CC BY
61
Известия ТСХА, выпуск 4, 2016 год
к ЮБИЛЕЮ ПРОФЕССОРА АЛЕКСАНДРА АНДРЕЕВИЧА ИВЛЕВА
С.Н. СМАРЫГИН, В.Д. НАУМОВ
(РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
Статья посвящена юбилею профессора кафедры неорганической и аналитической химии, доктора биологических наук, профессора Александра Андреевича Ивлева. В ней приведена краткая биография этого ученого и его основные достижения в области изучения изотопных эффектов биогенных элементов. Показана уникальная роль изотопных исследований в познании биофизических механизмов фотосинтеза и других клеточных процессов, а также в изучении проблем эволюции и глобальных природных циклов. Приводится библиография основных работ профессора А.А. Ивлева.
Ключевые слова: изотопные эффекты, фотоассимиляция СО2, фотодыхание, изотопноуглеродный метод, осцилляционный механизм фотосинтеза, глобальный цикл углерода.
13 марта 2016 г. исполнилось 75 лет со дня рождения профессора кафедры неорганической и аналитической химии доктора биологических наук Александра Андреевича Ивлева — выдающегося ученого, изучающего изотопные эффекты в биологических и геологических объектах.
А.А. Ивлев родился 13 марта 1941 г. в Москве в семье военнослужащего. В 1958 г. окончил московскую среднюю школу, и поступил на физико-химический факультет Московского химико-технологического института имени Д.И. Менделеева на специальность «Технология разделения и применение изотопов».
Будучи студентом, А.А. Ивлев стал заниматься научной работой под руководством тогда еще молодого ученого, в будущем известного специалиста в области разделения изотопов, многие годы возглавлявшего кафедру неорга-
155
нической и аналитической химии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева профессора Д.А. Князева.
В 1964 г. он с отличием окончил институт, и был рекомендован в аспирантуру. В 1968 г. А.А. Ивлев успешно защитил кандидатскую диссертацию на тему «Закономерности термодинамики изотопного обмена элементов средних и тяжелых масс», положения которой были использованы при разработке экспериментальных методов разделения химическим обменом изотопов ряда элементов для нужд атомной промышленности. После защиты диссертации А.А. Ивлев начал работать в лаборатории масс-спектрометрии московского института нефтехимической и газовой промышленности имени И.М. Губкина, которую возглавлял молодой амбициозный доктор наук Э.М. Галимов, в последующем академик РАН, директор Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН, ныне научный руководитель этого института. В этой лаборатории А.А. Ивлев занялся исследованием природы изотопных эффектов углерода в нефтях.
После трех лет работы научные интересы А.А. Ивлева и руководителя лаборатории разошлись [1, 5], и он перешел на работу во Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт, где продолжил изучение природы изотопных различий углерода в компонентах нефти с целью разработки критериев для поиска и разведки нефтяных месторождений. Рассматривая нефть как продукт преобразования «живого» вещества, он обратился к изучению природы изотопных различий углерода в живых организмах и к изучению биохимии и биофизики метаболических процессов, с которыми связано фракционирование изотопов углерода в «живой» клетке.
В 1973 г. А.А. Ивлев познакомился с выдающимся советским биофизиком, человеком энциклопедических знаний, одним из основателей кафедры биофизики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, ставшим его учителем и другом, профессором С.Э. Шнолем, сыгравшим исключительно важную роль в становлении молодого ученого. В 1986 г. А.А. Ивлев защитил докторскую диссертацию на тему «закономерности фракционирования изотопов углерода в живых организмах» по специальности «Биофизика» в Институте химической физики им Н.Н. Семенова РАН. С 1993 г. Александр Андреевич работает в Российском государственном аграрном университете — МСХА имени К.А. Тимирязева профессором кафедры неорганической и аналитической химии. В 2000-е гг. им была открыта закономерная связь изотопных распределений углерода в метаболитах с временной организацией метаболических процессов. Это открытие заложило основу для использования изотопных эффектов углерода при исследовании метаболических особенностей растительных и животных организмов и для диагностики различных патологий. Было доказано, что клетки организмов функционируют в периодическом режиме заполнения/исчерпывания метаболических фондов субстратов, а значит, существует строгая временная последовательность метаболических процессов в клетке, что и обусловливает появление обнаруженных изотопных распределений метаболитов [8]. За эту работу Российская академия естественных наук в 2005 г. присудила А.А. Ив-леву медаль и вручила диплом «Автору научного открытия».
В последующих работах [4, 7], посвященных изучению фотосинтеза растений и микроорганизмов, А.А. Ивлев открыл неизвестный изотопный эффект фотодыхания, который оказался противоположным по знаку, ранее известному изотопному эффекту ассимиляции С02. Суперпозиция этих двух эффектов принималась всеми за один изотопный эффект фотосинтеза. На самом деле изотопный эффект фотодыхания маскировался более сильным эффектом ассимиляции и проявлялся только
156
в стрессовых для организма ситуациях, в которых фотодыхание играло значительную роль. Полученный результат оказался чрезвычайно важным, потому что позволил по-новому взглянуть на роль фотодыхания в метаболизме фотосинтезирующих организмов и на его роль в эволюции фотосинтеза [2, 9]. Стало возможным применить изотопноуглеродный метод как инструмент изучения сопряженности процессов ассимиляции С02 и фотодыхания и зависимости этой сопряженности от факторов среды. В результате появилась гипотеза об осцилляционном механизме фотосинтеза, согласно которой ассимиляция С02 и фотодыхание — это две фазы колебаний, происходящих в фотосинтезирующих клетках и находящихся в динамическом взаимодействии [6]. Гипотеза получила подтверждение в работах зарубежных исследователей [18, 19].
Сделанные открытия породили еще одно направление использования изотоп-ноуглеродного метода как весьма эффективного в исследовании эволюции биосферы и глобального углеродного цикла. основываясь на изучении изотопного состава углерода природных карбонатов и органического вещества, профессор Ивлев предложил новую модель глобального цикла углерода, в которой круговорот углерода рассматривался как переход из окисленного состояния (С02 и карбонатные формы) в восстановленное, представленное разнообразными органическими формами «живого вещества», и обратно. В этой модели ключевую роль играет процесс фотосинтеза, состоящий, как сказано выше, из сопряженных и реципрокных процессов ассимиляции и фотодыхания. Фотосинтез играет в цикле регуляторную роль, приводя его к стационарному состоянию. При разработке модели А.А. Ивлевым были использованы современные представления тектоники литосферных плит и подтверждена обоснованность впервые высказанной В.И. Вернадским (1926) гипотезы о взаимодействии биосферных процессов с процессами в земной коре. Модель позволила автору проследить эволюцию биосферы и объяснить периодически возникавшие в ней явления: смену «парниковых» периодов периодами оледенений, массовые вымирания организмов, скачкообразные изменения скорости биоразнообразия, неравномерность стратиграфического распределения в земной коре толщ, обогащенных органическим веществом и нефтью, и другие важные феномены [15].
Работы А.А. Ивлева опубликованы в многочисленных высокорейтинговых российских и зарубежных журналах, издано 9 его монографий. В качестве эксперта в своей области А.А. Ивлев участвовал в написании глав 5 международных коллективных научных монографий [10-12, 16, 17]. Две его монографии были изданы в Индии (издательство Signpost Research, 2013) [12] и в Германии (издательство LAP Lambert, 2015) [3].
Международное признание научных заслуг А.А. Ивлева подтверждается персональными приглашениями для участия в Гордоновской конференции «Изотопы в химии и биологии (США, Вентура, 1995), в Международной конференции «Стабильные изотопы в биологии (Англия, Ньюкасл, 1996). Профессора Ивлева приглашали в качестве лектора в международную летнюю школу молодых ученых Европы (Греция, о. Спетсес, 2002), в качестве пленарного докладчика и члена оргкомитета на конференцию по биоразнообразию (Испания, Валенсия, 2014) и в качестве почетного докладчика на конгресс по мировому океану (Китай, Хангчжоу, 2013). А.А. Ивлев является членом редколлегии международного журнала Ecosystem&Ecography.
Особенно большой интерес вызвали последние работы А.А. Ивлева по эволюции и глобальному циклу углерода. оргкомитеты 12 международных конгрессов и конференций пригласили его в качестве почетного лектора и члена оргкомитета. Пять зарубежных журналов: Journal of Ecosystem & Ecography [14], Geo Res J, Geo-
157
informatics & Geostatistics: An Overview [13], Journal of Marine Science and Research, Earth Science & Climatic Change, — обратились с предложением предоставить страницы для быстрейшей опубликации работ по этой тематике.
С 2007 по 2009 гг. A.A. Ивлев являлся научным руководителем с российской стороны крупного международного научного проекта по линии МНТЦ «Разработка новой технологии инструментального контроля углеродного баланса лесных экосистем в удаленных районах», реализованного совместно с Институтом молекулярной физики Российского научного центра «Курчатовский институт», Институтом леса СО РАН, Центром экологии и воспроизводства леса РАН и Институтом биогеохимии им. Макса Планка (Германия).
Все сказанное выше свидетельствует о высоком научном уровне работ профессора Ивлева, о его признании мировым научным сообществом. Об этом же говорит высокий уровень цитируемости его работ (согласно наукометрической базе РИНЦ индекс Хирша h = 8, цитируемость 381; согласно Академии Google h = 9, цитируе-мость 380).
Кафедра неорганической и аналитической химии, факультет почвоведения, агрохимии и экологии и в целом коллектив Университета поздравляют проф. А.А. Ивлева со славным юбилеем, желают ему крепкого здоровья и новых научных свершений.
Библиографический список
1. Варшавский Я.М. О распределении тяжелого изотопа углерода (13С) в биологических системах // Биофизика 1988. Т. 33. С. 351-354.
2. Ивлев А.А. Вклад фотодыхания в изменения изотопноуглеродных характеристик растений при воздействии стрессовых факторов // Физиология растений. 2004. Т. 49. № 2. С. 303-313.
3. Ивлев А.А. Глобальный редокс-цикл биосферного углерода. Взаимодействие фотосинтеза и движения литосферных плит. LAP Lambert. Germany Saarbrucken. 2015.
4. Ивлев А.А. Изотопные эффекты углерода и сопряженный механизм фотосинтеза и фотодыхания // Физиология растений 1992. Т. 39. С. 545-552.
5. Ивлев А.А. О двух концепциях, объясняющих неравномерное распределение изотопов в биологических системах // Биофизика. 1987. Т. 30. Вып. 3. С. 181-184.
6. Ивлев А.А. О колебательной природе углеродного метаболизма в фотосинтезиру-ющей клетке // Аргументы и факты. Известия РАН. Сер. биологическая. 2010. Т. 37. № 3. С. 719-727.
7. Ивлев А.А. О потоках «легкого» и «тяжелого» углерода при сопряжении фотосинтеза и фотодыхания // Физиология растений 1993. Т.40. С. 872-880.
8. Ивлев А.А. Распределение изотопов углерода (13С/12С ) в клетке и временная организация клеточных процессов // Биофизика 1991. Т. 36. С. 1060-1078.
9. Ивлев А.А. Фракционирование изотопов углерода в живой клетке и этапы биологической эволюции // Журнал общей биологии. 1986. Т. 47. № 5. С. 601-514.
10. Ivlev A.A. Carbon isotope effect (13C/ 13C) in biological systems // ed. S.M. Cramer. Separation Science and Technology 2001. V 36. № 8/9. P. 1815-1910.
11. Ivlev A.A. Carbon isotope heterogeneity in photosynthesizing biomass and perspectives of its application in biological studies // in Photosynthesis: Functional Genomics, Physiological Processes and Environmental Issues. 2015. Chapter 5. P. 71-101 / Ed. prof. Khan. Nova Science Publisher, Inc. N.Y. http://www.novapublishers.com.
12.Ivlev A.A. Chemical evolution vs Biological Evolution: Coupling Effect and Consequences. Publisher, Transworld research network. Kerala, India. 2013. http://www.trnres.com.
158
13. Ivlev A.A. Global carbon cycle and organic matter accumulation in the Earth crust // Geoinformatics & Goestatistics: An Overview 2016.4:1 http//dx.doi.org/10.4172/2327-4581.1000136.
14. Ivlev A.A. Global redox carbon cycle and photosynthesis development // J. Ecosys. Ecograph. Global Climate Change. 2016. № 2. S 5.1 http//dx.doi.org/10.4172/2157-7625.S5-003.
15. Ivlev A.A. Global redox cycle of biospheric carbon: interaction of photosynthesis and earth crust processes //BioSystems 2015.V. 137. P. 1-11
16. Ivlev A.A. Oscillatory Nature of Metabolism and Carbon Isotope distribution in photosynthesizing cells // in Advances in Photosynthesis — Fundamental Aspects. Ed. by M.M. Najafpour / 2012. Ch. 17. P. 342-366. Publisher Intech. Croatia. http://www/intechopen.com.
17. Ivlev A.A. Carbon isotope effect as a tool to study photosynthesis // Chemical probes in biology / Ed. M.P. Schneider. Kluwer Academic Publishers. Netherlands. 2003. P. 269-285.
18. Roussel M.R., Igamberdiev A.Y. Dynamics and mechanisms of oscillatoryphotosynthe-sis // BioSystems. 2011. V. 103. № 2. P. 230-238.
19. Roussel M.R., Ivlev A.A., Igamberdiev A.Y. Oscillations of the internal CO2 concentration in tobacco leaves transferred to low CO2 // J. Plant Physiol. 2007. V 164. P. 1188-1196.
TO THE JUBILEE OF PROFESSOR ALEKSANDR ANDREEVICH IVLEV
S.N. SMARYGIN, V.D. NAUMOV (Russian Timiryazev State Agrarian University)
The article is dedicated to the 75th anniversary of Professor Aleksandr Andreevich Ivlev, Doctor of Biological Sciences, Professor of the Department of Inorganic and Analytical Chemistry of Russian Timiryazev State Agrarian University. Short biography and the main achievements of Professor Ivlev in the field of isotopes of biogenic elements studies are given in the article. The unique role of isotope studies in learning of biophysical mechanisms of photosynthesis and other metabolic cell processes as well as problems of evolution and natural cycles of elements is shown. The list of the main works of Professor Ivlev is provided in the article as well.
Key words: isotope effects, CO2 assimilation, photorespiration, carbon isotope research technique, photosynthetic oscillatory mechanism, global carbon cycle.
References
1. Ivlev A.A. O dvukh kontseptsiiakh, ob»iasniaiushchikh neravnomernoe raspredelenie izotopov v biologicheskikh sistemakh [About two concepts explaining the uneven distribution of isotopes in biological systems]. Biofizika. Biophysics. 1987. Vol. 30. № 3. P.181-184.
2. Varshavskii Ia.M. O raspredelenii tiazhelogo izotopa ugleroda (13C) v biologicheskikh sistemakh [On the distribution of the heavy carbon isotope (13C) in biological systems]. Biofizika. Biophysics. 1988. Vol. № 33. P. 351-354.
3. IvlevA.A. Raspredelenie izotopov ugleroda (13C/12C) v kletke i vremennaia organizatsiia kletochnykh protsessov [The distribution of carbon isotopes (13C/12C) in a cell and temporal organization of cellular processes]. Biofizika. Biophysics. 1991. Vol. 36. P. 1060-1078.
4. Ivlev A.A. Izotopnye effekty ugleroda i sopriazhennyi mekhanizm fotosinteza i fotodykhaniia [Isotope effects and dual mechanism of photosynthesis and photorespiration]. Fiziologiia rastenii. Plant Physiology. 1992. Vol. 39. P. 545-552.
5. Ivlev A.A. O potokakh «legkogo» i «tiazhelogo» ugleroda pri sopriazhenii fotosinteza i fotodykhaniia [On flows «light» and «heavy» carbon when paired photosynthesis and photorespiration]. Fiziologiia rastenii. Plant Physiology. 1993. Vol. 40. P. 872-880.
159
6. Ivlev A.A. Vklad fotodykhaniia v izmeneniia izotopnouglerodnykh kharakteristik rastenii pri vozdeistvii stressovykh faktorov [The contribution of photorespiration in changes of carbon isotopes plant characteristics when exposed to stress factors]. Fiziologiia rastenii. Plant Physiology. 2004. Vol. 49. № 2. P. 303-313.
7. Ivlev A.A. Fraktsionirovanie izotopov ugleroda v zhivoi kletke i etapy biologicheskoi evoliutsii [The fractionation of carbon isotopes in the living cell and the stages of biological evolution]. Zhurnal obshchei biologii. Journal of General Biology. 1986. Vol. 47. № 5. P. 601-514.
8. Ivlev A.A. O kolebatel'noi prirode uglerodnogo metabolizma v fotosinteziruiushchei kletke. Argumenty i fakty [Vibrational nature of photosynthetic carbon metabolism in the cell. Arguments and Facts.]. Izvestiia RAN. Ser.biologicheskaia. Journal of the Russian Academy of Sciences, Biology series. 2010. Vol. 37. № 3 P. 719-727.
9. Roussel M.R., Ivlev A.A., Igamberdiev A.Y. Oscillations of the internal CO2 concentration in tobacco leaves transferred to low CO2. J. Plant Physiol. 2007. Vol. 164. P. 1188-1196.
10. Roussel M.R., Igamberdiev A.Y. Dynamics and mechanisms of oscillatoryphotosynthesis. BioSystems. 2011. Vol. 103. № 2. P. 230-238.
11. Ivlev A.A. Global redox cycle of biospheric carbon: interaction of photosynthesis and earth crust processes. BioSystems. 2015. Vol. 137. P. 1-11
12. Ivlev A. A. Carbon isotope effect (13C/13C) in biological systems // ed. S.M. Cramer. Separation Science and Technology. 2001. Vol. 36. № 8/9. P. 1815-1910.
13. Ivlev A.A. ed. M.P. Schneider. Carbon isotope effect as a tool to study photosynthesis. Chemical probes in biology. Kluwer Academic Publishers. Netherlands. 2003. P. 269-285.
14. Ivlev A.A. Oscillatory Nature of Metabolism and Carbon Isotope distribution in photosynthesizing cells. Advances in Photosynthesis - Fundamental Aspects. Ed. by M.M. Najafpour. Publisher Intech. Croatia. 2012. Ch. 17. P. 342- 366. Available at: http://www/intechopen.com.
15. Ivlev A.A. Carbon isotope heterogeneity in photosynthesizing biomass and perspectives of its application in biological studies. Photosynthesis: Functional Genomics, Physiological Processes and Environmental Issues. Ed. prof. Khan. Nova Science Publisher, Inc. N.Y. 2015. Chapter 5. P. 71-101. Available at: http://www.novapublishers.com.
16. IvlevA.A. Chemical evolutionvs Biological Evolution: Coupling Effect and Consequences. Publisher, Transworld research network. Kerala, India. 2013. Available at: http://www.trnres.com.
17. Ivlev A.A. Global'nyi redoks-tsikl biosfernogo ugleroda. Vzaimodeistvie fotosinteza i dvizheniia litosfernykh plit [The global redox cycle of biospheric carbon. The reaction of photosynthesis and the movement of lithospheric plates]. LAP Lambert. Germany Saarbrucken. 2015.
18. Ivlev A.A. Global redox carbon cycle and photosynthesis development. J. Ecosys. Ecograph. Global Climate Change. 2016. № 2 p. 51 doi: 10.4172/2157-7625.S5-003.
19. Ivlev A.A. Global carbon cycle and organic matter accumulation in the Earth crust. Geoinformatics & Goestatistics: An Overview 2016. 4:1 doi: 10.4172/2327-4581.1000136.
Смарыгин Сергей Николаевич — к. х. н., доц., зав. кафедрой неорганической и аналитической химии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49; тел.: (499) 976-03-81; e-mail: smaryguin@mail.ru).
Наумов Владимир Дмитриевич — д. б. н., проф., зав. кафедрой почвоведения, геологии и ландшафтоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49; тел.: (499) 976-08-97; e-mail: naumovsol@timacad.ru).
Smarygin Sergey Nikolaevich — PhD in Chemical Sciences, Head of the Department ofln-organic and Analytical Chemistry, Russian Timiryazev State Agrarian University (127550, Moscow, Timiryazevskaya street, 49; tel.: +7 (499) 976-03-81; e-mail: smaryguin@mail.ru).
Naumov Vladimir Dmitrievich — Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Department of Soil Science, Geology and Landscape Science, Russian Timiryazev State Agrarian University (127550, Moscow, Timiryazevskaya str., 49; tel.: +7 (499) 976-41-57; e-mail: naumov-sol@timacad.ru).
160
