферментов, или определяется активность ферментов в прикладных целях — биохимия, молекулярная биология, клиническая лабораторная диагностика, ветеринария, биотехнологии и т. д. Также текст Программы ЭВМ может быть включен в образовательные программы подготовки специалистов в указанных областях. К преимуществам данной Программы ЭВМ относятся: 1. Использование Программы практически устраняет систематическую ошибку измерений, поскольку рассчитывается «точечная» скорость реакции в «нулевой» момент времени в отличие от общепринятой «усредненной» скорости за некоторый достаточно протяженный интервал времени, исчисляемый в минутах; 2. Существенно расширяется диапазон исследуемых концентраций фермента, а значит, не требуется выполнения дополнительных повторных операций по разведению исследуемых образцов в случае высоких концентраций фермента; 3. Существенно минимизируется время выполнения анализа.
Предложен метод «оценки качества среды обитания по эффективности деятельности кардиореспираторной системы двустворчатых моллюсков». Метод основан на определении качества (степени загрязнения) морских акваторий и поверхностных водоемов по функциональному состоянию обитающих в них видов двустворчатых моллюсков, оцениваемому по эффективности деятельности их кардиореспираторной системы. Гидробионты, длительное время обитающие в неблагоприятных или загрязненных условиях, требующих от организма дополнительных энергетических затрат на поддержание гомеостаза, имеют более низкий статус функционального состояния (здоровья) по сравнению с аналогичными организмами обитающими в условно незагрязненных районах. Деятельность кардиореспираторной системы, как первостепенного показателя адаптивных (компенсаторных) возможностей организма, можно рассматривать в качестве валидного индикатора качества среды обитания. Диагностику функционального состояния животных предлагается проводить путем одновременной неинвазивной регистрации хронотропной характеристики кардиоактивности – частоте сердечных сокращений (ЧСС), измеряемой оригинальным волоконно-оптическим методом и измерения скорости потребления кислорода моллюсками. В качестве биомаркера предлагается использовать коэффициент эффективности кардиореспираторной деятельности, определяемый как отношение скорости потребления кислорода к величине ЧСС тестируемых животных. В качестве тест-объектов предлагается использовать для пресных поверхностных водоемов крупных двустворчатых моллюсков рода беззубок (Anodonta Lamarck, 1799) и перловиц (Unio pictorum Linnaeus, 1758), для морских вод мидий (Mytilus edulis Linnaeus, 1758). Метод может быть использован для оценки состояния («здоровья») природных морских и пресноводных экосистем.
Предложен новый метод «Новые возможности в исследовании ферментативных процессов: описание результатов кинетических экспериментов с использованием оптимизированного титриметрического рН-статического метода». Многие ферментативные процессы сопровождаются изменением кислотно-основного состояния среды, что никак не учитывается при изучении кинетики ферментов общепринятыми стандартными методами анализа. В итоге это не только может искажать конечный результат наблюдений, но и ограничивает возможности полноценного описания ферментативных процессов, особенно если речь идет о сложных многосубстратных реакциях. Авторами на примере двухсубстратной креатинкиназной реакции показано, как оптимизация титриметрического рН-статического метода позволила описать каждый кинетический эксперимент набором из нескольких сотен точек, каждая из которых характеризуется семью параметрами, включающими текущее значение времени (с), изменяющиеся значения концентраций субстратов и продуктов (mМ), фермента (mМ) и значения скорости реакции (mМ/с). Титриметрические рН-статические методы при использовании станций автоматического титрования с микроэлектродами и микробюретками позволяют эффективно поддерживать заданный рН среды и по расходу титранта (кислоты или щелочи) и следить за динамикой процесса. Помимо этого, для обратимых ферментативных процессов, в зависимости от интересов экспериментатора, появляется возможность исследовать реакции как в прямом, так и в обратном направлении. И еще один важный момент: в инкубационной среде присутствует только фермент и его субстраты и никакие другие вспомогательные реагенты, которые могут оказать влияние на конечный результат.
Разработана методика «Альтернативная среда для выращивания пресноводной водоросли Chlorogonium elongatum». В процессе культивирования различных видов парамеций из коллекции RC CCM, было обнаружено, что хлорогониум прекрасно растет на среде для поддержания редкого вида зеленых парамеций – Paramecium clorelligerum, которым добавляли хлорогониум в качестве подкормки. Данная среда готовится с использованием порошка из ростков пшеницы с добавлением минеральной смеси для поддержания водорослей. Изменив пропорцию, мы стали применять ее для выращивания хлорогониума. Выращивание хлорогнитума по данной методике имеет существенные преимущества: 1. Порошок Wheat Grass – готовый препарат, БАД, т.е. нет необходимости работать с почвой неизвестного состава и качества. 2. Плотность культуры водоросли за период выращивания на альтернативной среде более стабильно воспроизводится при пересеве и заметно выше, чем на среде с почвенным экстрактом.
Проведено исследование по экологически чистым, возобновляемым источникам электроэнергии, а именно биотопливным элементам (БТЭ). Потребность в возобновляемых источниках топлива определяет значимость проведения исследований и разработки биотопливных элементов (БТЭ) на основе цианобактерий. В ранее опубликованных исследованиях было показано, что из 2 штаммов цианобактерий представители рода Synechococcus были более эффективны, чем представители р. Anabaena, а максимальная эффективность с гибридным углеродным анодом составляла ~2 МВт/м2. В настоящей работе был протестирован ряд гибридных углеродных анодов, включая углеродный войлок и углеродную ткань, и проведен анализ полученных данных. Было установлено, что наибольшая выходная мощность в 10 МВт/м2 достигнута при использовании углеродного войлока в качестве анода. Это объясняется тем, что данный материал по сравнению с другими имеет большее отношение площади поверхности к объему и большую пористость, что является благоприятным фактором для создания и роста цианобактериальных биопленок. Получив выходную мощность одной ячейки, был произведен теоретический расчет мощности матрицы из 8 ячеек в идеальных условиях. Эта мощность составляла около 4 мкВт, что в 2,7 раза превышает мощность одной такой ячейки. БТЭ является важным направлением в разработке возобновляемых источников электроэнергии, однако небольшие значения выходной мощности требуют проведения дальнейших исследований по ее увеличению.
Проведено исследование экологического состояния водоемов с различной антропогенной нагрузкой. Объектами биоиндикации экологического состояния служили три протока дельты Волги, расположенные как непосредственно в Астрахани, так и в Астраханской области. Целью работы являлось проведение сравнительной биоэлектронной диагностики экологического состояния выбранных протоков с различной как по виду, так и по величине местной антропогенной нагрузкой. В основу оценок положено функциональное состояние (здоровье) обитающих здесь двустворчатых моллюсков Anodonta anatina, оцениваемое на основе анализа их кардиоритма, измеряемого с помощью оригинальной волоконно-оптической биоэлектронной системы. Было установлено, что Anodonta anatina, отобранные из различных акваторий, после одночасовой функциональной нагрузки восстанавливают исходную частоту сердечного ритма за разное, но в пределах от 117 до 166 минут, время. Это характерно для моллюсков, обитающих в существенно загрязненных водоемах одного экологического статуса – «Плохой». Такая характеристика акваторий полностью совпадает с характеристикой экологического состояния протоков дельты реки Волги, указанной в государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2017 году». Авторами предложена и обоснована возможность использования акватории реки Гандурино в качестве условно референтной для региона дельты Волги. В этом случае по величине коэффициента экологического качества EQR состояние акваторий «Рукав Городской» и «Проток Малый» можно относить к региональному экологическому статусу «Хороший».
Проведена оценка рекреационного потенциала некоторых бухт города Севастополя с использованием методов биоиндикации. В работе проводилось изучение комплекса биохимических параметров гепатопанкреаса и жабр черноморской мидии Mytilus galloprovincialis, а также функционального показателя адаптивности кардиосистемы у моллюсков из некоторых Севастопольских бухт с разным уровнем рекреационной и антропогенной нагрузки. Было установлено влияние антропогенной нагрузки районов исследования на комплекс биохимических показателей тканей моллюсков. Низкие значения времени восстановления частоты сердечных сокращений у мидий из всех районов исследования свидетельствуют об эффективности биохимических изменений в тканях моллюсков, и возможном использовании всех тестируемых бухт для развития рекреационных видов отдыха. Результаты исследования позволили характеризовать экологическое состояние акваторий и дать рекомендации по их рациональному использованию. Для пляжно-купального отдыха и рекреационного рыболовства наиболее пригодными являются бухты Матюшенко и Казачья. Экологически менее благополучные б. Круглая и мыс Хрустальный требуют комплекса мер, направленных на улучшение качества поверхностных вод.
Проведено рамановское спектроскопическое исследование природных карбонофосфатов Na3MCO3PO4. Одна из причин изучения карбонофосфатов заключается в их многообещающем применении в качестве высокоэффективных и недорогих электродных материалов для литий-ионных аккумуляторов. И это поможет снизить нагрузку на антропогенную загрязненность окружающей среды. Более того, из-за присутствия в карбонофосфатах групп [PO4]3- и [CO3]2-, эти минеральные фазы играют важную роль в глобальных углеродных и фосфатных циклах Земли. Также диагностика карбонофосфатных фаз дает важную петрологическую информацию для исследования карбонатитов, кимберлитов и других пород. Были получены и изучены рамановские колебательные спектры трех карбонофосфатов – сидоренкита, бонштедтита и брадлеита с общей формулой Na3MCO3PO4 (M = Mn, Fe, and Mg). В этих спектрах были зафиксированы от 21 до 24 полос, самые интенсивные на 964±5 и 1074±3 относятся к колебаниям n1 группы PO4 n1 группы CO3 соответственно. Эти две полосы имеют дублетную структуру из-за явления изоморфизма. Было найдено, что кристаллографическая ориентация образов влияет на интенсивность большинства пиков в спектре. Исходя из анализа Рамановских спектров, в статье предложен алгоритм, позволяющий диагностировать изученные минералы в составе включений даже при отсутствии данных по рентгеноспектральному анализу EPMA.
Изучалась инкапсуляция молекул красителя родамин 6G для влияния на симметрию супрамолекулярных кристаллов меламин-барбитурата. Супрамолекулярные самосборки подверглись пристальному вниманию со стороны научного сообщества в последние годы за свои выдающиеся качества - легкую функционализацию и выраженный отклик на незначительное изменение внешних условий. Эти системы могут быть использованы в качестве матрицы для захвата малых органических молекул из реакционной среды, например, для очистки воды или для создания частиц с полезной функциональной нагрузкой. В этой работе был выбран барбитурат меламина как нетребовательная органическая система, образующая жесткий каркас, и краситель родамин 6Ж как модельная молекула с легким детектированием. Контроль инкапсуляции проводился оптико-спектральными методами, морфология и структура полученных микрочастиц исследовались методами рентгеновской дифракции порошка, а также оптической и электронной микроскопии. Для подтверждения экспериментальной модели были проведены модельные эксперименты: энергии связей и выгодность инкапсуляции рассчитывались методом прямого расчета с применением теории функционала плотности, ранние стадии образования барбитурата меламина моделировали методами молекулярной динамики. Как экспериментальные, так и теоретические данные свидетельствуют в пользу выгодности процесса захвата. Экспериментальные данные показали, что структура супрамолекулярной сборки может захватывать до 3 молекул примесного вещества на 1000 собственных без потери качества структуры. Неожиданным результатом оказалось значительное улучшение формы частиц и уменьшение количества видимых дефектов в структуре органических кристаллов, полученных в присутствии молекул красителя.
Работа посвящена исследованию рабдофана из бурых железных руд с помощью растрового электронного микроскопа и дифракции обратно-рассеянных электронов. Рабдофан, водный фосфат редкоземельных элементов (РЗЭ) – минерал, концентрирующий редкоземельные элементы и фосфор из растворов, в том числе из поверхностных и поровых вод, обнаружен в конкрециях бурых железняков, собранных в верхней части профиля окисления Бабарыкского массивного сульфидного проявления (Южный Урал, Россия) на глубине 1,6 м. В рассматриваемом случае он образует несколько типов выделений: сферолиты размером до 35 мкм с мелкозернистой сердцевиной и радиальными лучистыми каймами, сложенными призматическими кристаллами и ксеноморфные агрегаты частиц разного размера, включая призматические кристаллы и сферолитовые сростки, заполняющие трещины длиной до 200 мкм и толщиной 20–30 мкм в гетите. Зональная радиальная лучистая структура агрегатов рабдофана и их присутствие в трещинах гетита однозначно указывают на аутигенное происхождение. Химически неоднородные зерна рабдофана всегда содержат примесь Y, Ca и S, реже Fe и Sr и не содержат Th или U. Контрастная зональность содержания Ca, S и Y характерна для сферолитов. Исследование методом дифракции отраженных электронов показало хорошую кристалличность призматических кристаллов независимо от химического состава даже для зон, богатых Ca – S. С другой стороны, обогащенные кальцием и серой мелкозернистые центры сферолитов не дают каких-либо различимых дифракционных картин. Кроме того, существует сильная отрицательная корреляция в парах (Ca + Sr) –P и (REEs + Y) –S и положительная корреляция в парах (Ca + Sr) –S и (REEs + Y) –P, что указывает на изоморфизм согласно к схеме (РЗЭ + Y)3+ + (PO4)3− ↔ (Ca + Sr)2+ + (SO4)2−. Таким образом, химический состав рабдофана не полностью соответствует ряду рабдофан – тристрамит / брокит из-за отсутствия четырехвалентного U или Th. В отличие от аналогичных образцов из более глубокой части зоны окисления, приповерхностный слой бурых железняков с рабдофаном обогащен легкими редкоземельными элементами и P. Источниками REE, вероятно, являются рудоносные вулканомиктовые породы, в то время как P поступает из почвы и поверхностных вод. Обогащение РЗЭ и фосфатом и образование рабдофана связаны с чередованием сухих и влажных периодов, поступлением фосфора и сорбцией-десорбцией РЗЭ из оксигидроксидов железа и/или глинистых минералов из-за изменений рН и переменного состава поровых вод.
В работе описана модель трансформации, перекристаллизации и минералообразования в шпинелевых перидотитах, полученных из массива Крака на Южном Урале на основе изучения микроструктурных и микротекстурных характеристик хромшпинелида внутри интенсивно пластически деформированных силикатов (оливина и ортопироксена). Для новообразованных зерен хромшпинелида выделены различные стадии роста, показаны процессы син-деформации. Обнаружены новообразованные выделения хромшпинелидов в виде стержней или пластинок вокруг структурных дефектов основных силикатных зерен (оливина и ортопироксена) за счет сегрегации примесей или гетерогенного зародышеобразования в наиболее искаженных областях решетки (то есть в преимущественных зонах рекристаллизации). Синдеформационный рост кристаллов приводит к усложнению и укрупнению морфологии зерен за счет коалесценции из-за снижения зернограничной (межфазной) энергии. В процессе роста зерна хромшпинелида захватывают фрагменты силикатной матрицы в твердотельном процессе. Заключительная стадия роста хромшпинелида включает изменение морфологии, приводящее к их характерным кристаллографическим формам (сфероидизация). Наличие идиоморфных зерен хромшпинелида, характерных для тел офиолитовых дунитов, является результатом снижения межфазной энергии в областях границ зерен наиболее твердой фазы. Общая тенденция наблюдаемых этапов тесно связана с локализацией зон деформации в верхней мантии апвеллинга (диапира), которые сложены наиболее слабой фазой оливина (дунитами). Энергетически выгодная концентрация самой слабой фазы оливина в подвижных зонах объясняет, почему тела дунитов с идиоморфными зернами хромита составляют породы динамического равновесия в зонах локализации пластических течений в диапирах верхней мантии. Напротив, ассоциации, содержащие фазы пироксена, более сильные и большие по размеру по сравнению с оливином, нестабильны в этих зонах.
В исследовании «Заварицкит из сульфидно-магнетитовых руд скарнового месторождения Акташ, Западный Карамазар, Северный Таджикистан» описана первая находка заварицкита в северном Таджикистане. Заварицкит BiOF – редкий минерал, открытый в редкометальном месторождении Шерловая Гора в Восточном Забайкалье как продукт окисления висмутина в кварц-сидерофиллитовом грейзене. К настоящему времени заварицкит установлен на разных месторождениях, генетически связанных с гранитоидами. Примерами таких месторождений могут служить следующие объекты: – скарновые: Питкярантский рудный район, Карелия, Лаврион, Греция; – гидротермальные жилы в гранитах: Баджальский рудный район, Хабаровский край, Шток Контактовый, Чукотка, Белальказар, Испания, Каррис, Португалия, Волфгрубен, Австрия; – пегматитовые: Плоская гора, Кольский полуостров, Квебек, Канада, Тингерла, Италия; – грейзеновые: Элсмор, Австралия, Красно, Чехия, Шерловая гора, Россия. Заварицкит обнаружен в сульфидно-магнетитовых рудах месторождения Акташ, которое расположено в Кансайском рудном поле Западно-Карамазарского рудного района (юго-западные отроги Кураминского хребта) в северной части Республики Таджикистан. Минералы висмута в данном регионе ранее детально изучались, но заварицкит этими авторами найден не был.
Изучено распространение фебодонтных хрящевых рыб. Фебодонтидные хрящевые рыбы (отряд Phoebodontiformes) – одна из самых широко распространенных групп хрящевых рыб в позднем девоне. Из отложений среднего и верхнего девона Среднего и Южного Урала описывается новый вид фебодонтных хрящевых рыб Phoebodus curvatus. Зубы нового вида отличаются от зубов других видов этого рода очень длинными, лингвально изогнутыми боковыми вершинами, узким лабиобазальным отростком, выступающим за лабиальный край. Проведен анализ распространения всех известных видов Phoebodus. Изменен объем пяти фебодонтидных зон. Две радиации видов отмечаются в позднем фране и в среднем–позднем фамене.
Изучались метаболические реакции растений на обработку фуллеренолом в зависимости от Fe-статуса растений. Результаты показали, что состояние валентности источников Fe имеет важное значение для программирования ответов метаболомов на фуллеренол либо в Fe-достаточных, либо в Fe-дефицитных условиях. Эти исследования важны для понимания взаимодействий фуллеренолов и оценки риска для растений с различным статусом Fe.
Проведены исследования почвенных горизонтов Антарктиды с целью анализа уровней накопления микроэлементов и оценки возможных экологических рисков, связанных с загрязнением антарктических почв. Обнаружено, что различные виды антропогенной деятельности человека привели к повышению уровня металлов почвенных горизонтов Антарктики. Исследование также выявило особую роль орнитогенного фактора и мохового покрова в распространении загрязняющих веществ в суровых условиях почв Восточной Антарктиды.
Разработана методология утилизации полимеров на основе биомассы и карбида кальция. Данная система продемонстрировала уникальную способность к сборке, где продукты пиролиза экологически безопасны и могут быть повторно использованы в дальнейшем синтезе мономеров.
Исследовано содержание антропогенных радионуклидов в подземных водах Северо-Западного ядерного комплекса Ленинградской области. На нескольких участках АЭС «Северо-Запад» превышен естественный фоновый радиологический уровень в подземных водах. Максимальные значения наблюдались вблизи хранилища радиоактивных отходов.
Проведен анализ нормативно-допустимых выбросов, проектов санитарно-защитных зон, результатов социально-гигиенического и экологического мониторинга в санитарно-защитной зоне предприятия химической промышленности и ближайшего жилого массива. По полученным данным концентрации загрязняющих веществ не превышали ПДК, за исключением аммиака на территории ближайшего к предприятию здания, где отмечено превышение расчетных проектных значений в 3 раза.
В работе «Методология анализа геохимических характеристик и радиоактивных элементов для интрузивных пород в районе Эль-Села, Восточная пустыня, Египет» анализом Кларка выделены геохимические ряды химических элементов интрузивных пород Эль-Селы: двуслюдяные граниты, долерит и бостонит. Были определены содержания урана, тория и калия.
Исследовано разнообразие микрогрибов на корягах в прибрежной зоне Гренландского моря (архипелаг Шпицберген). На образцах древесины без признаков разрушения обнаружено 50 видов, а на поврежденной древесине - 36 видов микромицетов. Разрушение структуры древесины сопровождается уменьшением видового разнообразия и увеличением встречаемости почвенных грибов, характерных для природной среды Арктики.
Проведены исследования распределения и оценки плотности популяций пресноводной жемчужницы (семейство Margaritiferidae) на о. Итуруп, которые чувствительны к воздействию человека и изменениям окружающей среды. Угрозой для популяции является чрезмерный вылов рыбы-хозяина лосося Oncorhynchus masou