.АРХИВ СТАТЕЙ

В связи с аэральным загрязнением почв магнетитом и тяжелыми металлами исследователи проявляют большой интерес к полевому определению магнитной восприимчивости. Содержание магнетита и других магнитных минералов в почвах города превышает фоновое в десятки и сотни раз. Отличаются и свойства техногенных магнетиков: если в фоновых почвах преобладают тонкие суперпарамагнитные и однодоменные частицы магнетита, то в городских — крупные многодоменные частицы. Морфологически техногенные магнетики представлены сферулами микронного размера. Имеются данные о достоверных корреляционных связях между магнитной восприимчивостью и валовым содержанием тяжелых металлов в почве, хотя они в каждом городе (или в отдельном его районе) могут быть свои: как положительные, так и отрицательные, в зависимости от характера местного загрязнения. Получены карты магнитной восприимчивости даже для целых стран (Польша, Англия и др.). Наибольший практический интерес представляет локальная съемка, например города или его района, где такие карты отражают детальное загрязнение тяжелыми металлами. В разных странах критические значения магнитной восприимчивости, выше которых почва рассматривается как загрязненная, различаются.

Методами рентгенодифрактометрии, растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа был изучен минералогический состав почв бэровских бугров Астраханской обл. Установлено, что основу минералогического состава почв, как и бугровых отложений, составляют каркасные минералы — кварц и полевые шпаты. Показано, что почва вершины бугра по всему профилю имеет близкий минералогический состав. Почвы подножия бугра и межбугрового понижения отличаются помимо существенно большего содержания слоистых минералов двучленностью профиля по минералогическому составу. В илистой фракции диагностированы каолинит, хлорит, иллит, иллит-смектит и смектит. Установлено протекание в почвах процессов иллитизации, которые усиливаются вниз по склону бугра и вниз по профилю почв.

Создана и отработана методика получения в препаративных количествах сферических частиц из палочковидного фитовируса — вируса табачной мозаики. Подобраны условия выделения и очистки вируса, необходимые для получения сферических частиц. Сферические частицы охарактеризованы с помощью методов электронной микроскопии, анализа траекторий наночастиц, динамического рассеяния света. Получены сведения о внутренней структуре сферических частиц. Продемонстрировано, что они обладают высокой электронной плотностью. Анализ ультратонких срезов показал, что сферические частицы не содержат внутренних полостей и являются внутри однородными.

Флуоресцентная микроскопия одиночных молекул и комплексов становится все более востребованным методом изучения нуклеосом и функционально важных процессов с их участием. В данной работе на основе флуоресцентно-меченой матрицы ДНК разработаны строго позиционированные мононуклеосомы, которые являются новым инструментом для исследования структурных перестроек в хроматине в процессе транскрипции РНК-полимеразой (РНКП). В нетранскрибируемую цепь ДНК были введены два флуорофора — Cy3 (донор) и Cy5 (акцептор), которые после укладки ДНК на гистоновом октамере оказываются в средней части нуклеосомы на соседних участках ДНК на расстоянии менее 60 Е и взаимодействуют по механизму Фёрстеровского резонансного переноса энергии (Fцrster resonance energy transfer, FRET). Изменение структуры нуклеосомы регистрировали по изменению эффективности FRET при изучении одиночных комплексов нуклеосом с РНКП методом флуоресцентной микроскопии. Показано, что введение меток не повлияло на способность РНКП транскрибировать нуклеосомы. Получены и охарактеризованы открытый комплекс с РНКП, а также элонгационные комплексы, остановленные в положениях –39 и –5 до границы нуклеосомы. Показано, что после завершения транскрипции более 80% нуклеосом сохраняют свою структуру, восстанавливая исходную укладку ДНК на гистоновом октамере. Разработанная экспериментальная система открывает новые возможности изучения структуры нуклеосом и модулирующего воздействия на них различных белковых шаперонов и ремоделирующих хроматин комплексов.

Методами флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) и ПЦР был проведен анализ филогенетического состава сообществ анаэробных сульфатредуцирующих бактерий (СРБ) в кислородсодержащих верхних водных горизонтах меромиктических водоемов — Черного моря и Гданьской впадины Балтийского моря. На глубинах 30–70 м черноморского континентального склона были обнаружены клетки, гибридизовавшиеся с FISH-зондами на 16S рРНК СРБ родов Desulfotomaculum, Desulfobacter и Desulfovibrio. В зоне хемоклина Черного моря на глубине 150 м преобладали представители рода Desulfomicrobium. Помимо Desulfotomaculum (1-я подгруппа СРБ), Desulfobacter (4-я подгруппа СРБ) и Desulfovibrio-Desulfomicrobium (6-я подгруппа СРБ) посредством вложенной ПЦР с праймерами на ген 16S рРНК в кислородсодержащей водной толще Черного и Балтийского морей было обнаружено также присутствие представителей 5-й подгруппы СРБ — Desulfococcus-Desulfonema-Desulfosarcina. Из водной пробы, отобранной в Черном море с глубины 70 м, выделена активная накопительная культура СРБ, основным компонентом которой является Desulfosporosinus sp.

Изучение структуры вирионов фитовирусов и вирусных белков оболочки, а также возможностей их модификации и структурной перестройки крайне важно для разработки абсолютно новых подходов для создания биотехнологической продукции, в том числе медицинского назначения. Вирусы растений обладают безусловным преимуществом при получении новых функциональных и биологически активных материалов, в частности кандидатных вакцин, так как они не патогенны для млекопитающих, в том числе для человека. В настоящем обзоре основное внимание сосредоточено на характеристике и применении в биотехнологии сферических частиц (СЧ) — платформ нового типа, полученных в результате структурной перестройки вирусов растений. СЧ не имеют структурных аналогов среди икосаэдрических вирусов и представляют собой новый тип биогенных платформ. Сборка иммуногенных комплексов СЧ-антиген in vitro открывает перспективы недорогого и быстрого получения разнообразных вакцинных препаратов.

Работа посвящена изучению принципов устройства и формирования нуклеосом с помощью молекулярного моделирования. Формирование белками, гистонами и участками молекулы ДНК компактных образований — нуклеосом способствует не только упаковке молекулы ДНК в ядре клетки, но и играет важную роль в регуляции процессов транскрипции и экспрессии генов. Сборка и работа нуклеосом сильно зависит от ионного окружения и электрических характеристик среды. В работе исследуются карты распределения одновалентных ионов в системе, выявляются места их предпочтительного нахождения. Предлагается метод, позволяющий вычислять распределения физических величин в объеме расчетной ячейки вокруг дрейфующей макромолекулы. Рассматривается распределение электростатического потенциала вокруг нуклеосомы.

В обзоре приведены имеющиеся на настоящий момент данные о биологической роли 8-оксо-2’-дезоксигуанозина. Это соединение довольно давно и успешно используется в качестве биомаркера окислительного стресса и сопряженных с ним заболеваний. Однако в последние годы появляется все больше публикаций, сообщающих о том, что биологическое значение 8-oxo-dG заключается не только в его мутагенной роли, но и в участии в регуляции экспрессии генов, некоторых процессах репарации ДНК, контроле воспалительных и аутоиммунных реакций, запуске антиоксидантных систем. Возможно, существует перспектива применения 8-oxo-dG в качестве лекарственного препарата.

Наиболее популярным биомаркером клеточного старения (БКС) является активность ассоциированной со старением бета-галактозидазы (senescence-associated beta-galactosidase, SA-β-Gal). В настоящее время именно этот БКС чаще всего используется в исследованиях, основанных на представлении (которое мы не разделяем) о клеточном старении как в первую очередь накоплении в клетках (чаще всего в тех, которым не свойственно репликативное старение) определенных БКС под действием различных внешних факторов, вызывающих повреждения ДНК. Однако данные целого ряда работ свидетельствуют о том, что активность SA-β-Gal — не такой уж хороший БКС, так как она часто зависит не столько от возраста (как in vivo, так и in vitro), сколько от метода исследования, наличия определенных патологий и, что особенно важно, от пролиферативного статуса изучаемых клеток. Судя по всему, именно ограничение клеточной пролиферации (вследствие дифференцировки, контактного торможения, индукции повреждений ДНК, наличия некоторых заболеваний и др.) само по себе является тем фактором, который стимулирует экспрессию SA-β-Gal. Другими словами, SA-β-Gal появляется даже в “молодых” клетках, размножение которых заторможено. Такие данные, на наш взгляд, служат дополнительным доказательством жизнеспособности нашей концепции старения, постулирующей решающую роль ограничения клеточной пролиферации в накоплении с возрастом различных макромолекулярных повреждений (в первую очередь повреждений ДНК) в клетках.

Cоциальные насекомые являются перспективными модельными организмами при изучении механизмов, определяющих потенциал долгожительства. Они имеют кастовую систему, в которой существенно различающиеся по продолжительности жизни фенотипы возникают на основе идентичных геномов. У пчелы выбор различных “онтогенетических траекторий” зависит от длительности питания специфической питательной смесью (маточным молочком) на стадии личинки. Более длительное кормление маточным молочком приводит к формированию у королевы эпигенома, отличающегося от эпигенома рабочей пчелы. Подобные эпигенетические различия в свою очередь индуцируют эндокринные изменения, проявляющиеся в увеличении синтеза ювенильного гормона и активизации сигнального пути TOR (target of rapamycin), а также в модуляции инсулинового сигнального пути у “королевских” личинок. У взрослых особей от этих процессов зависит уровень синтеза вителлогенина (предшественника желтка яиц, в значительной степени влияющего на многие аспекты онтогенеза насекомых). В представленном обзоре обсуждаются эпигенетические и эндокринные механизмы, обусловливающие формирование контрастных по длительности жизни каст социальных насекомых.

Диаденозиновые полифосфаты в настоящее время рассматриваются как новый класс эндогенных паракринных регуляторных соединений. Поскольку известно, что уровень диаденозиновых полифосфатов повышается в сердечной ткани при ишемическом повреждении и гибели кардиомиоцитов, предполагается важная роль этих соединений в патогенезе инфаркта миокарда. В связи с этим большой интерес представляет действие диаденозиновых полифосфатов на электрическую активность сердца и ионные механизмы этого действия. В данной работе изучено влияние диаденозинпентафосфата (Ар5А), диаденозинтетрафосфата (Ар4А) и НАД+ на трансмембранные токи, относящиеся к группе калиевых токов входящего выпрямления — фоновый ток входящего выпрямления (IK1), АТФ-зависимый ток (IKATP) и ацетилхолинзависимый ток (IKACh). Эксперименты выполнены методом пэтч-кламп в конфигурации whole-cell на изолированных предсердных и желудочковых кардиомиоцитах крысы. Показано, что ни одно из исследуемых адениновых соединений не оказывает существенного влияния на IK1 и IKACh.Ар5А (10–5М) существенно снижает величину как входящей, так и выходящей компоненты IKATP –с5оответственно на 22,1 и 19% от контрольной величины. Большая концентрация Ар5А (3×10 М) вызывает более сильное подавление I+KATP — на 47,5% и 37,8% соответственно. Однако IKATP оказался нечувствителен к Ар4А и НАД .

Исследование принципов работы хроматина — одна из краеугольных задач молекулярной биологии, связанная с пониманием процессов эпигенетической регуляции экспрессии генов, репарации ДНК, механизмов наследственности. Элементарной единицей организации хроматина является нуклеосома — комплекс ДНК и белков гистонов. Структура нуклеосомы, полученная методами рентгеновской кристаллографии, некоторое время рассматривалась как конечное основное конформационное состояние нуклеосомы, однако все больше экспериментальных данных указывают на то, что конформационный полиморфизм и динамика нуклеосом непосредственно влияют на функционирование хроматина. Тем не менее отсутствует детальное понимание конформационной динамики нуклеосом на атомистическом уровне. В данной работе мы подошли к решению этой задачи путем моделирования нуклеосомы методом молекулярной динамики в явном растворителе. Исследовалась динамика нуклеосомы на временном промежутке 500 нс. Произведен ковариационный анализ траектории молекулярной динамики системы с последующим исследованием обнаруженных коллективных движений. Изучено распределение молекул воды в системе, предполагается роль внутринуклеосомальной воды.

Изучены схема гидроплазматических течений (ГПТ) и закономерности перераспределения объемов гидроплазмы при трех режимах кормления (проксимальном, дистальном, равномерном) в однолучевых колониях Dynamena pumila (L., 1758) (Hydrozoa, Sertulariidae). Течения гидроплазмы в колониях никак не синхронизированы, а их совокупность представлена огромным разнообразием неповторяющихся вариантов; период сквозных ГПТ колеблется в широких пределах и имеет крайне высокие значения коэффициента вариации. Функционирование распределительной системы осуществляется целиком на гидравлической основе при отсутствии общеколониальных процессов интеграции и саморегуляции, а эффективность ее работы не зависит от уровня сложности колониального строения.

Миниатюризация, или уменьшение размеров тела, — широко распространенное явление в эволюции животных и одно из основных направлений эволюции насекомых. Известно, что размер тела, особенно предельно малый, представляет собой важнейшую характеристику и во многом определяет морфологию, физиологию и биологию животных. Миниатюризация приводит к значительным перестройкам в строении насекомых, затрагивающим практически все органы и ткани. У мельчайших насекомых, размеры которых сравнимы с размерами одноклеточных организмов, возникают модификации не только на уровне органов, но и на клеточном уровне. Миниатюризация сопровождается аллометрическими изменениями во многих системах органов. В разных группах насекомых есть как общие, так и уникальные последствия миниатюризации.

К биологическим макромолекулам, импортирующимся в митохондрии эукариотических клеток из цитозоля, относятся белки и рибонуклеиновые кислоты. Импорт белков в митохондрии — универсальный процесс, и его механизмы описаны в достаточной степени подробно. Импорт РНК в митохондрии, напротив, показан только для некоторых групп организмов, и в каждом случае механизмы данного процесса обладают большим количеством индивидуальных особенностей. В данном обзоре рассматриваются современные данные о процессе импорта РНК в митохондрии клеток человека и обсуждается возможность использования данного процесса в генной терапии митохондриальных болезней.

Изучали экспрессию гена SERPINA1 в клетках опухолей предстательной железы человека (линии DU145, PC-3, LNCaP) и опухоли печени человека (HepG2). Определяли уровень альфа1-антитрипсина (ААТ) в экстрактах целых клеток, секретомах, субклеточных фракциях и уровень мРНК SERPINA1 в суммарных РНК из клеток указанных линий. Установлено несоответствие уровня мРНК уровню белка в линиях PC-3 и LNCaP. В ядрах клеток некоторых линий обнаружена новая изоформа ААТ массой 37 кДа, вероятно, укороченная с N-конца (в сравнении с полноразмерным ААТ). Предложен механизм внутриклеточного удерживания изоформы 37 кДа. В 3ў-нетранслируемой области и в транскриптах гена SERPINA1 идентифицировано 2 сайта полиаденилирования. Обсуждается влияние 3ў-нетранслируемой области гена SERPINA1 на трансляционную регуляцию экспрессии ААТ.

Ежедневно под действием внешних и внутренних факторов в клетке возникают десятки тысяч повреждений ДНК. Восстановление корректной структуры ДНК — репарация — важнейший процесс поддержания работоспособности генома. В ядрах эукариотических клеток ДНК упакована в хроматин, в котором должна успешно проходить ее репарация. Исторически сложилось представление, что гистоны временно удаляются с репарируемой ДНК. В то же время накапливается все больше сведений в пользу того, что структура хроматина влияет на репарационный ответ, ограничивая его распространение, изменяя активность ферментов репарации, участвуя в определении пути ответа и возобновлении функциональности восстановленного участка генома.

В обзоре рассматриваются современные представления о пространственной организации эукариотического генома и функциональной компарментализации клеточного ядра. Обосновываются представления о том, что упакованный в трехмерном пространстве клеточного ядра геном составляет структурную основу для компартментализации клеточного ядра. Анализируются различные механизмы взаимного позиционирования удаленных элементов генома и механизмы возникновения функциональных компартментов внутри клеточного ядра, в том числе обсуждается возможная роль в этих процессах сил, возникающих в условиях макромолекулярного скопления. В заключительном разделе обсуждается модель, постулирующая важную роль стохастических процессов в формировании так называемой “функциональной архитектуры” генома и сборке функциональных компартментов в клеточном ядре.

Вальпроевая кислота в высоких дозах, блокируя гистондеацетилазы, модифицирует функционирование многих генов. В результате (при введении в пренатальном периоде) у потомства лабораторных животных возникает фетальный вальпроатный синдром, рассматриваемый в качестве модели заболеваний аутистического спектра. В обзоре охарактеризованы особенности состояния и деятельности мозга при фетальном вальпроатном синдроме на разных уровнях: от молекулярного и клеточного до поведенческого. Специальное внимание уделено особенностям социального взаимодействия, в наибольшей степени соответствующим проявлениям аутистического расстройства. Представлены как данные литературы, так и результаты собственных исследований авторов.

Изучали влияние гистидинсодержащего дипептида карнозина в норме и в условиях гипоксии на условную реакцию пассивного избегания в трехкамерной установке, состоящей из освещенного отсека, темного опасного отсека, в котором крыса получала удар током, и темного безопасного отсека, в котором она не подвергалось электроболевому воздействию. Установлено, что карнозин нормализует физиологические параметры, нарушенные острой гипобарической гипоксией, а также увеличивает выбор безопасного отсека и у интактных крыс, и у крыс в условиях гипоксии.

Приведены результаты изучения растительных сообществ молодых грязевых полей вулкана Магунтан, выполненного на линейной трансекте протяженностью 77 м. Видовой состав исследованных сообществ небогат и насчитывает всего 8 видов сосудистых растений. Флористическое богатство и разнообразие состава сообществ постепенно увеличиваются вдоль комплексного градиента условий от центра к периферии вулкана. В сложении растительного покрова высока степень участия узкоэндемичных таксонов — Deschampsia tzvelevii, Primula sachalinensis, Gentianella sugawarae. Они сменяют друг друга в роли доминантов по мере удаления от эруптивного центра вулкана и исчезают на его периферии.

В результате исследований диатомовых водорослей из р. Москвы в районе Звенигородской биологической станции имени С.Н. Скадовского идентифицировано 28 видов рода Navicula, 7 из них являются новыми для р. Москвы, 2 — новыми для водоемов России. Для всех таксонов приведены краткие описания и оригинальные микрофотографии.

Изучено загрязнение полихлорированными дибензо-п-диоксинами (ПХДД) и дибензофуранами (ПХДФ) яиц домашних и диких птиц (куриные, утиные, настоящего бюльбюля Блэнфорда (Pycnonotus blanfordi) и острохвостой бронзовой амадины (Lonchura striata)) из десяти провинций на севере и юге Вьетнама. Концентрации ПХДД/ПХДФ имели значения от 0,4 до 107,6 пг WHO-TEQ2005/г липидов, и в яйцах птиц из южной части Вьетнама в основном превосходили концентрации в яйцах из северной части.

С помощью бактериального люминесцентного теста было исследовано воздействие образцов промышленных гуматов и препаратов гуминовых кислот, выделенных из разных источников, на микробные клетки. Насыщенные растворы гуминовых веществ подавляли свечение тест-объектов, в то же время препараты уменьшали негативное воздействие ионов Cu2+ на живые клетки.

В результате исследования проб обрастаний из болотного массива Павлово-Посадского р-на Московской обл. выявлен 141 таксон видового и внутривидового рангов, принадлежащих 20 родам из 4 семейств порядка Desmidiales. В их числе 31 разновидность, включая типовую — новые для флоры Московской обл. и 6 — новые для России. Исследование орнаментации клеточной стенки сложных в таксономическом плане видов с использованием методов сканирующей электронной микроскопии позволило уточнить имеющиеся диагнозы. Приведены оригинальные описания и фотографии новых для России таксонов.

Обзор посвящен анализу возможного участия малых белков теплового шока в различных клеточных процессах, возникающих при диабете. Показано, что диабет приводит к метаболическому стрессу, сопровождающемуся изменением обмена углеводов, накоплением продуктов гликирования и гликозилирования, модуляцией активности протеинкиназ, изменением редокс состояния клетки и увеличением концентрации активных форм кислорода. Все эти процессы могут активировать экспрессию малых белков теплового шока. Диабет вызывает увеличение концентрации некоторых малых белков теплового шока в сердце, сетчатке, некоторых отделах мозга, а также в клетках почек. Повышение концентрации малых белков теплового шока может улучшать эффективность передачи сигнала от инсулинового рецептора внутрь клетки, защищает клетки от окислительного стресса и предотвращает их апоптоз. Проанализированы различные способы повышения уровня экспрессии малых белков теплового шока. Подробно рассмотрены различные механизмы ковалентной модификации малых белков теплового шока под действием углеводов и продуктов их метаболизма. Приведены данные, свидетельствующие о том, что гипергликемия сопровождается модификацией различных аминокислотных остатков в составе малых белков теплового шока, и это может приводить к изменению их структуры, химическому “сшиванию” и изменению их физиологически важных свойств. Дальнейшее подробное исследование малых белков теплового шока может позволить использовать эти белки в качестве одной из возможных перспективных мишеней при разработке методов лечения диабета.

Проведен краткий сравнительный анализ различных подходов к оценке жизнеспособности клеток в цитогеронтологических экспериментах. Особый акцент сделан на проблемах, возникающих при снятии кривых выживания культивируемых клеток в модели “стационарного старения”. Подчеркивается, что выбор соответствующих методов определяется главным образом представлениями исследователей о молекулярно-клеточных механизмах старения. Отмечается, что хотя оценка эффективности образования клетками колоний является оптимальным подходом к определению их жизнеспособности, она, к сожалению, неприменима для постмитотических или очень медленно размножающихся клеток. Рассматриваются также некоторые проблемы, возникающие при использовании наиболее популярных молекулярных зондов, предназначенных для оценки соотношения живых и мертвых клеток в клеточной популяции.

Проведен корреляционный и регрессионный анализ морфогенетических связей диаметра поперечного среза волоса с параметрами других слоев волосяного фолликула. На основе этих данных составлена компьютерная модель, позволяющая при введении диаметра или площади сечения поперечного среза волоса получить данные о соответствующих параметрах других слоев фолликула и их пропорциях. Предложена модель индукции разных слоев волосяного фолликула в ходе устойчивого роста волоса (фаза анаген VI), обеспеченная разными диапазонами концентрации главного индуктора от оси к периферии фолликула, вырабатываемого камбием или соединительно-тканным сосочком луковицы. Модель предполагает для индукции некоторых слоев необходимость трех дополнительных контактных воздействий смежных слоев: (1) наружное влагалище → слой Генле; (2) внутреннее влагалище → кутикула волоса и (3) кутикула волоса → кутикула внутреннего влагалища. Результаты дополнительно повышают возможности использования волосяных фолликулов в качестве модели биологии развития.

У 27 юношей и 29 девушек — учащихся вузов — исследовали фазовые взаимодействия между ритмами ЭЭГ при восприятии человеком коротких интервалов времени. Показано, что чаще всего тесные фазовые связи наблюдаются между гамма-ритмом и другими ритмами ЭЭГ или между разными частотами гамма-ритма. Установлено влияние факторов “пол”, “вид деятельности” и “этап деятельности” на изучаемые фазовые взаимодействия. Обнаружена связь фазовых взаимодействий с уровнями интеллекта, экстраверсии и нейротизма, с особенностями латеральной организации мозга и точностью восприятия времени.

Исследовано влияние на крыс сильных (110 дБ) акустических воздействий в слышимом и инфразвуковом диапазоне. С помощью классических поведенческих тестов (“открытое поле”, “норковая камера”, “челночная камера” и “темно-светлая камера”) анализировали поведение животных во время 5-минутного акустического воздействия. Наблюдались достоверные изменения в характере двигательной активности и проявлении груминга в ответ как на звук в слышимом диапазоне, так и на инфразвук, которые могут быть охарактеризованы как реакция избегания.

Представлены результаты исследования усилительных характеристик CuBr-лазера. Исследовалось влияние потерь в канале обратной связи неустойчивого резонатора телескопического типа с боковым выводом излучения. Показана возможность выделения отдельной линии генерации лазера за счет использования полосовых фильтров в канале обратной связи. Определены интегральные коэффициенты усиления для каждой линии.

С помощью лазерного монитора и теневой методики на основе CuBr-лазера исследованы газодинамические процессы, протекающие при импульсно-периодическом наносекундном разряде, инициируемом убегающими электронами, в воздухе атмосферного давления. На катод, изготовленный из меди в виде конуса с диаметром основания 6 мм, углом раствора при вершине конуса 30° и радиусом закругления вершины конуса около 0,2 мм, подавались импульсы напряжения отрицательной полярности амплитудой 13 кВ с длительностью на полувысоте 10 нс и длительностью фронта 4 нс, с частой 60–3200 Гц. Плоский заземленный анод располагался на расстоянии 2 мм от вершины катода. Установлено, что продукты плазмы разряда, содержащие пары меди, выносятся в радиальном направлении вдоль поверхности плоского электрода за 2,5 мс на расстояние 24 мм. При этом температура нагретого газа составляет ∼ 1 ⋅ 103 К. Использование схемы лазерного монитора в проходящем свете позволило получить контрастные изображения оптических неоднородностей, возникающих в разряде.

Проведены исследования параметров лазерного излучения в газовых смесях Не–Ar(Kr, Xe)–F2(NF3) и He–F2 при возбуждении объемным разрядом, инициируемым пучком электронов лавин (ОРИПЭЛ). Показано, что ОРИПЭЛ является эффективным источником лазерного излучения на молекулах XeF* и KrF*. Впервые получена генерация в ВУФ-области спектра на переходах молекулярного фтора (157 нм). Показано, что высокая однородность формируемых в активной среде разрядов позволяет увеличить длительность лазерных импульсов на молекулах фторидов инертных газов. Полученные при накачке ОРИПЭЛ параметры лазерного излучения сопоставимы с характеристиками лазеров с возбуждением традиционным поперечным разрядом с предыонизацией.

Представлены результаты экспериментальных исследований зависимости энергетических, временных, спектральных и пространственных характеристик генерации индукционного HF-лазера от условий накачки. В качестве активной среды использовалась смесь водорода с F2, NF3 и SF6, а также их смесями с гелием или неоном. Получена максимальная энергия генерации 19 мДж в смеси He : H2 : NF3 – 45 : 1 : 4 при давлении 42 торр. Длительность импульсов генерации на полувысоте достигала 0,42 мкс, что соответствовало импульсной мощности 45 кВт. Впервые исследован спектральный состав генерации индукционного HF-лазера. Спектр лазерного излучения состоял из семи групп полос вблизи 2732, 2763, 2798, 2835, 2873, 2893 и 2913 нм. Форма пятна генерации представляла собой кольцо диаметром около 2 см и шириной 0,4–0,5 см. Лазер имел высокую стабильность при работе в импульсно-периодическом режиме. Величина отклонения амплитуды световых импульсов не превышала 5–6%.

Представлены исследования лазерных керамик из 1Nd:Y2O3 + 6HfO2, 1Nd:Y2O3 + 10HfO2, 3Yb:Y2O3 + 5ZrO2, 5Yb:Y2O3 + 5HfO2 с характерными проявлениями оптических неоднородностей, названных «апельсиновой коркой». Диаметр и толщина образцов составляли соответственно 11 и 1,7–2,0 мм. Определены характерные размеры оптических неоднородностей, вызывающих эффект «апельсиновой корки», которые находятся в пределах 10–300 мкм.

Показано, что при допировании керамик на основе полуторных оксидов (например, Y2O3) гетеровалентными ионами происходит изменение поляризации, что ведет к изменению показателя преломления, искажению волнового фронта за счет наличия областей с повышенным содержанием гетеровалентных ионов, наблюдавшихся в экспериментах. Это объясняет регистрируемое снижение светопропускания и повышение рассеяния света в образцах керамик на основе Y2O3, допированных ZrO2, HfO2 или CeO2.

Приведены результаты измерений и расчетов параметров излучения с длиной волны λ = 475 нм при его прохождении через компрессор из стекла. Показано, что существует три диапазона плотности энергии излучения, входящего в компрессор. Первым из них является диапазон слабых интенсивностей (плотность энергии 1–5 мДж/см2), при которых влияние нелинейности на параметры выходного пучка незначительно. Второй диапазон – диапазон умеренных интенсивностей (плотность энергии 5–10 мДж/см2) – характеризуется значительной потерей энергии при распространении выходного пучка. Несмотря на это, на выходе из компрессора регистрируется практически исходная длительность импульса – 57 фс. Для третьего диапазона повышенных интенсивностей (плотность энергии 20 мДж/см2 и более) характерно полное разрушение пространственной структуры и спектрального состава выходного пучка.

Приводятся экспериментальные результаты исследования условий возникновения сверхизлучения на резонансном электронном переходе ионов азота В3П −А3Σ+ при оптической накачке атмосферного воздуха и чистого азота импульсом лазерного излучения фемтосекундной длительности с длиной волны 950 нм. Показано, что сверхизлучение возникает в результате селективного заселения возбужденного состояния N2+ (B 2Σ+,v′ =0) при многофотонном возбуждении автоионизационного состояния молекулы азота c энергией 18,7 эВ. Затравочными фотонами для сверхизлучения на переходах иона молекулярного азота являются фотоны осевого суперконтинуума, возникающего в филаменте на соответствующих длинах волн. Реализо- ван режим сверхизлучения на длине волны 358,4 нм, отнесенный к переходам молекулы CN.

Экспериментально и методами численного моделирования исследуется изменение пространственных и энергетических характеристик стартового импульса при усилении в широкоапертурном газовом усилителе мощной лазерной системы THL-100. При энергии стартового импульса 0,8 мДж и длительности 2 пс на выходе усилителя экспериментально получена энергия 2 Дж. Представлена 3D-модель усиления конически расходящегося лазерного излучения, которая учитывает реальную геометрию усилителя и пространственную неоднородность накачки. Рассчитаны пространственные распределения интенсивности лазерного излучения в различных сечениях усиливаемого импульса. Показано, что максимальная интенсивность в условиях эксперимента достигает 60 ГВт ⋅ см–2. Исследуются изменение энергии и пространственной структуры усиливаемого импульса, влияние энергии и геометрии стартового импульса на характеристики импульса на выходе усилителя. Показано, что при увеличении энергии стартового импульса до 5 мДж энергия лазерного излучения на выходе усилителя может достигать 3,8 Дж при максимальной интенсивности 148 ГВт ⋅ см–2.

Представлены результаты численного моделирования возбуждения лазера на парах меди (ЛПМ) импульсно-периодическим индукционным (безэлектродным) разрядом. Исследован вариант ЛПМ с кольцевым рабочим объемом разрядной камеры. Показано, что такая камера в большей степени удовлетворяет особенностям индукционного способа накачки, чем обычная цилиндрическая камера. В численных экспериментах достигнуты высокие выходные характеристики лазера, что свидетельствует о возможности эффективной накачки ЛПМ новым для него индукционным методом.

Представлены результаты экспериментального исследования влияния состава газовой смеси (активной среды лазера) на энергию генерации и полный кпд эксимерных газоразрядных ArF- (193 нм), KrCl- (222 нм), KrF- (248 нм) и XeCl-лазеров (308 нм), работающих на газовых смесях без применения буферного газа. Найдены оптимальные (с точки зрения максимальной энергии излучения) соотношения газовых компонентов активной среды эксимерных лазеров, при которых достигается эффективная работа с достаточно высоким значением выходной энергии лазерного излучения. Экспериментально подтверждено, что для газоразрядных эксимерных лазеров на галогенидах инертных газов присутствие в активной среде буферного газа не является необходимым условием эффективной работы лазерного источника. Так, например, в бинарных газовых смесях эксимерных лезеров, содержащих рабочий инертный и галогенсодержащий газы, впервые для импульсно-периодических газоразрядных эксимерных лазеров, работающих на электронных переходах эксимерных ArF*-, KrCl*-, KrF*- и XeCl*-молекул при накачке поперечным объемным электрическим разрядом газовой смеси пониженного давления, не содержащей буферного газа, были получены энергия лазерного излучения в импульсе до 170 мДж и высокая импульсная мощность лазерного излучения до 24 МВт. Максимальное значение полного кпд, полученное в эксперименте для бинарных газовых смесей KrF- и XeCl-лазеров, достигло 0,8%.

Сообщается о синтезе композитных керамик следующего состава: 1Nd:YAG – центральная область и Cr:YAG – оправа. При этом центральные части дисков выполнялись либо в форме круга диаметром 14 мм, либо квадрата со стороной 11 мм, внешний диаметр оправы составлял 18 и 23 мм соответственно. Пропускание центральной части образцов на длине волны 1,06 мкм составляло ∼ 84%. С использованием полученных спектров пропускания и известных сечений поглощения Cr4+ определены его концентрации в Cr4+:YAG-керамиках трех различных составов. Это позволило оценить характеристики оправы, при которых условия самовозбуждения в Nd:YAG не реализуются, и выбрать состав оправы 2,5 мол.% Cr + + 0,5 мол.% Ca + 97 мол.% YAG.

Исследованы спектральные и амплитудно-временные характеристики плазмы импульсно-периодического наносекундного разряда, инициируемого убегающими электронами, в азоте при давлении от 30 до 760 торр. Импульсы напряжения (амплитуда 13 кВ, длительность на полувысоте 10 нс, длительность фронта 4 нс, отрицательная полярность, частота 60 Гц) подавались на катод, изготовленный из алюминия в виде конуса с диаметром основания 6 мм, углом раствора при вершине конуса 30° и радиусом закругления вершины конуса около 0,2 мм. Плоский алюминиевый анод располагался на расстояниях 2 и 6 мм от вершины катода. В эксперименте регистрировались импульсы напряжения, ток разряда, спектральный состав и временной ход излучения плазмы разряда. При межэлектродном расстоянии 2 мм вблизи вершины катода наблюдались цветные мини-струи паров алюминия. Размер струй достигал 1 мм. Зарегистрированы интенсивные линии атомов (Al I) и ионов (Al II) алюминия с длиной волны 394,4; 396,15 нм и 622,62; 623,17; 704,21; 705,66; 706,36 нм соответственно. Длительность люминесценции Al I и Al II (более 2 мкс) превышала длительность тока разряда (около 1 мкс).

C 14 по 18 сентября 2015 г. в Томске прошла XII Международная конференция по импульсным лазерам и их применениям AMPL. Тематика прошедшей Конференции традиционно отражала результаты теоретических и экспериментальных исследований: физических и химических процессов, протекающих в активных средах лазеров; новых активных сред и методов накачки; технологий создания новых лазеров; фундаментальных вопросов лазерной физики. Кроме того, обсуждались применения лазеров в науке, технике, медицине и других областях, а также проблемы создания приборов на их основе и новых оптических технологий.

Рассмотрены двумерная динамико-стохастическая модель на основе алгоритма фильтра Калмана и методика ее применения для сверхкраткосрочного, с заблаговременностью от 1 до 6 ч, прогноза метеорологических полей в случае связанных процессов. Обсуждаются результаты статистической оценки совместного прогнозирования полей температуры и давления по данным измерений метеорологических станций Новосибирск (индекс 29634) и Томск (индекс 29430) за 2014 г., выполняемых через каждые 0,5 и 3 ч соответственно. Проведено сравнение качества прогнозирования метеорологических полей для случая связанных процессов и случая прогнозирования каждого поля в отдельности.

Рассмотрен лазерный флуоресцентный метод мониторинга состояния растительности. Описана лабораторная установка, и приведены результаты обработки экспериментальных спектров флуоресценции растений для длины волны возбуждения флуоресценции 532 нм. Показано, что средняя по небольшой серии измерений величина R отношения интенсивности флуоресценции на длине волны 685 нм к интенсивности флуоресценции на длине волны 740 нм характеризуется высокой стабильностью при измерениях разных образцов одного и того же растения. В большинстве случаев сумма доверительных интервалов величины R (при доверительной вероятности 95%) для нормального и стрессового состояний не превышает отличия средних значений величины R для нормального состояния и стрессовых состояний растений, вызванных разными причинами.

Рассмотрена методология получения пространственных распределений респирабельных фракций аэрозоля в нижних слоях атмосферы по данным многочастотного лидарного зондирования без дополнительных измерений оптических и микрофизических параметров аэрозоля на исследуемой трассе. Для этой цели спектральные значения аэрозольного коэффициента ослабления, входящие в лидарные уравнения, предложено заменить линейно-независимыми параметрами их аппроксимации, а пространственные распределения этих параметров восстанавливать путем численного решения системы уравнений, составленных из всех спектрально-временных отсчетов лидарных сигналов. В результате количество неизвестных в решаемой системе уравнений существенно сокращается, а ее матрица оказывается переобусловленной, что можно использовать для выбора физически обоснованных значений аэрозольной индикатрисы обратного рассеяния на рабочих длинах волн лидара. Для определения калибровочных констант лидара используется предположение, что на трассе зондирования присутствуют два участка со схожими профилями аэрозольного коэффициента ослабления. Предложен алгоритм поиска таких участков по спектрально-временной структуре лидарного сигнала. Обратная задача аэрозольного светорассеяния решается на основе устойчивых регрессионных соотношений между концентрациями респирабельных фракций аэрозоля и параметрами аппроксимации его спектра ослабления. Путем численных экспериментов по лазерному зондированию аэрозоля показана устойчивость разработанного метода к погрешностям калибровки и пространственным вариациям аэрозольной индикатрисы обратного рассеяния.

Предлагаются методические обоснования определения альбедо подстилающей поверхности в ближней инфракрасной области спектра по данным наблюдений спектральной прозрачности атмосферы и яркости дневного безоблачного неба в альмукантарате Солнца. Анализируется вклад компоненты, описывающей процессы отражения света, в яркость на разных угловых расстояниях от Солнца. Оценено влияние аэрозольного поглощения на компоненты яркости, используемые при определении альбедо. Выявлено влияние зенитного угла Солнца и вытянутости аэрозольной индикатрисы рассеяния на окончательный результат вычислений альбедо.

Микроволновые (МКВ) радиометры широко используются для мониторинга общего содержания водяного пара (ОСВП) – важнейшего парникового газа в земной атмосфере. Для определения точности МКВ-метода определения ОСВП проводятся разнообразные измерительные кампании. Приведены результаты сопоставления наземных МКВ-измерений (радиометр RPG-HATPRO) ОСВП вблизи Санкт-Петербурга (Петергоф) с данными ближайшей станции радиозондирования (пос. Воейково). Сравнения включают более 850 измерений ночью и днем в период с 13.03.2013 по 31.05.2014 г. Показано, что рассогласования измерений ОСВП с помощью двух методов обусловлены как погрешностями самих измерений, так и пространственной неоднородностью поля влагосодержания атмосферы. Эти рассогласования могут достигать десятков процентов, что необходимо учитывать при взаимных сопоставлениях различных методов измерения ОСВП. Исключение наиболее сильного влияния пространственной неоднородности позволило заметно снизить средние расхождения МКВ- и радиозондовых измерений до 3–4%, а стандартные рассогласования до 12–14%.

Представлены результаты экспериментов по управлению положением и длиной области филаментации фемтосекундных лазерных импульсов на атмосферной трассе длиной 150 м с использованием различной начальной пространственной фокусировки и дефокусировки пучков различного радиуса. Получено распределение филаментов вдоль области филаментации, измерены зависимости длины области филаментации от значения числовой апертуры пучка, его начального радиуса и мощности импульса. Зарегистрированы эмиссионные спектры свечения мишеней различных материалов, помещенных в область филаментации, удаленной от источника излучения.