Новый формат летней Школы цифровой биологии ПущГЕНИ-ИТЭБ 2020 г.: от мастер-класса до проекта.

14 августа 2020 г. закончилась очередная 3-я Летняя школа цифровой биологии ПущГЕНИ-ИТЭБ.
Если первые две летние школы проводились в недельном формате: ребятам читались лекции и проводились мастер-классы по различным аспектам цифровой биологии, то 3-я Летняя школа отличалась своей продолжительностью и задачей — в течение двух недель ребята выполняли учебно-научный проект по оценке экологического состояния Серпухова и Пущино.

Школьники прошли весь этап научного исследования: от формулирования гипотезы, через сбор и анализ полученных данных и доклада о результатах своей работы. В итоге, все 27 школьников из Пущино, Серпухова, Москвы и Чехова получили бесценный опыт понимания существа научного исследования, что несомненно, поможет им в дальнейшей жизни, когда они будут определяться со своим будущим по окончании средней школы. Такая возможность у них будет на той же учебной базе, где они работали две недели, на которой учатся бакалавры ПущГЕНИ.

Ребята разбились на 5 команд во главе с кураторами, которыми стали старожилы школы, старшеклассники Артем Гармаш из 3-й средней школы Пущино и Илья Вальков из школы пос. Б. Грызлово, и серпуховичи: Андрей Лавринович и Анастасия Шепелева – ученики средней школы №18, а также учитель географии Пущинской гимназии О.Н. Веремеева и учитель физики серпуховской школы №7 Е.Е. Болотина.

Общее руководство Летней школы осуществляли ее научный руководитель, к.б.н. зав. кафедрой ПущГЕНИ, Х.П Тирас и магистр биологии, выпускница ПущГЕНИ С.Е. Нефедова.

Общей научной задачей школы было начало системного экологического мониторинга (оценка «здоровья среды»), на базе опыта, накопленного в предыдущих летних школах. В планах Летних школ предполагается, что последующие годы следующие группы ребят продолжат эту работу с тем, чтобы через несколько лет можно было оценить направление изменений экологии наших городов: Пущино и Серпухова. Эта информация будет доступна не только Администрациям и Советам депутатов городов, но и всей общественности в ходе различных конференций и выступлений в СМИ, а также выложена в группе Школы цифровой биологии в соцсети «В контакте»

Идея мониторинга экологического состояния состоит в регулярной (ежегодной) оценке состояния постоянного «жителя» выбранных мест в наших городах, как биологического «датчика». В качестве такого «датчика» взята обыкновенная липа, которая является основным деревом, которым озеленяют города России.

Непосредственное измерение состояния деревьев проводиться на листьях лип, растущих в различных местах в Пущино и Серпухове. Были выбраны по четыре условно «чистые» и «грязные точки» в Серпухове и по две подобные точки в Пущино. Каждая точка включала 5 деревьев, а с каждого дерева было взято для анализа по 50 листьев. В итоге, было собрано около 3 тыс. листьев, которые были проанализированы с применением различных видов цифровых инструментов, от смартфонов до сканеров и спектрофотометров.

Основной результат был получен после анализа формы листьев. Лист липы по периметру имеет массу зубчиков и в зависимости от состояния дерева форма и размер этих зубчиков могут изменяться. Форму листьев определяли после их сканирования с помощью планшетных сканеров с помощью специально разработанной программы, разработанной в содружестве с группой д.т.н, профессора факультета ВМК МГУ им М.В.Ломоносова Л.М. Местецким.

Вторым показателем, по которому были проанализированы листья липы была оценка цвета их поверхности с применением методов биологической цветометрии. Цветовые параметры и спектры отражения поверхности листьев с помощью общедоступных программ анализа цвета с помощью смартфонов и цифрового микроспектрофотометра.
Общий вывод, сделанный на основе полученных данных: фактор формы листьев в «грязных» точках меньше, чем в «чистых», а цвет листьев, наоборот, более выражен в «грязных» точках. Эта особенность цветовых характеристик листьев в «грязных» точках может быть объяснена высокой чувствительностью листьев липы к внешних неблагоприятным воздействиям, что и отражается на цвете этих листьев.
Все полученные материалы и данные сохранены в базе данных на жестких дисках компьютерного класса ПущГЕНИ. Они и станут основой экологической коллекции листьев липы Юга Московской области, которая будет собрана в последующие годы.
В ходе школы ребята прошли все этапы научной работы: теоретическая подготовка (лекции и мастер-классы по тематике школы), сбор и хранения биологического материала в ходе эксперимента, обработка собранного материала с помощью цифровых технологий и анализ полученных данных. Дальнейшие наблюдения позволят проверить это предположение, но уже сегодня ясно, что предложенный подход к оценке состояния городской среды с применением различного арсенала цифровых технологий вполне реалистичен и может быть реализован силами школьников-старшеклассников.

Сегодня цифровизация затронула все сферы нашей жизни, поэтому очень важно, как можно раньше ввести наших детей в мир цифровых технологий, чтобы они умели не только ориентироваться в этом новом мире, но, поняли их ценность и новые возможности, которые открываются тем, кто активно участвует в формировании этого мира. Современную биологию цифровизация тоже не обошла стороной и здесь важно не отстать от прогресса, а лучше – быть в его первых рядах. Для биологии цифровизация имеет особое значение – впервые в истории нашей науки цифровые технологии позволяют учить студентов, опираясь на изображения живых биологических объектов. Не менее важно, что по мере развития цифровых технологий биология переходит от описания строения своих объектов «словами» к описанию их «числами».

Теперь это хорошо знают участники Школы цифровой биологии – они получили точные количественные характеристики своих объектов. Главное, что ребята поняли, что биология – это синтез совместных усилий биологов, инженеров и математиков, создающих инструменты новой, цифровой биологии и они могут найти свое место в увлекательном процессе создания нового образа нашей науки. Можно это делать уже в стенах бакалавриата ПущГЕНИ: оценивать экологическое состояние нашего и соседних регионов, создавать цифровые гербарии, виртуальные 3D-коллекции, другие информационные ресурсы. Или можно стать разработчиками новых цифровых приборов и программного обеспечения для цифровой биологии на других факультетах ПущГЕНИ.

Сегодня участники 3-й летней школы не расстаются друг с другом, они продолжают развивать начатые проекты, успешно начатые этим летом, готовят доклады и презентации, чтобы достойно представить свои результаты на всевозможных региональных и общероссийских конференциях.