Аналитическое приборостроение в журналах Nature и Science за 2001-2017 гг. Вебометрический анализ

Журналы Nature (Лондон), выпускаемый с 1869 г. и Science (Вашингтон), выпускаемый с 1880 г., входят в десятку наиболее цитируемых журналов мира. В отличие, например, от Physical Reviews и Cell эти журналы доступны для неспециалистов. Классический наукометрический анализ малоэффективен для оценки распределения статей по областям науки, поскольку доли статей, относящихся к различным областям, таким как астрономия, физика, химия, науки о Земле, биология и гуманитарные науки сопоставимы. При этом число ссылок на одни статьи измеряется десятками, а на другие — тысячами.

В XXI в. Nature и Science публиковали 800–850 статей в год. Для определения числа ссылок использовались международные библиометрические базы Web of Science и Google Scholar (методика описана в статье [1]).

Основные наблюдаемые закономерности.

• 1.    В среднем цитирование в Google на 50% выше, чем в Web of Science, но бывают исключения.

• 2.    По сравнению с 1965 г. число статей в Nature упало в 4 раза. Это связано с тем, что кроме этого журнала под названием Nature в настоящее время выходит около 30 журналов, например NaturePhotonics или NatureMicrobiology.

Проблема старения научной литературы заслуживает отдельного исследования. В настоящее время наиболее цитируемой статьей (214 524 ссылки по Google на 15.11.2018 г.) является коло- риметрический метод количественного определения белков в растворе, предложенный Лоури в 1952 г. [2]. Вместе с тем большинство статей в Nature и Science за 1977 г. цитируются скромно по сравнению с современными. 24.02.1977 г. Сенгер опубликовал в Nature две статьи по применению гель-электрофореза для секвенирования ДНК. Одна из них имеет 1955 ссылок, другая — 54. В декабре того же года он опубликовал в Proceedings of the National Academy of Sciences методическую статью по "методу Сенгера" [3], хотя в те годы английские ученые редко публиковались в американских журналах. Эта статья на 15.11.2018 имела 73 301 ссылки по Google и занимала четвертое место по цитированию.

ЗАДАЧИ. МЕТОДИКА РЕШЕНИЙ

В статье использованы два способа определения числа ссылок. В первом: к числу ссылок по Web of Science прибавляется число ссылок по Google Scholar. Во втором способе число ссылок в Web of Science умножается на 1.5. Оба этих способа имеют аргументацию в свою пользу.

При анализе динамики числа публикаций (распределения числа цитирований по годам после выхода статьи) и при оценке связи между цитируемостью наиболее цитируемой и десятой по цитируемости статьями по каждому году можно использовать условные (нормированные) показатели цитирования.

При решении первой задачи ключевой является зависимость от времени, во втором случае исполь-

Динамика ежегодного числа цитирований статьи [4].

По оси абсцисс — годы (число лет) после публикации, по оси ординат — число ссылок зуется корреляционный анализ. Как известно, коэффициент корреляции инвариантен к изменению масштаба и линейному сдвигу шкалы отсчета.

Ранее для других групп публикаций авторами была предложена математическая модель [1] зависимости цитирования (числа ссылок) от времени. Формально эта зависимость представляет собой произведение убывающей линейной функции (учет морального старения информации) и логистической функции первого порядка, позволяющей описывать процесс распространения информации (аналогично динамике развития спроса на товары). Задачей авторов было оценить правомерность применения этой модели к специальной группе научных статей — статей, имеющих высокое цитирование.

При решении второй задачи на основе вычисленного коэффициента корреляции проверяется следующая аналогия: если число цитирований статьи можно рассматривать как случайную величину, то ранжирование статей по числу цитирований представляет собой процесс упорядочивания выборки (построение вариационного ряда). Таким образом, вычисляется коэффициент корреляции между первой и 10-й порядковыми статистиками. Всего элементов упорядоченной выборки порядка 800–850. Из теории известно, что близкие друг к другу порядковые статистики должны быть положительно коррелированы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В 2001–2017 гг. Nature и Science суммарно опубликовали в общей сложности около 28 тыс.

научных статей. В перечень для рассмотрения попали по 10 наиболее цитируемых статей за каждый год плюс самая цитируемая статья за декабрь 2017 г., что составляет 0.6 %.

Из рассматриваемого набора 170 высокоцити-руемых статей для анализа динамики цитирования и проверки адекватности ранее описанной математической модели [1] выбрана публикация [4] 2005 г. Во-первых, эта статья относится к средним по цитированию работам из группы рассмотренных, во-вторых, период цитирования 2006– 2018 гг. позволяет оценить динамику ежегодного числа ссылок и оценить параметры модели с достаточной точностью.

Зависимость числа ссылок на публикацию и аппроксимирующая зависимость представлены на рисунке.

Математически указанная зависимость выражается формулой:

X [ N ] = (1 – N /15.27)·1037.35/(1+13.16 exp(–0.754 N )).

Здесь N — число лет после публикации, X [ N ] — число цитирований в N -й год после публикации. Коэффициент детерминации зависимости превышает 0.93.

Значение характерного временнóго интервала в модели — 15.27 г. — характеризует время практически полной потери интереса (актуальности) к публикации. Ранее авторами были рассмотрены аналогичные модели активности цитирования на примере журналов Американского химического общества (АХО) для трех групп публикаций: лидеров цитирования, статей со средним цитированием и аутсайдеров. Соответствующие величины вре-меннóго показателя равны 73.35, 30.20 и 21.60 г.

Табл. 1. Распределение уровня цитируемости по годам за период 2001–2017 гг. для двух выбранных публикаций (наиболее цитируемой и 10-й по цитируемости)

Год	Количество ссылок			Год	Количество ссылок
	Наиболее цитируемая статья	10-я по цитируемости			Наиболее цитируемая статья	10-я по цитируемости
2001	42662	10930		2010	12060	5431
2002	24505	13595		2011	11930	4860
2003	15824	8420		2012	16320	6125
2004	89919	8003		2013	13617	6580
2005	35850	9450		2014	8530	4439
2006	23210	11445		2015	7443	3581
2007	18341	8172		2016	6405	1744
2008	27356	7602		2017	3139	799
2009	20772	7191		—	—	—

Табл. 2. Распределение числа статей по тематике из перечня высокоцитируемых статей для различных временн ы х периодов

Область знаний	Временной период, годы
	2001–2006	2007–2012	2013–2018
ДНК и РНК	20	28	18
Солнечные батареи	0	2	15
Физика	16	19	3
Молекулярная биология	10	6	4
и медицина
Химия	4	1	4
Экология	5	1	2
Всего:	60	60	50

Т.е. в этом исследовании интерес к тестовой публикации [4] убывает (до нулевого цитирования) существенно быстрее, чем для статей АХО всех групп цитирования.

В табл. 1 приведены данные по числу ссылок на 1-ю и 10-ю по цитированию статьи в каждый из рассматриваемых годов публикации (с 2001 до 2017 г.)

Вычисление коэффициента корреляции производилось по двум методикам: выборочный коэффициент корреляции Пирсона и ранговый коэф- фициент корреляции Спирмена. Оценка выборочного коэффициента корреляции равна +0.478, рангового — (+0.848).

Столь сильное расхождение объясняется неро-бастностью (малой устойчивостью к выбросам) выборочного коэффициента корреляции. Среди элементов выборки по максимальному цитированию есть аномально высокое значение — 89 919. Если его исключить, то оценки коэффициентов корреляции уточнятся и сблизятся по величине: по Пирсону +0.800, по Спирмену +0.900. И та, и дру- гая оценки свидетельствуют о наличии значимо большой положительной корреляции, что соответствует теории вероятностей и статистики, а именно свойствам порядковых статистик.

Другой задачей было исследование распределения числа (доли) высокоцитируемых статей по различным областям знаний и его динамики в зависимости от периода публикаций. Основные результаты иллюстрируются данными табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что наибольшее число высокоцитируемых статей приходится на анализ нуклеиновых кислот, невозможный без определения последовательности нуклеотидов. Во всех способах секвенса необходима полимеразная цепная реакция (ПЦР). Первая статья по ПЦР была опубликована в журнале Science в ноябре 1985 г. Затем были изобретены ПЦР в реальном времени, цифровая ПЦР и цифровая ПЦР в капле [5]. Практически во всех приборах ПЦР используется флуориметрический детектор. До 2005 г. все секвенаторы использовали гель-электрофорез, вначале плоскослойный, затем в капиллярах, а с середины 1990-х гг. — в чипах. В сентябре 2005 г. журнал Nature опубликовал статью по усовершенствованному пиросеквенсу. В этом приборе вместо электрофореза используются биоспецифические методы разделения, а вместо флуоресцентного детектирования — биолюминесцентное. В пионерской работе по определению полного генома человека (Джеймса Уотсона) был использован именно пиросеквенатор [6].

Три основных наблюдаемых тенденции.

• А.    Многократное возрастание числа статей, относящихся к солнечным батареям.

Б. Число статей, касающихся других разделов физики, уменьшается. Однако суммарно число статей по указанным обеим группам примерно стабильно составляет около трети всех высокоци-тируемых публикаций,

• В.    Устойчивое убывание числа статей, относящихся к молекулярной биологии. При этом динамика публикаций по РНК и ДНК, химии и экологии носит колебательный характер.

Для изучения работы клетки необходимо знать не только последовательность нуклеотидов, но и последовательность аминокислот в белках. Для решения этой задачи используют капиллярную жидкостную хроматографию в сочетании с тандемной масс-спектрометрией (МС) и дополнительно МС с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией (МАЛДИ). Для определения вторичной структуры белков в настоящее время используют криоэлектронную микроскопию.

Квантовые точки и наночастицы на основе золота или серебра начали использовать в аналитической химии в конце XX в. В XXI в. были изо- бретены графены, а затем и другие двумерные наноструктуры. Первая статья по графенам была опубликована в журнале Science в октябре 2004 г. Она имеет лучшее цитирование среди всех статей Nature и Science за рассматриваемый период. Судя по публикациям в Analytical Chemistry и других журналах Американского химического общества, графены используют в самых разных областях аналитической химии [7]. Синтез графенов впервые осуществили московские физики, работающие в Манчестерском университете — Новоселов и Гейм. В табл. 2 графены включены в раздел "Физика".

Из статей, никак не связанных с аналитическим приборостроением, лучшее цитирование имеют статьи по солнечной энергетике. Прорыв в этой области вызван использованием редких природных минералов перовскитов. Солнечная энергетика может в разы уменьшить себестоимость опреснения морской воды, что крайне актуально, например, для Саудовской Аравии. Статьи по экологии не являются статьями по экоаналитике — используется биометрия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализирован перечень наиболее цитируемых статей в Nature и Science, по 10 за каждый год. Установлена значимая корреляционная связь между уровнем цитирования наиболее цитируемой и 10-й по цитированию статьей по каждому году. Этот результат теоретически обоснован свойствами порядковых статистик. Динамика цитирования статьи из данного перечня описывается закономерностями, аналогичными рассмотренным ранее для больших групп высоко-, средне- и мало-цитируемых статей из журналов Американского химического общества. Зависимость представляет собой произведение логистической кривой Фер-хюльста, что характерно для широкого круга популяционных процессов, и линейной убывающей функции, моделирующей падение интереса к научной информации (моральное старение). Численные коэффициенты, характеризующие временные особенности динамики и масштаб публикационной активности, иные. Характерный масштаб цитирования составляет порядка 1000 цитирований, характерное время морального старения — около 15 лет.

Распределение публикаций по областям знаний показало существенное различие по 3 временным диапазонам: 2001–2006, 2007–2012 и 2013– 2018 гг. Основные изменения связаны с возрастающей долей публикаций по солнечным батареям за счет других разделов физики, устойчивое убывание доли публикаций по молекулярной биологии и колебательный характер публикационной активности по химии, биологии и конкретно по ДНК и РНК.

Работа выполнена в рамках Государственного задания № 075-00780-19-00.