На кафедре физики более 20 лет существует научная школа в области молекулярной биофизики, основное направление научной деятельности которой связано с изучением физических механизмов биологического действия лекарственных препаратов на уровне генетического материала клетки, а также физико-химических свойств физиологически активных соединений. Кроме этого на кафедре физики проводятся исследования по научным тематикам Института морских биологических исследований и Морского гидрофизического института РАН. Ко всем направлениям научной деятельности кафедры активно привлекаются студенты-биофизики в рамках плановой научно-исследовательской работы студентов, курсовых и дипломных работ, научно-исследовательских практик.
Основные направления студенческой научно-исследовательской работы под руководством преподавателей кафедры физики:
- изучение механизмов комплексообразования биологически активных соединений и ДНК методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса и статистической термодинамики (руководитель профессор Евстигнеев М.П.)
- изучение энергетики комплексообразования биологически активных соединений методами молекулярного моделирования (руководитель ст.преподаватель Костюков В.В.)
- изучение процессов самоорганизации низкомолекулярных биологически активных соединений методами статистической термодинамики (руководитель с.н.с. Евстигнеев В.П.)
- исследование действия электромагнитного излучения с управляемыми характеристиками на клетки человека (руководитель доцент Лантушенко А.О.)
- исследование акустических свойств морской среды (руководитель ассистент Лисютин В.А.)
- исследование структуры и свойств физиологически активных соединений растительного происхождения (руководитель доцент Яковишин Л.А.)
Основные направления студенческой научно-исследовательской работы под руководством сотрудников отделов Института биологии южных морей РАН:
- Отдел морской фармакологии и биотестирования
- Исследование состояния импактных морских экосистем методами экологического тестирования;
- Разработка технологий получения биологически активных веществ из морских животных и водорослей с целью создания лекарственных препаратов, парафармацевтиков и нутрицевтиков.
- Биотехнологий и фиторесурсов
- Теоретическое и экспериментальное исследование кинетики субстратзависимого и светозависимого роста низших фототрофов и их биохимического состава; разработка лабораторных установок и промышленных технологий массового культивирования микроводорослей;
- Эколого-морфологические, эколого-флористические, биотехнологические, синэкологические исследования макро- и микроводорослей;
- Флористическое разнообразие макрофитов, закономерности трансформации альгофлоры и морского макрофитобентоса, фитоиндикация среды обитания, мониторинг состояния объектов фитоиндикация среды обитания, мониторинг состояния объектов природно-заповедного фонда Украины, оценка ресурсов макрофитов украинского шельфа Черного моря;
- Биофизической экологии
- Исследования механизмов генерации и эволюции пространственно-временной изменчивости биофизических полей в условиях различных градиентов биологических и гидробиологических параметров среды;
- Разработка биофизических основ оценки продуктивности пелагиали и оптимизации изъятия ее пищевых ресурсов;
- Изучение биоразнообразия (каталогизация) светящихся гидробионтов, определение биофизических и физиологических параметров их светоизлучения;
- Определение влияния абиотических факторов на характеристики биофизических полей; дифференциация изменчивости биофизических характеристик по типам поллютантов различной природы;
- Изучение парциального вклада различных таксонов в пространственно-временную изменчивость биофизических полей пелагиали; установление корреляционных зависимостей биофизических характеристик с численностью и видовым составом гидробионтов;
- Биофизический мониторинг пелагиали, экспресс-оценка функционального состояния пелагических сообществ; экологическое районирование морских и прибрежных акваторий и экспертиза зон «экологического риска»;
- Разработка новых измерительных комплексов и методических приемов для изучения биофизических характеристик жизнедеятельности гидробионтов в лабораторных и полевых условиях;
- Ихтиологии
- Марикультуры и прикладной океанологии
- биотехнология культивирования морских организмов для пищевых целей и как сырья для производства препаратов лечебного и косметического назначения;
- разработка технологий морского фермерства;
- генетико-селекционная работа с объектами марикультуры;
- изучение механизмов переноса и трансформации загрязняющих веществ от стационарных и временных источников (выпусков сточных вод, аварийных разливов, дампинга и др.);
- боснование рекомендаций по созданию и режиму эксплуатации, оценка последствий функционирования различных искусственных объектов в шельфовой зоне.
- Мелиорация среды на основе технологий марикультуры: корректировка химических параметров среды, поддержание биоразнообразия, сохранение редких и исчезающих видов.
- Планктона
- Изучение биоразнообразия планктонного сообщества и его пространственно-временных изменений в различных районах Мирового океана;
- Мониторинг таксономического состава и количественных характеристик планктонного сообщества прибрежных вод Крыма с разным уровнем антропогенной нагрузки;
- Изучение видов-вселенцев в Азово-Черноморском бассейне и отклика на них аборигенных сообществ гидробионтов;
- Анализ сезонной изменчивости и долговременных изменений планктонного сообщества и факторов, контролирующих многолетнюю динамику массовых видов планктона в различных районах Мирового океана;
- Исследования функциональной активности (продукция, интенсивность дыхания) морского гетеротрофного бактериопланктона и теплопродукционных характеристик фемтопланктона.
- Радиационной и химической биологии
- Исследование радиоэкологического отклика и отдаленных радиационных последствий влияния аварии на Чернобыльской АЭС на черноморские экосистемы;
- Определение содержания хлорированных углеводородов и ртути в компонентах черноморских экосистем и оценка способности критических зон в Черном море к самоочищению от эвтрофирующих элементов и загрязняющих веществ различной природы в результате воздействия биогеохимических процессов;
- Разработка радиотрассерных методов определения биоокеанографических характеристик и геохронологических датировок седиментационных процессов в Черном море;
- Изучение средообразующей и экологической роли струйных метановых газовыделений со дна Черного моря, оценка их влияния на глобальный парниковый эффект и исследование приуроченности к морским месторождениям углеводородов.
- Лаборатория радиационной экологии и биогеохимии
- Санитарной гидробиологии
- Взаимодействие морских организмов и их сообществ с загрязнением;
- Влияние загрязнений на морские организмы;
- Роль морских организмов в процессах самоочищения и улучшения качества морской среды;
- Биомониторинг экологического состояния морских акваторий;
- Разработка и внедрение систем гидробиологической очистки морской воды и оздоровление прибрежных акваторий.
- Физиологии животных и биохимии
-
- Выявление функциональных и метаболических закономерностей существования важнейших компонентов морских экосистем. На организменном, популяционном и видовом уровнях изучаются:
— адаптации к абиотическим (температура, соленость, содержание кислорода и биогенов), биотическим (обеспеченность пищей, внутри- и межвидовые взаимоотношения, паразиты), антропогенным (поллютанты, промысел) факторам.
— биоразнообразие и биологический прогресс.
— жизненные циклы (онтогенез, межгодовые, сезонные и суточные ритмы).
— пищевые взаимоотношения на различных трофических уровнях; сопряженный баланс вещества и энергии; продуктивность;
- Выявление и пространственно-временной мониторинг физиолого-биохимических индикаторов состояния популяций черноморских гидробионтов;
- Разработка биотехнологий культивирования водорослей, используемых в качестве пишевых объектов в марикультуре.
- Функционирования морских экосистем
- Исследования структурно-функциональной организации морских экосистем и механизмов их трансформации;
- Исследования экологического метаболизма в прибрежных фитоценозах и оценка их роли в деэвтрофикации вод.
- Экологии бентоса
- Экология бентосных организмов, структура и динамика донных экосистем;
- Оценка таксономического разнообразия бентоса Черного моря на уровне размерно-экологических и таксоценотических группировок мейо-, макрозоо- и микрофитобентоса;
- Анализ пространственной (разномасштабной) и временной (коротко- и долгопериодной) изменчивости показателей состояния и структуры сообществ бентали в связи с изменчивостью факторов среды;
- Исследование биологии макроколоний метанокисляющих архей и сульфатредуцирующих бактерий в районах выходов метана со дна Чёрного моря и ассоциированной с метаном фауны;
- Разработка рекомендаций и использование методов биоиндикации для комплексного мониторинга состояния шельфовых экосистем в условиях возрастания антропогенного воздействия.
- Экологической паразитологии
- Выявление роли паразитов в формировании и поддержании биоразнообразия, а также трансформации и передаче вещества и энергии в морских сообществах;
- Изучение механизмов формирования и функционирования паразитарных систем в условиях антропогенного воздействия, а также на искусственных рифах;
- Изучение механизмов трансформации и адаптации паразитарной составляющей морских прибрежных сообществ в условиях неоднородности среды и антропогенного влияния;
- Экологической физиологии водорослей
- Эколого-физиологические основы фотосинтеза в море;
- Потоки вещества и энергии через микропланктонное сообщество;
- Био-оптическое моделирование первичной продукции.
Основные направления студенческой научно-исследовательской работы под руководством сотрудников отделов Морского гидрофиического института РАН:
- Отдел турбулентности
- Теоретические и экспериментальные исследования процессов перемешивания за счет действия различных физических механизмов (конвекция, сдвиговая неустойчивость и обрушение внутренних волн, двойная диффузия, придонное трение и др.) с целью выявления их вклада в вертикальный и горизонтальный турбулентный обмен в морских системах;
- Исследование процессов турбулентного обмена теплом, солью, различными химическими и биологическими веществами в глубоководной и шельфовой зонах Черного моря с целью мониторинга и прогноза эволюции его физического и биохимического состояния при изменяющихся природных и антропогенных воздействиях;
- Разработка методов исследования и принципов построения аппаратуры для изучения мелкомасштабных процессов в морских системах.
- Отдел дистанционных методов исследования
- Экспериментальные и теоретические исследования физических процессов, происходящих на морской поверхности и в приповерхностном слое моря с целью развития методов дистанционного зондирования морской среды в микроволновом, инфракрасном и видимом диапазонах;
- Исследование процессов, протекающих в поверхностном слое моря и атмосфере на основе данных дистанционного зондирования, применительно к задачам изучения влияния мезомасштабных процессов на состояние экосистемы Черного моря, Восточного Средиземноморья, Каспийского и Аральского морей;
- Разработка элементов оперативной системы мониторинга Азово-Черноморского бассейна.
- Отдел биогеохимии моря
- Мониторинг основных биогеохимических характеристик Черного моря, включая кислород, элементы биогенного цикла и цикла серы, углерод и состояние карбонатной системы, содержание и формы тяжелых металлов и микроэлементов. Эти работы включают экспедиционные исследования в прибрежной и глубоководной части Черного моря.
- Теоретические и экспериментальные исследования распределения и переноса искусственных и естественных радиоактивных изотопов в море и приземной атмосфере.
- Теоретические и экспериментальные исследования физических, биологических и химических процессов в кислородном, субкислородном и сероводородном слоях вод, а также в верхнем слое донных осадков.
- Отдел автоматизации океанографических исследований
- разработка теории измерений океанических процессов и полей;
- разработка новых методов и датчиков для измерения параметров окружающей среды;
- разработка методического и метрологического обеспечения градуировки, испытаний и использования в экспедициях измерительных приборов и систем;
- создание комплексов для измерения параметров окружающей среды.
- Отдел теории волн
- Исследование свободных и вынужденных волн в однородной и стратифицированной жидкости.
- Реконструкция климатических полей течений, температуры, солености в Черном море на основе трехмерной нелинейной гидродинамической модели.
- Диагноз и прогноз синоптической изменчивости гидродинамических полей Черного и Азовского морей. Моделирование влияния этой изменчивости на транспорт примеси и донных осадков.
- Моделирование формирования циркуляции в Мраморном море.
- Решение обратных задач распространения радиоактивных загрязнений в Черном море.
- Отдел взаимодействия атмосферы и океана
- исследование процессов динамического и теплового взаимодействия океана и атмосферы;
- исследование климатической изменчивости в системе океан-атмосфера;
- Отдел гидрофизики шельфа
- сбор, систематизация, обработка, анализ и интерпретация данных экспериментальных исследований в шельфовых зонах окраинных морей и Мирового океана;
- натурные и теоретические исследования особенностей структуры динамики вод и их изменчивости, а также механизмов обмена в шельфовых областях (апвеллинг, фронты, фронтальные образования, волно-вихревые образования и волновые движения) и исследование антропогенного воздействия на морскую среду в прибрежной зоне;
- адаптация и реализация моделей волновых процессов для адекватного описания гидрофизических полей в шельфовых зонах, а также верификация моделей этих процессов на базе натурных наблюдений, статистической обработки данных и проведения численных экспериментов для решения прикладных задач;
- Отдел океанографии
- исследование закономерностей формирования термохалинной и кинематической структур вод Мирового океана на основе натурных данных и теоретических методов расчета;
- выявление физических закономерностей формирования пространственно-временной структуры гидрофизических полей, установление причинно-следственных связей их изменчивости с атмосферными процессами и региональными условиями;
- разработка, унификация и адаптация к региональным условиям физико-математических моделей и методов исследования океанографических полей в районах со специфическими свойствами (фронты и вихревые структуры, особенности температурного режима и рельефа дна, зоны припайных, сплоченных и разреженных льдов).
- Отдел оптики моря
- экспериментальное и теоретическое изучение оптических полей морских акваторий на основе контактных и дистанционных измерений оптических параметров с целью получения информации для экологического мониторинга океана и атмосферы;
- создание контактных и дистанционных методов и приборов для исследования оптических характеристик морских вод.
- Отдел морских энвайроментальных и информационных технологий
- разработка и создание средств мониторинга морской среды и приводного слоя атмосферы с использованием автономных наблюдательных подспутниковых платформ;
- физико-статистический анализ и разработка методов прогноза катастрофических явлений, вызванных природным и антропогенным воздействием на морскую среду.
- Отдел динамики океанических процессов
- Создание системы диагноза и прогноза полей Черного моря на основе междисциплинарных моделей и методов ассимиляции наблюдений.
- Анализ характеристик системы диагноза и прогноза морской среды и расширение комплекса расчетных параметров системы.
- Развитие диагноза и прогноза состояния морской среды Черного моря на основе междисциплинарной модели с высоким пространственным разрешением, связывающей гидродинамическую и экологическую модель Черного моря.
- Молелирование переноса загрязнений и седиментов в прибрежной районе Черного моря.
- Разработка методики картографирования температуры поверхности моря, загрязнений морских акваторий, поверхностной концентрации фитопланктона на основе спутниковых дистанционных данных для Черного и Азовского морей.
- Численное моделирование ветровых апвеллингов в прибрежных районах Черного моря в период весенне-летнего прогрева. Восстановление трехмерной структуры сезонной циркуляции в Черном море (с использованием данных наблюдений температуры и солености за десятилетние периоды с пятилетним сдвигом за 1951-1995 гг.) и определение долговременных трендов ее интенсивности с использованием численной модели с высоким пространственным разрешением.
- Численные эксперименты по воспроизведению наблюдаемой гидрологической структуры вод в карстовой полости на мысе Айя (на южном побережье Крыма), обусловленной субмариной разгрузкой подземных пресных вод. Разработка методики определения наиболее вероятного положения источников подземных пресных вод непосредственно в карстовой полости в процессе субмариной разгрузки.
- Исследование транспорта и биогеохимии метана в Черном море. Исследование переноса и трансформации нефти в Керченском проливе.
- Численное моделирование течений термохалинных полей в Керченском проливе в зависимости от действия ветра и водообмена между Черным и Азовским морями. Разработка сценариев распространения Черноморских вод в Азовское море (или, наоборот, Азовских в Черное море) в различных синоптических ситуациях.
- Исследование механизмов формирования холодного промежуточного слоя Черного моря по данным реанализа, влияния изменчивости биооптических характеристик на стратификацию и циркуляцию вод бассейна, рельефа дна на глубинные течения в море, а так же трехмерной динамики Черного моря на эволюцию экосистемы.