Проект «Наука достижений»

Информационный проект «Наука достижений» подготовлен совместного с Иркутским филиалом СО РАН. Он рассказывает о главных результатах работы академических институтов Иркутска.

Байкал лечит. Иркутские ученые обнаружили бактериофага, который борется с возбудителем опасной инфекции

16.07.2025

Лимнологический институт СО РАН называют главным по Байкалу. Его сотрудники не только проводят комплексные исследования озера, ежегодно открывают новые виды жизни в нем, но и получают патенты на изобретения. Одно из последних касается бактериофага, который борется с возбудителем опасной инфекции. Открытием уже заинтересовались медики. Об этом и других недавних результатах работы лимнологов узнали наши корреспонденты.

Вирусы – самые многочисленные жители планктонов

Для начала следует подробнее рассказать о бактериофагах. Эти убийцы бактерий по своей природе – вирусы. Казалось бы, вирусная тема из-за недавней пандемии у всех на слуху. Но подробные исследования микроскопических частиц мировая наука начала только в конце XIX века. А про водные вирусы и вовсе всерьез заговорили лишь ближе к концу прошлого столетия. Оно и понятно, размер вирусов измеряется в нанометрах – это одна миллиардная метра. У ученых просто не было соответствующих инструментов, чтобы их разглядеть. Но приборы совершенствовались, и микромир явил себя во всей красе.

Только в последние десятилетия стало известно, что в воде морей и океанов численность вирусных частиц значительно превышает количество всех других организмов планктонного сообщества. В одном литре морской воды их может быть около 10 миллиардов.

Вирусы играют ключевую роль в регулировании общей численности других микроскопических созданий. Представим единицу с 23 нулями. Именно столько морских бактерий каждую секунду инфицируют бактериофаги. Оставшееся в результате этой «расправы» растворенное и взвешенное вещество бактерии используют снова. Таким образом водные вирусы вносят существенный вклад в функционирование своих хозяев.

Эти знания о роли вирусов в циркуляции органического углерода и других элементов в Мировом океане изменили сложившиеся представления о «микробной петле» водных экосистем. Однако о вирусах в пресных водоемах информации до недавнего времени было крайне мало. Это относилось и к Байкалу.

Найдено новое звено «микробной петли»

– Первые серьезные научные работы о том, что в воде морей и океанов содержится огромное количество бактериофагов, появились в 1989 году. Меня тоже давно интересовала вирусология. Но тогда у нас не было приборов для их изучения, ведь в случае с бактериофагами нужен даже не просто электронный, а специальный трансмиссионный электронный микроскоп, – вспоминает главный научный сотрудник лаборатории водной микробиологии ЛИН СО РАН, доктор биологических наук, профессор, академик Российской экологической академии Валентин Дрюккер. – Мы тем временем как раз развернули на Байкале работы по изучению бактерий, предложили современную схему микробиологического мониторинга для оценки качества воды во всем озере. Позднее благодаря Михаилу Александровичу Грачеву, в то время директору института, у нас появился необходимый для исследований микроскоп и другое оборудование В начале 2000-х годов мы подготовили первую научную работу о байкальских вирусах и о том, что это по факту – новая цепочка в экосистеме Байкала. Кто-то из коллег на научном совете даже тогда удивился: «Какие вирусы в Байкале? Мы о таких не слышали».

В 2020 году группа ученых лаборатории водной микробиологии ЛИН СО РАН во главе с Валентином Дрюккером выпустила монографию «Бактериофаги озера Байкал». Современными методами лимнологи установили большое разнообразие байкальских вирусов, определили особенности их состава и размерного ряда, а также закономерности временного и пространственного распределения их численности до максимальных глубин.

Специалисты описали генетическое разнообразие, состав и структуру ДНК-содержащих вирусных сообществ пелагиали озера. Подготовили современную схему «микробной петли» Байкала, куда включили ранее неизвестное вирусное звено. Это существенно дополнило структурно-функциональную организацию экосистемы самого древнего и глубокого пресного водоема Земли.

С виду – молоток, а по сути – паразит

Микробная петля, или трофическая сеть, включает в себя массу бактерий, мельчайших водорослей, инфузорий и прочих крошечных обитателей планктонных сообществ. Внутри них постоянно удерживаются биогенные вещества. Ученые подчеркивают, что для озера Байкал большое значение имеет проблема сохранения высокого качества воды и разработка конкретных мероприятий по предотвращению загрязнения уникального водоема. Здесь важную роль играют исследования структуры и функционирования микробного населения озера, особенно сейчас, в период глобального потепления. Ведь именно микроорганизмы выполняют основную функцию самоочищения водоемов и водотоков.

– Мы совместно с учеными Москвы, Санкт-Петербурга, Казани и других городов России доказали, что бактериофаги обитают во всей толще воды Байкала, – продолжил Валентин Дрюккер. – Методом трансмиссионной электронной микроскопии мы в Байкале впервые нашли, идентифицировали и изучили девять семейств вирусов бактерий. Обнаружили четыре морфологических типа фагов, они, вероятно, являются эндемиками. В процессе работы нашли и провели полное метагеномное исследование гигантского вируса, который представляет новый род вирусов Baikalvirus класса Caudoviricetes согласно современной таксономической международной классификации ICTV, внесенный в нее как «Байкал-вирус».

Тех, в чьем существовании еще недавно сомневались даже коллеги по институту, Валентин Валерьянович показывает нам на экране компьютера. Бактериофаги во всей красе. Одни похожи на молотки, другие – на юлу, третьи – на мухобойки, четвертые – на отдельные ячейки пчелиных сот. У кого-то есть длинные хвосты, у кого-то они отсутствуют. Вот душераздирающая картина: эти крошки облепили одинокую бактерию и впрыскивают внутрь что-то – как оказалось, ДНК. И без того короткие «дни» жертвы сочтены, ведь бактериофаги – абсолютные паразиты.

Лечат эффективнее антибиотиков

В этой их сути заключается еще одна сложность для исследований. Разглядеть в микроскоп малюсенькое создание – это полдела. Нужно в лабораторных условиях вырастить не только сам вирус, но и его хозяина. И в отличие от выращивания колонии какой-нибудь кишечной палочки, это более трудоемкое занятие. Да и масса других исследований вирусов разными методами весьма затратны, даже с финансовой точки зрения. Однако эта тема сулит немало открытий и возможностей.

– Мы уже зарегистрировали два патента на изобретения в 2023 и в 2024 годах. Поскольку вирусы бактерий очень высоко специфичны и убивают только своих хозяев, мы обнаружили в Байкале и выделили конкретные бактериофаги, которые уничтожают исключительно бактерии Pseudomonas aeruginosa. Они являются возбудителями инфекции или осложнений, вызываемых этой синегнойной палочкой. Сейчас она не лечится антибиотиками. Мы провели резистентные эксперименты – добавили к антибиотикам бактериофаги. В результате более 90% бактерий погибли. Нашим изобретением стали интересоваться клиники, – уточнил ученый.

Новые виды и старые проблемы

Помимо вирусов за последнее время ученые ЛИН СО РАН открыли и другие виды жизни в Байкале. Речь идет о беспозвоночных. Совместно с коллегами из Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН лимнологи описали пять новых для науки видов микротурбеллярий, два вида гарпактикоид, два вида нематод. Это существенно дополнило состав уникальной байкальской фауны.

В литорали открытого озера, в бухтах и заливах на глубине 20–25 метров обнаружен новый для Байкала вид ветвистоусых ракообразных – Chydorus sf.biovatus Frey, который ранее встречался в Северной Америке, Центральной Якутии, на Камчатке. В прибрежье Посольского сора найдены самцы и самки палеарктического вида гарпактицид Canthocamptus (Canthocamptus) microstaphylinus Wolf 1905. Это первая находка в Байкале, в Байкальском регионе и Сибири в целом, что значительно расширяет ареал обитания вида.

– Кроме того, в институте подведены результаты многолетних исследований разных форм азота и фосфора в речных водах и в снежном покрове юго-восточного и юго-западного побережья Байкала. Эти данные собирали в период с 2019 по 2023 годы и сравнили их с показателями 1986–1987 годов. Оказалось, что в воде всех притоков Южного Байкала увеличилась концентрация нитратного азота, поскольку за последние 30–40 лет в полтора раза выросло поступление азота из атмосферы. В снеге и в устьях водотоков юго-западного побережья также возросли концентрации минеральных форм фосфора. Там, особенно в Листвянке, отмечено значительное влияние хозяйственной деятельности. В то же время в пик пандемии коронавируса в 2020–2021 годах, когда было мало туристов, эти показатели снижались. Кстати, спирогира в той же Листвянке на дне Байкала по-прежнему чувствует себя отлично: она уже произвела экспансию, – прокомментировал директор ЛИН СО РАН, доктор геолого-минералогических наук Андрей Федотов.

В Байкале подрастает молодой омуль

Интересующие многих исследования ученые провели и в части изучения байкальского омуля. В ходе гидроакустических и траловых работ на Селенгинском мелководье, основном рыбопромысловом районе Байкала, сотрудники ЛИН выявили, что хоть с 2007 по 2020 годы биомасса омуля снизилась в четыре раза, тем не менее за счет поколений 2019–2024 годов увеличивается численность молоди. Эти поколения в перспективе четырех-шести лет обещают дать рост биомассы, что дарит надежду на возможный пересмотр запрета вылова этой рыбы в будущем.

Также на основании многолетних рядов наблюдений лимнологи разработали количественные показатели высокого и низкого притока в озеро Байкал и стока его главных рек. Для оценки водности они предложили семь классов: от катастрофически высокой – до катастрофически низкой. Более четкая градация позволит избежать разных толкований на тему водности, что повлияет и на нормативную базу.

– Еще мы продолжаем изучать экстремальные явления в бассейне озера Байкал. Наши ученые впервые на основе анализа температуры воздуха с мая по сентябрь за 57 лет выяснили, что на Байкале возросло не только количество жарких дней, но и тропических ночей, когда температура воздуха в ночной период не опускается ниже +20 градусов по Цельсию. Экстремальные явления стали более частыми после 1990 года. А вот температура воды самого Байкала, по данным нашего мониторинга, в целом не растет. Даже когда где-то она становится теплее, приходит шторм и снова приносит на этот участок более холодную воду. Зато загадкой остается разный изотопный состав воды, поступающей в озеро и находящейся в нем. Причем даже во всех трех котловинах Байкала изотопный состав разнится, к примеру, в северной части озера вода более «легкая». С чем это связано – нам еще предстоит узнать, – резюмировал Андрей Федотов.

Кстати

Научный интерес к Байкалу растет. Это показывают результаты последних конференций по проблематике Священного моря. Уже более 300 докладов заявлено и на VIII международную Байкальскую Верещагинскую конференцию, которую в честь 100-летия начала работы Байкальской экспедиции Академии наук СССР проводит ЛИН СО РАН. Мероприятие состоится в Иркутске с 8 по 14 сентября.

Фабрика по производству здоровья. В ИНЦХТ создали технологии и материалы для лечения позвоночника и стоп

20.08.2025

Ученые Иркутского научного центра хирургии и травматологии за последнее время разработали несколько прорывных медицинских технологий. Например, с помощью лазерной аутопластики предложили бороться с дегенерацией межпозвоночных дисков, а посредством запатентованной технологии хирургической коррекции – исправлять сопряженную деформацию пальцев стопы. Эти и другие методы лечения станут более доступными для жителей Сибири и Дальнего Востока после того, как научное учреждение расширит свои площади. Такое решение уже принято на недавней встрече директора ИНЦХТ с губернатором Иркутской области.

Как выправить стопу?

-У нас ведутся большие исследования по патологии костной ткани, проведен серьезный цикл работ по патологии стопы. Есть много разработок для лечения плечевого сустава. В центре работает целая группа, которая оперирует самые разные деформации костей и суставов, применяя авторские методики. В целом в центре достаточно много направлений работ, — в кабинете заместителя директора ИНЦХТ по научной работе, доктора медицинских наук, профессора РАН Ирины Шурыгиной мы рассматриваем рентгеновские снимки больных, сделанные до и после операций.

Результаты лечения пациентки Б., 65 лет впечатляют даже визуально. На первой рентгенографии хорошо видно, как у женщины деформирована стопа правой ноги. Диагноз: вальгусное отклонение первого пальца, да еще и второй палец принял молоткообразную форму. Такое сочетание патологий встречается в 64,3% случаев. Это называется «сопряженная деформация». Методы борьбы с ней не всегда давали нужный эффект. Поэтому ученые Иркутского научного центра хирургии и травматологии создали свою технологию хирургической коррекции сопряженной деформации пальцев стопы.

— Над ней трудилась группа разработчиков во главе с доктором медицинских наук Светланой Леоновой. Hallux valgus – это то, что в народе называют «косточка на ногах» — довольно частая патология. Ей страдают до 10% населения, чаще – женщины. Предложенная нашими учеными технология позволяет повысить эффективность лечения, полностью устранить Hallux valgus выраженной степени и молоткообразную установку второго пальца стопы, гиперкератозы в переднем отделе стопы, восстановить опороспособность пальцев, а также предупредить потерю коррекции и рецидивы деформации за счет выполнения остеотомий плюсневых костей по точно размеченным во время операции линиям, — рассказывает Ирина Шурыгина и предлагает взглянуть на второй снимок. Его пациентке Б. сделали, спустя год после операции. Кривизны и «молоткообразности» не видно: нога как нога.

НИИ строили даже пациенты

Пенсионерка, чьи рентгеновские снимки мы только что разглядывали, делала их в основном здании НИИ на пересечении улиц Тимирязева и Борцов Революции. Это украшенное колоннами строение иркутяне хорошо знают и по старинке называют институтом ортопедии. Хотя Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Иркутский научный центр хирургии и травматологии» (ИНЦХТ) было образовано путём слияния Института хирургии ВСНЦ СО РАМН и НИИ травматологии и ортопедии ВСНЦ СО РАМН еще в 1998 году.

— А что это за красивая лепнина на стенах? Видно, что старинная, — спрашиваем у сотрудников института в коридоре первого этажа.

— Так это осталось еще с дореволюционных времен. Здесь был морг и ритуальный зал, а по соседству располагался ломбард, — услышали мы в ответ.

Мы стоим у дверей кабинета лучевой диагностики, чтобы сфотографировать его оборудование, в том числе, современный костный рентгеновский денситометр. С его помощью изучают хрупкость костей. Ждем своей очереди, ведь в помещении постоянно проходят исследования пациенты: одни приходят сюда с тросточкой сами, другие прибывают на инвалидной коляске, третьих – после операции – привозят на каталке.

В этом корпусе работают клиницисты научного центра. Изначально институт – тогда восстановительной хирургии — был организован здесь в 1946 году на базе эвакуационного госпиталя, что размещался в соседней школе №13. Тогда же началось строительство НИИ. На одной из стен мы смотрели на фотографии с этой народной стройки. В ней участвовали даже сами пациенты, ветераны Великой Отечественной войны. Те, кто мог, конечно.

Меж тем у научного центра есть и другие помещения. Виварий с животными, которых используют в экспериментах, приютил у себя Федеральный исследовательский центр «Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН». А научно-лабораторный корпус находится в Юбилейном. ИНЦХТ – Федеральное государственное бюджетное учреждение. И там, в микрорайоне Юбилейный, у НИИ есть участок федеральной земли, где планируется новое строительство.

В ИНЦХТ лечились бойцы СВО

— После Великой Отечественной войны остро назрела необходимость в лечении и реабилитации ветеранов и становлении травмотолого-ортопедической службы. В стране была создана серия профильных институтов, которые в большинстве своем занимались прикладными работами под эгидой Минздрава. Мы же стали уникальным учреждением, где фундаментальные и прикладные исследования, вкупе с клинической практикой – это единое целое. Мы находимся в ведении Минобрнауки РФ и курируем территории Сибири и Дальнего Востока, восточнее нас подобного НИИ нет, — отметил директор ФГБУ ИНЦХТ, доктор медицинских наук, профессор Владимир Сороковиков.

Сегодня центр оказывает высокотехнологичную помощь по направлениям: травматология и ортопедия; нейрохирургия; хирургия. Ежегодно здесь проводят более 5 тысяч операций и свыше 25 тысяч консультаций. Помимо хирургов и травматологов в учреждении работают патофизиологи, морфологи, специалисты по клеточным технологиям, доклиническим исследованиям и другие эксперты. Результаты их экспериментальных исследований внедряются в клинику.

В учреждении разрабатывают и апробируют устройства медицинского назначения, перспективные лекарственные средства, новые технологии лечения больных с травматологической и хирургической патологией, основанные на применении оригинальных устройств и техник хирургического вмешательства.

В частности, разработанная сотрудниками система оказания медицинской помощи пациентам при воспалительных заболеваниях кишечника успешно внедрена на территории Иркутской области и является приоритетной в стране и в мире.

А еще в 2023-2024 годах здесь поправляли здоровье 510 участников СВО. У них не только лечили инфекционные осложнения, но и проводили реконструктивные высокотехнологичные оперативные вмешательства, в том числе с целью замещения дефектов длинных костей и суставов. Это позволило восстановить опороспособность и функцию конечностей.

— Как и почти 80 лет назад, мы вновь задействованы в реабилитации таких пациентов. Тяжело смотреть на молодых людей, кто остался без рук, без ног. Мы сотрудничали с Иркутским военным госпиталем. Но наше учреждение занимается не экстренным лечением, а последствиями травм. Сейчас стоит государственная задача по реабилитации, социальной адаптации и введения в строй, в нормальную жизнь наших бойцов, — продолжил Владимир Сороковиков.

Мало пациента прооперировать, его нужно правильно подготовить к операции, а впоследствии, если речь идет о протезировании, научить человека правильно им пользоваться, да и в целом – жить по-новому. И тут есть проблемы. Имеющиеся мощности ИНЦХТ не справляются с растущим объемом работ не только с военным, но и с гражданским населением. К тому же статус памятника истории основного здания института не позволяет проводить серьезную реконструкцию и модернизацию.

Губернатор поддержал научную медицину

Тем временем в регионе возник и другой проблемный вопрос. Иркутский военный госпиталь тоже необходимо расширять. Для этого требовался участок. Его долго подбирали. Но таковой как раз имеется у ИНЦХТ.

11 августа директор учреждения встречался с представителями правительства Приангарья и с губернатором Иркутской области. На встрече глава региона Игорь Кобзев поддержал идею построить в Юбилейном новый хирургический корпус самого ИНЦХТ, а рядом — военного госпиталя.

— Строительство военного госпиталя и научно-клинического комплекса центра хирургии и травматологии станет мощной базой для оказания высокотехнологичной медицинской помощи жителям Иркутской области, регионов Сибири и Дальнего Востока. Особенно важна значимость для медицинской помощи участникам специальной военной операции, которым необходимо качественное восстановительное лечение на длительный срок, – отметил губернатор.

В нашей беседе директор научного центра выразил надежду, что подготовительная работа по проектированию, привязке к местности как военного госпиталя, так и корпусов НИИ начнется в 2026 году. Эти учреждения будут востребованы у людей и в связи с тем, что в нашем регионе есть свои особенности, связанные с дефицитом йода и минералов в организме, что в числе прочего ведет и к хрупкости костей. А это напрямую влияет на заболеваемость и травматизм.

В особой зоне риска – пожилые люди, которые страдают из-за изношенности суставов. Только в очереди на оперирование коленных суставов в Иркутской области ежегодно стоит около 1200-1300 человек и ждать оперативного вмешательства приходится порой два-три года.

— Потребность в плановой травматологии, ортопедии и нейрохирургии хирургии у населения огромная. Мы очень надеемся, что сможем увеличить свою пропускную способность нашей, скажем так, фабрики здоровья. В Юбилейном будем проводить научные исследования и операции, а здесь, в этом историческом здании – хотели бы открыть реабилитационное отделение на 100 коек. Высококачественную помощь будут получать и военные, и гражданские лица. Подобных комплексов в России практически нет. Это новшество и здесь неоспорима заслуга нашего губернатора, — резюмировал директор ИНЦХТ.

Научный препон фиброзу и болям

В научной работе это тоже поможет. Ирина Шурыгина рассказала нам, как однажды думала, как же без последствий привезти клеточный материал лабораторных животных для исследований из одного корпуса в другой, пока не решила, что в лабораторию проще привести саму подопытную крысу.

А ведь изыскания, которыми занимается Ирина Александровна, очень важны медицинской науке. Например, недавно вместе с коллегами она разработала средство для профилактики эпидурального фиброза.

Когда человека оперируют в любой зоне, то делают разрез ткани для доступа к месту повреждения. Естественно, что ни одно место пустым не остаётся, а заполняется соединительной тканью. И часто бывает, что там формируется очень грубый рубец, который в дальнейшем препятствует нормальной жизнедеятельности.

— Возникает постоперационный болевой синдром. Это осложнение мешает проводить повторные операции, в т.ч на позвоночнике. Мы работаем над данной проблемой с 2012 года. В итоге разработали средство локального воздействия, создали и провели доклинические испытания время операции. В композиции содержатся гель, биосовместимый полимер и блокатор р38 митогенактивируемой протеинкиназы. Эта разработка показала свои преимущества в сравнении с зарубежными композициями. Например, она способна подавлять рост соединительной ткани на твердой мозговой оболочке и прилежащих к ней тканях после однократного применения. В зоне оперативного вмешательства снижается отек.

Процесс ранозаживления не нарушается, нервные волокна не повреждаются. Уверена, что эта разработка заинтересует медицинскую отрасль, фармацевтическую промышленность, — уточнила Ирина Шурыгина.

Еще одно недавнее интересное открытие ИНЦХТ — это способ лазерной аутопластики пульпозного ядра межпозвонкового диска. Группа ученых, куда входил и директор НИИ, подготовила методические рекомендации по применению новой медицинской технологии. Она, в отличие от открытой операции, менее травматична и затратна, а главное – эффективно избавляет от хронической боли в пояснице, вызванной дегенерацией межпозвоночных дисков.

Очевидно, что с развитием научного центра, таких полезных и остро необходимых людям медицинских ноу-хау станет больше. Ведь и молодым специалистам интересно работать там, где есть новейшие технологии и богатый инструментарий. Вкупе это пойдет всем на пользу, а население Сибири и Дальнего Востока – будет здоровее.

Математика на службе у природы. В ИДСТУ СО РАН создали модель прогнозирования рисков лесных пожаров

22.10.2025

С максимальной точностью спрогнозировать, на каком участке леса есть высокая вероятность возникновения пожара, позволяет новая прикладная работа Института динамики систем и теории управления имени В.М. Матросова СО РАН. Для разработки модели ученые изучили информацию о пожарах в Иркутской области за 20 лет. В работе использовали данные со спутниковых снимков, методы машинного обучения, изучили целый комплекс факторов, влияющих на лесопожарную обстановку. Подробности – в материале нашего проекта «Наука достижений».

Леса горят вдоль ж/д и на севере

Лаборатория информационно-коммуникационных технологий исследования техногенной безопасности ИДСТУ СО РАН. Здесь нет пробирок, химикатов, приборов и другого привычного для научных лабораторий антуража. Только люди и компьютеры.

Смотрим на экран с презентацией научной работы. На одном из слайдов – карта Иркутской области. На нее нанесены данные обо всех лесных пожарах, которые произошли в Прибайкалье за 20 лет – с 2004 по 2024 год. На юго-западе региона красных точек больше всего, а около транспортных магистралей, особенно Транссиба, они слились в сплошное красное пятно. Эти данные иркутским ученым предоставил Институт космических исследований РАН.

– Он занимается разработкой системы мониторинга пожаров для Рослесхоза. Но этот институт не рассчитывает риски, хотя движется в этом направлении и, возможно, впоследствии воспользуется нашими исследованиями, – поясняет ведущий научный сотрудник лаборатории, доктор технических наук Ольга Николайчук. – Обратите внимание, что за последнее время самым страшным по пожарам был 2019 год. Сейчас их число снижается. Средств на борьбу с ними выделяется достаточно много. Система охраны лесов от пожаров здесь неплохо работает.

Пожароопасный сезон в лесах Иркутской области обычно начинается в апреле на юге и заканчивается здесь же в октябре. Пик приходится на июль. При этом больше всего возгораний тайги – 1730 – за 20 лет произошло на севере региона, в Катангском лесничестве…

Ученые применили дистанционное зондирование Земли

Но пожары в мире бушуют всюду, что хорошо видно по данным космического мониторинга, в том числе зарубежных информационных систем. Мы посмотрели их за 10 сентября. В этот день горели и джунгли в Южной Америке, и саванна в Африке.

Наблюдение поверхности нашей планеты наземными, авиационными и космическими средствами, которые оснащены различными видами съемочной аппаратуры – это дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ). Данными ДЗЗ пользуются ученые ИДСТУ СО РАН. В исследованиях они задействуют и методы машинного обучения (Machine Learning, ML), то есть подходы, с помощью которых компьютер учится понимать информацию и делать выводы на основе примеров, а не четких правил. Основу машинного обучения составляют специальные алгоритмы – математические модели. Они анализируют данные и прогнозируют.

Модель для Киренского района показала точность 93%

Над темой природных пожаров работают институты разных стран. Иркутские ученые намерены добиться более точных результатов прогнозирования. Для этого верифицируют данные, в том числе о состоянии лесных гарей. В своих исследованиях используют множество спектральных индексов. Они применяются опять же для анализа поверхности Земли с помощью спутниковых снимков. Применение этих индексов достаточно обширно, когда можно, например, дистанционно узнать, созрела ли пшеница на поле и болеют ли в бору сосны.

А если над лесом облачно? Как определить состояние растительной массы, что тоже необходимо при прогнозе пожаров? Для этого оказывается, тоже разработаны свои индексы. Как и для определения масштабов упомянутых гарей.

– Наша идея состояла в том, чтобы применить различные индексы и методы машинного обучения для определения, сколько территории леса сгорело на конкретном участке. Причем определить это точнее, чем делали наши коллеги. Мы сделали такую работу для Киренского лесничества. Все предложенные нами индексы оказались информативными. Модель, которую мы создали, определяет гари с точностью 93%, – уточнила Ольга Николайчук.

Помимо характеристики растительности и метеорологических данных – от температурного режима до уровня влажности, в этой работе учтены и другие факторы, включая топографические. Например, важен коэффициент уклона рельефа, ведь при увеличении угла наклона огонь распространяется быстрее. А северные склоны холоднее и влажнее южных, где, соответственно и риски выше.

Социальные факторы тоже очевидны, как уже говорилось в начале статьи. Хотя в том же Катангском районе живет немного людей, а железной дороги там вовсе нет. Зато летом там жарко, мало осадков и достаточно лесных гарей. При этом информация о том, что до 40% природных пожаров возникает в результате ударов молний, в том числе при сухих грозах, в ИДСТУ СО РАН на данный момент подтверждение не нашла. По результатам его исследований, за 20 лет молнии в Иркутской области стали первопричиной лесных возгораний не более чем в 10% случаев.

Похожая ситуация и с малоснежными зимами, когда они особо не влияют на статистику пожаров в теплое время года. Бывает, что и после больших снегов тайга летом потом активно горит. Да и в целом у каждой территории есть свои особенности. Их и учитывают авторы научной работы.

Ученые брали в расчет классы опасности лесных кварталов. Они определяются в зависимости от того, сколько там сухостоя, валежника и так далее. Правда, не по всем лесничествам есть информация о лесоустройстве.

Также оценивалось число засушливых дней, уровень осадков, состояние почв, период вегетации растений, расстояние от населенных пунктов и дорог. Специалисты применили различные методы машинного обучения, включая предложенный гибридный метод, который аккумулирует достоинства существующих методов и способен учитывать индивидуальные географические характеристики местности. При этом модель рассматривает четыре кластера территории Иркутской области, отличающихся природными и социальными условиями.

– Работа над созданной нами моделью прогнозирования риска лесных пожаров продолжается. Наша задача, чтобы она работала автоматически, и сейчас коллеги по институту ведут обучение нейронной сети для классификации типов земной поверхности, чтобы повысить точность создаваемой модели. В будущем она пригодится широкому кругу пользователей: от различных НИИ до региональных диспетчерских служб лесного хозяйства, – уверена наша собеседница.

«Золотой час» для леса

Авторы исследования напоминают, что из-за пожаров в России только прямой ущерб экономике, связанный с сокращением лесного хозяйства и потерей древесины на 800 тыс. га, составляет около 0,06% ВВП в год.

В Иркутской области, по данным 2022 года показатель лесистости составляет 89,5% – один из самых высоких в РФ. Более 78,5% всей площади, покрытой лесом, у нас занимают пожароопасные хвойные насаждения.

В 2024 году, по информации Рослесхоза, в нашем регионе произошло 1289 возгораний, площадь, пройденная огнем, составляет 435,3 тыс. га. В 2025 году на охрану лесов от пожаров в Приангарье были запланированы средства в объеме 2,8 млрд руб.

– Помимо экономического ущерба, нельзя забывать о влиянии дыма от пожаров на здоровье человека. Получены подтвержденные данные о существенном росте заболеваний на территориях с загрязнением воздуха продуктами горения. Страдает и наша уникальная экосистема, меняются ландшафты. Мы помним лесные пожары на Байкале десятилетней давности и видим, как после них изменился вид его берегов. Поэтому важно пусть не исключить, но хотя бы минимизировать человеческий фактор. Тем более в Иркутской области в последнее время есть очень положительная динамика: большое количество лесных пожаров тушится в первые сутки, – комментирует директор ИДСТУ СО РАН, академик РАН Игорь Бычков.

Ученые здесь проводят аналогию с так называемым золотым часом в медицине, когда есть короткий промежуток времени, позволяющий оказать больному эффективную помощью. Так же и с природой. Если вовремя среагировать, тяжелых последствий можно избежать. А учитывая, что в Приангарье зачастую доносится дым от лесных пожаров из соседних регионов, то необходимо делать межрегиональные прогнозы.

Научные традиции ИДСТУ СО РАН

Полное название этой научной работы «Метод картирования риска лесных пожаров на территории Иркутской области на основе алгоритмов машинного обучения и данных о метеорологических и социальных факторах, рельефе и растительности региона». Она выполнена в рамках гранта министерства науки и высшего образования РФ «Фундаментальные исследования Байкальской природной территории на основе системы взаимосвязанных базовых методов, моделей, нейронных сетей и цифровой платформы экологического мониторинга окружающей среды».

У института большой опыт проведения таких исследований. Именно он выступал координатором и основным исполнителем масштабного проекта цифрового мониторинга Байкала. Над созданием модели трудится коллектив под руководством заведующего лабораторией Информационно-коммуникационных технологий исследования техногенной безопасности ИДСТУ СО РАН, доктора технических наук Александра Юрина. Есть в команде и молодые ученые.

– Время от времени возникают разговоры, что наука стареет, молодежь в нее не идет. Это не совсем так. Например, у нас в институте создана интересная молодежная лаборатория по искусственному интеллекту. Она в числе прочего занимается таким направлением, как доверительный интернет. Молодые коллеги выступают и на международных конференциях. За два года с момента открытия лаборатории там не осталось ни одной вакансии, – подчеркнул Игорь Бычков. – Совсем скоро мы отмечаем очередной юбилей. 1 ноября 1980 года вышло постановление правительства Советского Союза и Академии наук СССР о создании Вычислительного центра СО АН СССР (ныне ИДСТУ СО РАН). А ровно 50 лет назад вместе с так называемым казанским десантом в Иркутск приехал доктор физико-математических наук, будущий академик Владимир Матросов. Владимир Мефодьевич и другие ученые стояли у истоков иркутской кибернетики. Мы продолжаем заложенные ими традиции.

ИДСТУ СО РАН с тех пор базируется на двух основных «китах» – это фундаментальная математика и информационные технологии. Сейчас по обоим направлениям иркутский институт входит в число лучших научных организаций не только Сибири, но и всей страны.