На переднем крае: как российские школьники делают первые шаги в науке

В Год науки и технологий Министерство науки и высшего образования России внесло новый законопроект. В нем предлагается закрепить статус «молодой ученый» за исследователями до 35 лет и предусмотреть для них различные меры поддержки – гранты, стипендии, жилье. Пока государство решает, создавать ли такой правовой статус, давайте посмотрим, есть ли в образовательном пространстве проекты, в которых могут себя проявить потенциальные «молодые ученые». Несколько таких программ реализуют в Кружковом движении НТИ. Пусть и пока школьники не делают выдающихся научных открытий, но у них всё впереди.

В декабре 2020 года «Практики будущего» Кружкового движения НТИ и Группа ЧТПЗ совместно провели онлайн-программу BioCamp. За время смены команды школьников из 7 регионов России под руководством своих учителей и кураторов провели 135 экспериментов, создали 13 исследовательских и 14 прикладных финальных проекта. 

На четырех направлениях программы перед участниками стояли очень разные задачи: одни погрузились электронику и собирали полиграф, другие разбирались с биоинформатикой синтеза капсаицина – для чего им пришлось, кроме всего прочего, выделять в лабораторных условиях капсаицин – вещество, «отвечающее» за жгучесть перца. Третье направление познакомилось с агробиотехнологиями и оптимизацией условий выращивания микрозелени, а участники последнего направления занимались микробиологией – изучали «гонку вооружений» между патогенными бактериями и человеческой технологией. 

— Ребятам очень интересна биоинформатика, — считает Дарья Купаева, руководитель направления «Капсаициновая история» программы BioCamp, — потому что “работать с генами” — звучит захватывающе. Но часто им бывает сложно: биоинформатика требует очень много информатики. Школьникам иногда не хватает базовых навыков работы с компьютером, но радость, когда все получается, обычно перевешивает сложности в процессе работы. 

Мероприятий, где школьники и студенты могут заниматься наукой, не так много. Поэтому Михаил Пёстрый, школьник из города Серов (в Свердловской области) сразу ухватился за возможность стать участником BioCamp: он хочет связать свою жизнь с медициной и выбрал модуль, посвященный изучению антибиотиков.

— У нас все время что-то шло не по плану... То цвет раствора становился жёлтым (хотя изначально им не был) и никто не мог объяснить данный конфуз, то вырастали спороносящие грибы на питательной среде, то пропадал лазерный луч из спектрофотометра. Тем не менее, все сложившиеся ситуации научили нас новому и принесли ценный опыт. Самым сложным было отразить и структурировать информацию, которую нам преподносили на курсе, в своей голове. Я не говорю, что это было скучно или мегатрудно. Зачастую сложные ситуации оказываются самыми интересными.

Анализируем гены байкальских бычков на хакатоне

Другим проектом «Практик будущего» с сильной научной составляющей стал Baikal.Hack – хакатон, где школьники анализировали гены бычков, обитающих в озере Байкал, и писали по итогам исследования научные статьи. В нем участвовали 9-11-классники, которых привлекает биоинформатика. Артем Власов, например, познакомился с этой областью в «Сириусе» благодаря преподавателям из Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова. 

— Я люблю программирование, и биоинформатика меня покорила, — признается Артем. — Подходы информатики позволяют выявлять такие закономерности или делать такие выводы или продукты, которые невозможно получить другим способом. Я считаю, что биоинформатика — это ключ, который поможет открыть человеку доступ к самому исходному коду жизни, что приведет ко многим изменениям в жизни общества. Уже сейчас ученые отредактировали ДНК человека, и он родился без ВИЧ, мы уже можем строить вирусы, которые в сотни раз опаснее обычных, и уже используем вирусы в качестве доставщиков вакцины. Уже сейчас есть так называемые химеры, совсем скоро и человек приобретет хорошее зрение, большую силу. Но у всего этого, конечно, есть и другая, плохая сторона — например, биологическое оружие. 

Биоинформатика как одна из областей биологии не требует больших вложений денег или специального оборудования: большая часть программного обеспечения лежит в открытом доступе, все данные можно скачать и т.д. Но здесь высокий порог входа: обычно нужно работать с «Линуксом», программировать, хорошо разбираться в информатике и много-много читать технические документы на английском.

— Вообще наука «переднего края» как правило требует или дорогого оборудования и расходных материалов, или очень высокой квалификации, — говорит Дарья Купаева, программный директор Baikal.Hack. — Эта проблема понемногу решается — существуют центры типа «Сириус» или школы «Летово», в которых есть все возможности для работы, есть олимпиады типа Олимпиады КД НТИ, некоторые институты разрешают ребятам присоединиться к их задачам. Но, к сожалению, это не массовая история.

Инженерные соревнования с научной составляющей

Многие свои образовательные программы «Практики будущего» проводят совместно с вузами. Вместе с Курчатовским институтом в феврале 2021 года они организовали «Курчатовский турнир» – двухдневные межпредметные соревнования в Москве, Ленинградской области, Пскове и Симферополе. На турнире команды школьников, прошедшие отборочный этап, решали проблемы в четырех направлениях – «Предсказание свойств материалов», «Моделирование белков», «Экологическая оценка территорий» и «Моделирование электронных схем». 

— Мы изучали поведение атомов в кристаллах и моделировали их перемещение, хотя перед хакатоном мы даже не слышали о существовании таких исследований, — признается Александр Рассказчиков (г. Москва), участник направления «Предсказание свойств материалов». — Перед финалом каждому члену нашей команды прислали материалы для подготовки, было очень много всего интересного и местами не очень понятного, но спустя несколько часов изучения мы усваивали материал и с удовольствием двигались дальше. Самым сложным и интересным для нас оказалось понимание всей теоретической части. Мы осознали, что придется изучить главы физики, не входящие в школьную программу.

На направлении «Моделирование белков» команды должны были разобраться в механизме работы препарата «Ацикловир», который используется для борьбы с вирусом герпеса, понять, почему со временем вирус становится к нему устойчивым, и предложить варианты разрешения этой проблемы.

— Для визуализации белка, который подавляется «Ацикловиром», нужно было ознакомиться с совершенно новыми для меня программами — PyMOL и UGENE, — рассказывает Александр Баратян (г. Москва). — Изначально все казалось запутанным, но с практикой под руководством опытных организаторов все стало получаться. В итоге пришло понимание как нюансов работы программ, так и процессов, которые наша команда визуализировала.

*** 

«Практики будущего» - это однодневные и многодневные хакатоны и проектные школы, соревнования и челленджи, где подростки полностью погружаются в работу над реально существующей проблемой. Методика «Практик будущего» связывает в едином пространстве школьников, представителей бизнеса, образования, науки, которые вместе разрабатывают инструменты изменения реальности, проектируют новые практики будущего, связанные с решением актуальных проблем с помощью новых технологий.