1999
Коротко
|
1999 |
Новости науки
Коротко |
.
ЗоологияГлубоководный моллюск размножается по приказу
Калиптогены — гигантские белые двустворчатые моллюски — обычный компонент населения глубоководных гидротермальных излияний и холодных высачиваний, богатых сероводородом. В их жабрах живут симбиотические бактерии, окисляющие сероводород и потребляющие его энергию, этими же бактериями и продуктами их жизнедеятельности калиптогены питаются. Другого источника пищи им не надо.
Один из видов калиптоген, Calyptogena soyoae, обитает на холодных высачиваниях у южного побережья Японии — на склонах залива Сагами. Колонию этих моллюсков в несколько тысяч особей изучали японские ученые из Отдела глубоководных исследований Японского центра морской науки и технологии в Йокосуке и Кагосимского университета (Fujiwara Y., Tsukahara J., Hashimoto J., Fujikura K. // Deep-Sea Research I. 1998. V.45. №11. P.1881—1889; Van Dover C.L. // Nature. 1999. V.397. №6716. P.205—207). На дне у о.Хацусима (глубина 1175 м) они установили видеомониторы и датчики температуры, солености, давления, скорости и направления течений, теплового потока от дна, сейсмичности и другую аппаратуру.
Гигантские белые моллюски в естественной обстановке
на дне залива Сагами (глубина 1175 м).Калиптогены раздельнополы. Спермии и яйца выбрасываются прямо в воду, из яйца вылупляется пелагическая личинка. Животных с таким типом размножения в океане — тысячи видов, на мелководьях — подавляющее большинство. Для них критически важно синхронизировать вымет половых продуктов самцами и самками. У мелководных обитателей сигналом к вымету может быть любое достаточно регулярно повторяющееся изменение окружающих условий: солнечной и лунной освещенности (суточный ритм), давления воды (приливный ритм), температуры, солености, количества и качества пищи (сезонные ритмы) и т.п. Но что может быть сигналом для глубоководного животного, обитающего в полной темноте, в стабильных условиях и не нуждающегося во внешнем источнике питания?
За полтора года непрерывного мониторинга (декабрь 1993 — июнь 1995) нерест моллюсков наблюдали семь раз. Он неизменно начинался непосредственно (в пределах часа) после повышения температуры воды всего на 0.15—0.20°С. Первыми начинали нерест самцы, за ними с задержкой в пределах 10 мин — самки (облачка спермы и яиц были прекрасно видны на экране подводного телевизора).
Чтобы проверить, служит ли повышение температуры сигналом к нересту, поставили опыт. В полушаровидный купол из оргстекла диаметром 23 см вмонтировали галогенную лампу, термометр и насос для сбора проб воды и опустили с подводного аппарата «Синкай 2000» на колонию калиптоген. Под куполом оказалось около десятка моллюсков, бок о бок торчавших из грунта. Когда осела муть, включили лампу — температура сразу подскочила с нормальных для такой глубины 2.8 до 5.0—5.5°С. И через 5 мин начался нерест! За 70 мин наблюдения зафиксировали 11 актов вымета (некоторые моллюски нерестились неоднократно), каждый длился около минуты. Первыми начинали самцы (вода под куполом была заполнена спермой), причем одновременно нерест шел и у моллюсков снаружи купола, в радиусе полуметра, но только вниз по течению, куда попадала нагретая вода из-под купола. Значит, сигналом к началу нереста была именно температура, а не свет! Самцы реагировали непосредственно на температуру, а самки — либо на появление спермы, либо тоже на температуру, но с небольшой задержкой.
Схема экспериментальной установки для стимуляции нереста
глубоководных моллюсков Calyptogena soyoae.Причина повышения температуры воды в естественных условиях неясна (температура высачивающегося раствора стабильна). Скорее всего это подводные землетрясения или донные штормы, перемешивающие придонную воду с более теплой, лежащей выше. Для моллюсков эти события, разумеется, непредсказуемы, так что им необходимо круглый год иметь некоторый запас зрелых, готовых к немедленному вымету спермиев и яиц. Пусть это энергетически невыгодно, зато — полная гарантия синхронности нереста и успешного оплодотворения!
Согласно подводным и аквариумным наблюдениям, спермии и яйца у калиптоген имеют нейтральную плавучесть. Значит, личинки тоже не всплывают и не опускаются на дно, а дрейфуют с придонными течениями. Это позволяет калиптогенам быстро осваивать новообразовавшиеся излияния и высачивания и восстанавливать погибшие от подводных оползней популяции.
Стимуляция нереста путем повышения температуры воды — стандартный прием в аквакультуре мелководных моллюсков, но на глубоководных этот метод опробован впервые. Однако для обитателей гидротермальных излияний, в отличие от фауны холодных высачиваний, ключевым сигналом вряд ли может быть повышение температуры — там она слишком высока и сильно колеблется. Для них, скорее всего, ключом является изменение направления придонных течений и давления воды в приливном ритме.
АстрофизикаМагнетар взорвался
27 августа 1998 г. на Землю обрушился сверхмощный поток гамма- и рентгеновского излучения, который даже вызвал «зашкаливание» приборов нескольких искусственных спутников. Анализ наземных и космических данных показал, что это было следствием взрыва звезды SGR 1900+14, находящейся в созвездии Орла, в 20 тыс. световых лет от нас.
Волну излучения зарегистрировали приборы семи космических аппаратов, включая предназначенный для изучения астероидов «NEAR», проходивший в это время вблизи орбиты Марса, и «Ulysses», исследующий Солнце и сближавшийся тогда с орбитой Юпитера.
Звезда SGR 1900+14 представляет собой магнетар — нейтронную звезду с магнитным полем более мощным, чем любой известный науке объект во Вселенной. Хотя существование магнетаров было теоретически предсказано еще в 1992 г., инструментально первый из них был открыт лишь в начале 1998-го.
Магнитное поле магнетара по интенсивности может в 1015 раз превосходить земное. Временами такое поле прорывает тонкую твердую кору звезды, причем выделяется колоссальное количество энергии. Она-то и была зарегистрирована рентгеновскими и гамма-детекторами, расположенными по всему земному шару.
АстрономияОткрыта сверхновая, наша соседка
Как известно, массивные звезды завершают свое существование мощным взрывом, порождающим яркую сверхновую звезду. При этом образуются гигантские облака раскаленного газа, которые наблюдаются еще несколько тысячелетий. Сейчас астрономам известно уже около 200 остатков сверхновых в нашей Галактике, сам же такой взрыв в Млечном Пути люди в последний раз наблюдали в 1604 г.
Но вот недавно еще одно скопление раскаленных газов, возникшее при рождении сверхновой, было открыто сотрудниками Института внеземной физики им.Макса Планка под руководством Б.Ашенбаха (B.Aschenbach; Гархинг, Бавария, Германия). Они воспользовались данными приборов германо-американского спутника «ROSAT», которые регистрируют рентгеновское излучение в области неба, по диаметру равной приблизительно четырем полным Лунам.
Обработку этой информации наряду с сотрудниками Ашенбаха независимо провели их коллеги по институту, возглавляемые А.Иудиным (A.Iyudin). Установлено, что новый объект — действительно остаток взрыва «престарелой» звезды. Температура газового облака превышает 3х108К.
Ученые считают, что излучение от взрыва дошло до нас в начале XIV в., всего около 680 лет назад, а расстояние до сверхновой составляет 600 световых лет, что по астрономическим меркам — совсем рядом. Ближе к Земле взрывов сверхновых еще никто не обнаруживал.
Это событие должно было выглядеть весьма величественно: вспышка могла превысить по яркости любую звезду или планету. Так почему же она не зарегистрирована ни в каких исторических хрониках? Возможно, ее закрывали густые облака космической пыли или же взрыв произошел слишком низко над горизонтом, чтобы быть замеченным даже астрономами Китая и Японии. Впрочем, что касается Китая, то событие по времени совпадает с пробелом в хрониках этой страны. захваченной в ту пору монголами.
АстрономияЛеониды вреда не причинили, но ученых огорчили
Сближение Земли с кометой Темпеля—Туттля, ежегодно сопровождающееся метеорным потоком Леонид (См.: Следите за Леонидами! // Природа. 1996. №10. С.111.), ожидалось осенью 1998 г. с особым интересом. Астрономам (профессионалам и любителям) столкновение планеты с массой «падающих звезд» обещало принести немало новой научной информации, участники же различных экспериментов в космосе опасались за сохранность искусственных спутников и космических кораблей, вряд ли способных без ущерба перенести такие столкновения.
Как и предсказывалось, событие произошло в середине ноября, но — к лучшему или худшему — не достигло той интенсивности, которую прогнозировали многие специалисты, и было менее впечатляющим, чем в 1966 г., когда небо над всей Северной Америкой осветилось тысячами одновременно вторгающихся в атмосферу и сгорающих метеоров (в период максимума — до 150 тыс. в час).
Наибольший эффект ожидался над Азией, и НАСА США направило в Японию самолет-лабораторию для наблюдения потока Леонид. В момент предсказанного пика над южным японским о.Окинава было зарегистрировано от 200 до 300 метеоров в час. Это намного меньше, чем предполагали, но в 20 раз больше среднего числа для обычного звездного дождя Леонид.
Неточным оказалось и время события. Наблюдения на Канарских о-вах с помощью британского Телескопа им. Исаака Ньютона показали, что максимум вторжения небесных тел в воздушное пространство Земли (когда их число было всего от 1 до 2 тыс. в час) пришелся примерно на 5 ч утра по Гринвичу 17 ноября, т.е. на 16 ч раньше, чем прогнозировалось.
Зато довольна американская компания «Орбитал Сайенсез» из штата Вирджиния: ни один из ее 30 спутников связи не пострадал. Вашингтонский консорциум «Иридиум», владеющий вдвое большим числом коммуникационных ИСЗ, тоже вышел сухим из воды, как и любимый астрономами всего мира Космический телескоп им.Хаббла. Никак не коснулось это событие и второго по величине в мире искусственного космического объекта — нашей станции «Мир».
Чем объясняется подобная «скромность» потока Леонид в 1998 г., ученым еще предстоит выяснить.
ПланетологияУточняется внутренняя структура Каллисто и Европы
С тех пор как в декабре 1995 г. автоматическая межпланетная станция «Галилео» оказалась в системе Юпитера, она неоднократно совершала пролет мимо его крупного спутника Каллисто. Наибольшее их сближение, в сентябре 1997 г., позволило собрать интересную информацию, обработку которой ныне завершили Дж.Андерсон, Ю.Л.Лау и Л.Сьорген (J.Anderson, E.L.Lau, L.Sjorgen; Лаборатория реактивного движения НАСА, Пасадена, Калифорния) совместно с Дж.Шубертом (G.Schubert; Университет штата Калифорния, Лос-Анджелес).
До сих пор считалось, что породы, слагающие тело Каллисто, почти недифференцированы. Теперь же можно полагать, что ее недра далеко не однородны: по-видимому, каменистые породы и лед в значительной степени разделены, причем по мере приближения к центру небесного тела доля льда уменьшается.
Если принять, что ядро Каллисто состоит из смеси металлов с камнями, то его радиус несколько меньше 25% радиуса всего спутника: чисто ледяная кора в толщину не превышает 350 км, а между ядром и корой находится смесь камней со льдом. Впрочем, процессы дифференциации на Каллисто пока не зашли столь же далеко, как на остальных крупных (галилеевых) спутниках Юпитера. Так, тело Ганимеда довольно отчетливо разделяется на металлическое ядро, силикатную (каменистую) мантию и богатую льдом внешнюю оболочку; Ио обладает металлическим ядром и каменистой мантией, а льда там нет.
По мнению исследователей, эти различия объясняются следующим: Ио, Ганимед и Европа располагаются ближе к Юпитеру, чем Каллисто, и подвергаются значительно более мощному гравитационному воздействию планеты-гиганта. Постоянно сменяющие друг друга приливное сжатие и растяжение этих небесных тел приводят к их разогреву, что способствует дифференциации пород в зависимости от их плотности. Водяной лед, силикаты и металл постепенно занимают соответствующие им раздельные места в теле близких к планете спутников. Но на более далекой Каллисто, подверженной меньшему гравитационному разогреву, этот процесс продвинулся не столь сильно.
Новые данные получены и о Европе. Раньше считалось, что ее недра хорошо дифференцированы: металлическое ядро плотно окружено силикатной мантией, а она в свою очередь — жидкой водяной оболочкой и ледяной корой. Недавняя информация, собранная «Галилео» при пролете на высоте всего 205 км над спутником, заставляет несколько «обновить» этот взгляд. Установлено, что металлическое ядро Европы очень велико (может достигать половины радиуса спутника), а водно-ледяная оболочка в толщину имеет всего 80—170 км (наиболее вероятная толщина около 100 км).
Итак, новые сведения о Каллисто позволяют предположить, что этот спутник возник в иных обстоятельствах и развивался иначе, чем Ио, Европа и Ганимед.
ПланетологияНовая наука: экзогляциология
Существование льда и снега на Луне и некоторых далеких от Земли планетах и их спутниках — факт уже доказанный. Но от его констатации до всестороннего изучения оледенений, чем занимаются гляциологи на Земле, еще огромная дистанция.
Ныне по договоренности с НАСА сотрудники Университета штата Колорадо в Боулдере приступили во главе с гляциологом Э.Нолин (A.Nolin) к исследованию данных о полярных шапках Марса. Речь идет о большом количестве изображений Красной планеты, ее отражающей способности и показаниях лазерного альтиметра (высотомера), которые были переданы на Землю искусственным спутником «Mars Global Surveyor».
Национальному центру по изучению снега и льда в Боулдере, входящему в состав Кооперативного института исследований природной среды (совместное учреждение Университета штата Колорадо и Национального управления США по изучению океана и атмосферы), на осуществление этого проекта, рассчитанного на три года, НАСА выделяет 225 тыс. долл.
Коллектив Национального центра — головного учреждения проекта — построит модель обеих полярных шапок, соединив информацию в «виртуальное единство», что поможет определить не только их периметры и объемы, но и состав.
Марс — планета в наибольшей степени сходная с Землей. Некогда она, по-видимому, изобиловала влагой, дальнейшая судьба которой пока неясна. Новые исследования должны пролить свет на эту проблему и показать, насколько подобный процесс вероятен на иных планетах. Кроме того, лед, как и на Земле, может послужить отличным «архивом данных» о климате минувших марсианских эпох, их гидрологических циклах, о температурном градиенте и циркуляции атмосферы.
Уже установлено, что полярный ледяной покров на Марсе простирается до более низких широт, чем на Земле, и, следовательно, мерзлые грунты занимают там большую площадь. Присутствие на Марсе углекислого льда и обилие пыли в атмосфере и ледниках — коренные отличия от нашей планеты. Чрезвычайно высокая чувствительность спутниковой камеры и альтиметра позволят установить процентные соотношения пыли и снега в ледниках, а возможно, и состав других включений в поверхностном слое.
В последнее время стало ясно, что северная полярная шапка Красной планеты состоит в основном из обычной пресной воды, тогда как южная — почти полностью из замерзшего диоксида углерода; причины этих различий необходимо выяснить. На Земле температура льда относительно близка к точке таяния, поэтому здесь он — самый динамичный элемент поверхностного слоя, зависящий от сезонных изменений его формы, объема и протяженности. Низкие температуры, свойственные Марсу, означают, что его полярные районы претерпевают куда меньшие изменения сезонного характера, однако районы, покрытые изморозью, все же подвластны таким изменениям.
По сути, проект знаменует собой рождение новой отрасли науки — экзогляциологии, перед которой открывается широчайшее поле деятельности на далеких планетах Солнечной системы и их спутниках.
Физика атмосферы. Химия атмосферыМорские суда оставляют следы в небе
Вытянутый конденсационный след самолета в воздухе — привычное зрелище для нашего времени. Менее известен тот открытый 30 лет назад факт, что и морские суда оставляют свой «автограф» в атмосфере.
В последние годы установлено, что такой след возникает в результате взаимодействия твердых частиц, выбрасываемых дизельными двигателями судна, с воздушной средой. При этом возрастает концентрация капель влаги, образующих облака, и одновременно уменьшаются средние размеры капель.
Спутниковые наблюдения с помощью радиометров очень высокого разрешения, выполненные сотрудниками Национального управления США по изучению океана и атмосферы (НОАА), показали, что в итоге усиливается отражающая способность облачного покрова в диапазоне длин волн около 3.7 мкм.
Идеальные условия для получения со спутника изображений этой характерной облачности и района вокруг нее сложились в один из августовских дней, когда тихоокеанское побережье штата Вашингтон (крайний северо-запад США) было покрыто низкими однородными слоистыми облаками. Этим воспользовалась группа специалистов НОАА во главе с Р.Дж.Фереком (R.J.Ferek), собравшая с борта самолета-лаборатории данные о микрофизике и химии этого явления. На полученном снимке отчетливо были видны две узкие светлые полосы, образованные выбросами двигателей судов-сухогрузов «Форест Уэйв» и «Аль-Аламира», которые шли в то время через Тихий океан в северо-западном направлении.
Самолет-лаборатория НОАА неоднократно пересек эти следы на высоте 210 м над ур.м. Выяснилось, что внутри следов происходит сильное возмущение микрофизических свойств облачности: первоначально очень высокая концентрация частиц со временем падает, а капли, которые формируются в присутствии ядер конденсации, становятся примерно в шесть раз более многочисленными и вдвое мельче по сравнению с каплями окружающих облаков. Неожиданным для исследователей оказалось то, что повышенная концентрация сохранялась длительное время.
Отражающие свойства облачности сильно влияют на радиационный бюджет планеты. Они в свою очередь зависят от размеров частиц и их концентрации. Антропогенное загрязнение атмосферы такими веществами, как SO2, летучая органика и взвешенные частицы, способствует образованию ядер конденсации и существенно изменяет отражающие свойства облачного покрова.
Следы, оставляемые морскими судами, представляются идеальным объектом для изучения количественных характеристик и корреляции между выбросами судов и состоянием облачности. Такие исследования совершенствуют наше понимание радиационного баланса Земли и различных факторов, влияющих на него.
ФизикаЗвуковые запрещенные зоны
В конце 80-х годов на основе прозрачных материалов были созданы образцы, в которых распространение света сопровождалось сильным поглощением в некоторых диапазонах длин волн. Такие структуры получили название фотонных кристаллов. Зоны длин волн, в которых материал теряет прозрачность, — запрещенные фотонные зоны — возникают в оптически прозрачной среде, показатель преломления которой n промодулирован в пространстве. Значительное подавление света наблюдается, когда период модуляции примерно равен длине волны света, а глубина модуляции n достаточно велика (Подробнее см.: Богомолов В.Н., Прокофьев А.В. Фотонные кристаллы // Природа. 1998. №8. С.27—36; Оптический фильтр на основе фотонного кристалла // Там же. С.107—108).
Теория распространения света в фотонных кристаллах может быть применена к другим типам волн, например звуковым. Основной параметр, который определяет ширину фотонной запрещенной зоны, — это отношение диэлектрических проницаемостей рассеивающего и основного компонентов материала; для звуковых волн ее ширина зависит от скорости звука и вариаций плотности материала.
Группа исследователей из Политехнического университета в Валенсии, Мадридского автономного университета, Института материаловедения экспериментально продемонстрировала существование звуковых запрещенных зон в сотовой структуре, состоящей из периодически расположенных металлических и деревянных цилиндров. Роль рассеивателя звуковых волн играл воздух. Исследовались структуры с квадратной и треугольной геометриями. В первом случае постоянная решетки составляла 5.5 и 11 см, во втором — 6.35 и 12.7 см. Коэффициент наполнения структуры n (отношение объема, занимаемого цилиндрами, к общему объему) варьировали от 0.005 до 0.4 путем изменения диаметра цилиндров d. Измерения проводились в безэховой камере размерами 8x6x3 м3.
Спектр поглощения для акустических волн.
Зависимость ширины запрещенной зоны от коэффициента наполнения.Оказалось, что при определенных конфигурациях структуры удается достичь сильного поглощения звуковых волн, идущих во всех направлениях. Так, представленная на рисунке частотная зависимость коэффициента затухания звука для направления [100] (по аналогии с кристаллами) обнаруживает зону сильного затухания вблизи частоты 1.5 кГц. Ее ширина определяется коэффициентом наполнения структуры. Экспериментальные данные подтвердили предварительные теоретические оценки.
Результаты исследований поглощения звука в периодических структурах могут иметь самое широкое применение в акустических фильтрах или звукопоглощающих экранах.
Информатика. ТехникаНанокомпьютер из пробирки
Дж.Хит (J.Heath; Калифорнийский университет, Лос-Аламос, США), С.Уильямс и Ф.Кьюкес (S.Williams, Ph.Kuekes; корпорация «Хьюлетт Паккард», Пало-Альто, США) исследуют возможность создания компьютера в химическом растворе. Процессор предполагается собирать путем послойного наращивания активных элементов из атомов и молекул и соединения их токопроводящими углеродными нанотрубками. Авторы полагают, что химический процессор будет сверхминиатюрным (меньше песчинки) и на четыре порядка более экономичным с точки зрения энергопотребления, чем современные чипы. В отличие от последних, структура которых должна быть бездефектной, компьютер на основе химически «выращенных» наноэлементов может иметь значительное количество нарушенных связей, что не снизит его эффективность.
По архитектуре прототипом нанокомпьютера послужит компьютер Терамак, созданный в середине 90-х годов из дефектных или уже бывших в употреблении компонентов. По оценкам, примерно 220 тыс. его узлов не работали. Однако в этом устройстве, где компоненты многократно дублировали друг друга, количество заменило качество. Специальная программа в течение нескольких дней тестировала оборудование, выявляя дефектные узлы и организуя связь в обход их. В результате такой оптимизации Терамак превысил по быстродействию современные рабочие станции на два порядка.
По мнению Хита, в ближайшие 10 лет современная технология в микроэлектронике достигнет предела своих возможностей. Производство бездефектных суперчипов с миллиардами активных элементов потребует колоссальных экономических затрат. Предлагаемая альтернатива — «выращивание» суперчипов на молекулярном уровне. Безусловно, в этом случае структура суперчипа будет иметь значительное число дефектов, более того, каждый «выращенный» компьютер станет отличаться от своих собратьев. После сборки потребуются длительные процедуры тестирования и оптимизации. В случае обнаружения дефектной структуры конфигурация системы каждый раз будет меняться. Однако за счет многократного резервирования активных элементов такие компьютеры станут не только работоспособны, но и значительно превзойдут своих предшественников по экономическим и техническим характеристикам.
Принцип «количество заменяет качество» можно использовать также при производстве периферийных устройств, например внешней памяти. Если файлы упорядоченно дублируются на дефектных жестких дисках, вероятность возникновения ошибки очень мала.
В настоящее время исследователи пытаются создать демонстрационный компьютер — гибрид, объединяющий нано- и микротехнологии. Как полагает Хит, разработку первого нанокомпьютера можно ожидать в ближайшие несколько лет.
ФизиологияМожно ли «слышать» язык жестов?
Язык жестов заменяет глухонемым людям обычную речь, в полной мере передавая всю необходимую информацию и смысловые нюансы. А как он воспринимается на физиологическом уровне? Какие структуры мозга участвуют в восприятии звуковой и жестовой речи? Этот вопрос исследовали Х.Нисимура, К.Хасикава и К.Дой с коллегами (H.Nishimura, K.Hashikava, K.Doi et al.; Осакский университет, Япония).
Слуховая область мозга, так же как и области, относящиеся к другим органам чувств, состоит из первичной слуховой коры и вторичной (ассоциативной) слуховой зоны. Первая обеспечивает собственно восприятие звуков, вторая отвечает за смысловое восприятие речи. Первичная слуховая кора расположена в височной области, ассоциативная зона — в верхней височной извилине. Ее связи с первичной слуховой корой развиваются, когда ребенок овладевает речью, а полностью формируются к 5—6 годам.
В первом эксперименте испытуемым (людям с врожденной глухотой) показывали снятую на видеопленку последовательность из нескольких «слов» на языке жестов и оценивали активацию коры мозга методом позитронной эмиссионной томографии. Было показано, что при восприятии жестовой речи активируются как зрительные области коры, так и верхние височные извилины, в особенности левого полушария.
Перед вторым экспериментом в левое внутреннее ухо испытуемого помещали специальное устройство, стимулирующее слуховой нерв, что позволяло абсолютно глухим слышать звуки. Эксперимент проводили в два этапа, предлагая сначала зрительную, а затем и акустическую задачу. Зрительная представляла собой видеоряд жестов, не несущих какой-либо смысловой нагрузки. В акустической задаче испытуемый прослушивал магнитофонную запись слов, воспринимаемую с помощью стимулятора. Оказалось, что при восприятии зрительной задачи активируется первичная зрительная кора, а при акустической — первичная слуховая кора в правом полушарии. Ни в том, ни в другом случае у испытуемых с врожденной глухотой активация не распространялась на ассоциативные зоны, поскольку ни зрительная, ни слуховая информация для них смысла не несла. В то же время у людей, потерявших слух после овладения речью, активировались в ходе прослушивания слов как первичная, так и вторичная корковые слуховые области.
Подобное явление наблюдается и в других случаях. Так, при чтении слепыми книг, написанных шрифтом Брайля (специальный шрифт, позволяющий читать книги «на ощупь»), активируется вторичная (но не первичная) зрительная кора, поскольку в этом случае используется тактильная чувствительность, а не зрение. Очевидно, что вторичные (ассоциативные) корковые зоны различных органов чувств обладают гораздо большей пластичностью, чем первичные области.
Таким образом, результаты исследований показали, что у людей с врожденной глухотой вторичная слуховая зона (верхняя височная извилина) несет важную функциональную нагрузку — обеспечивает восприятие жестовой речи.
МедицинаМинздрав в последний раз предупреждает...
35 лет назад, в 1964 г., Л.Терри (L.Terry, главный хирург США — так именуется должность министра здравоохранения) официально признал, что курение вызывает рак. Не то чтобы это было неизвестно раньше — но впервые такое заявление прозвучало из уст человека, ответственного за здравоохранение в масштабах целой страны. Развернулась публичная кампания по борьбе с курением, которая, надо признать, многого достигла: в Америке сейчас курить — дурной тон, по крайней мере для мужчин. Разумеется, такое развитие событий никак не устраивало производителей сигарет. Они предприняли ответные шаги: как недавно выяснилось, табачные компании начиная с 70-х годов стали вводить в свою продукцию специальные добавки с целью усилить привыкание потребителей к сигаретам. Когда эти факты получили огласку, разразился скандал, но табачные короли сумели замять дело.
Опубликованный недавно совместный доклад английского общественного движения «Курение и здоровье», английского Императорского фонда исследования рака и американской Массачусетсской программы контроля за табаком читается прямо как обвинительный акт ( Tobacco additives: cigarette engineering and nicotine addiction. ASH, Imperial Cancer Research Fund. 14 July 1999 (США).). Доклад основан на документах, которые табачная индустрия была вынуждена открыть в ходе недавних судебных процессов в США.
Как выяснилось, в табачных изделиях разрешено использовать более 600 различных добавок, однако их применение никак не регулируется. Состав и пропорции добавок — коммерческая тайна, эта информация недоступна ни национальным правительствам, ни международным органам, и существующее законодательство не дает им права затребовать такие сведения.
Хотя добавки обычно тестируют на токсичность (и на этой основе выдают разрешение к применению), многие их биологические аспекты, в том числе влияние на поведение человека, не изучены. Если добавка делает сигареты более привлекательными для начинающих курильщиков или облегчает продолжение курения, тем самым обществу наносится значительный вред из-за роста числа курильщиков. Сам по себе табачный дым содержит более 4 тыс. соединений, включая известные яды и канцерогены. Добавки, сгорая, привносят еще несколько сотен. Только в странах ЕС каждый год вследствие курения умирает полмиллиона человек, значит, если добавки увеличат число курильщиков всего на один процент, это приведет к тысячам новых смертей.
Все добавки к табачным изделиям можно разделить на несколько классов: увеличивающие содержание фармакологически активного никотина, что дает более ярко выраженный эффект от затяжек и усиливает привыкание; улучшающие вкус дыма — фруктовые, мятные и шоколадные ароматизаторы, которые облегчают первые шаги курильщиков, особенно детей (кстати, ментол, кроме улучшения вкуса, частично анестезирует горло и нёбо, уменьшая рвотные позывы, с которыми так хорошо знакомы делающие свои первые затяжки); расширяющие воздухоносные пути, позволяя дыму проходить глубже в легкие и отдавать в кровь больше никотина, например экстракт какао, содержащий теобромин; маскирующие запах и цвет выдыхаемого дыма, чтобы лишний раз не раздражать некурящих соседей (разумеется, количество канцерогенов и токсинов в дыме они не снижают, так что соседям просто становится труднее себя предохранять).
Первоначально добавки были разрешены применительно к малосмольным сигаретам (именно смолы, а не никотин — главный источник канцерогенов табачного дыма): предполагалось, что они повысят интерес потребителей именно к таким сортам. Однако сейчас добавки идут во все табачные продукты, в том числе и высокосмольные. К тому же малосмольные сигареты себя не оправдали: в основном они используют фильтр специальной конструкции, «разбавляющий» дым воздухом, но одни курильщики быстро приучаются (часто подсознательно) держать сигарету таким образом, что воздух не проходит, другие — просто выкуривают больше сигарет.
Авторы доклада предлагают принять новые правила, регулирующие применение добавок к табаку, и прежде всего — запретить использование добавок, для которых не доказана полная безопасность. Причем соответствующие исследования должны оплачивать сами компании. Производители сигарет обязаны рассекретить все добавки перед соответствующими органами, эта информация должна быть доступна любому. Кроме того, требуется указать цель применения той или иной добавки. Некоторые из них в обязательном порядке должны быть обозначены на упаковке.
Все это может показаться совершенной диктатурой, но не следует забывать, что на кону — тысячи человеческих жизней. Вы еще не бросили курить?
Полный текст доклада см.: http://www.ash.org.uk/papers/additives.html
МедицинаПейте чай! Лучше — зеленый
Ранее уже было показано, что потребление чая препятствует росту некоторых типов опухоли у животных, в частности рака легких и пищевода. И. и Р.Као (Y.Cao, R.Cao; Каролинский институт, Стокгольм, Швеция) изучали действие зеленого чая, точнее одного из его компонентов — эпигаллокатехин-3-галлата (ЭГКГ) — на процесс развития кровеносных сосудов.
Авторы исследовали, как ЭГКГ влияет на клетки эндотелия кровеносных сосудов крупного рогатого скота. Развитие клеток предварительно стимулировали с помощью фактора роста фибробластов FGF-2. Обнаружено, что ЭГКГ затормаживает рост именно клеток эндотелия, не влияя на клетки других тканей (например, фибробласты и гладкие мышечные клетки).
В дальнейших работах авторы выяснили, что ЭГКГ воздействует на развитие кровеносных сосудов в целом. При определенных его концентрациях тормозится образование новых кровеносных сосудов в зародышевой оболочке цыпленка, причем появляются участки, совершенно лишенные сосудов.
На последнем этапе изучали влияние зеленого чая на рост новых сосудов в роговице глаза мышей. Развитие сосудов стимулировали введением фактора роста сосудов эндотелия (один из самых мощных факторов роста). Часть мышей получала поилки с обычной водой, а часть — только с зеленым чаем. Оказалось, что зеленый чай достоверно подавляет рост новых сосудов. При этом концентрация ЭГКГ в плазме крови мышей соответствовала тому уровню, который достигается у человека после выпивания 2—3 чашек чая (~500 мкг/л).
Значение полученных данных становится ясно, если вспомнить, что развитие практически всех опухолей зависит от развития кровеносных сосудов. Авторы считают, что зеленый чай может найти применение и при лечении вызванной диабетом слепоты, которая также связана с чрезмерным развитием кровеносных сосудов.
ЭкологияДискуссия о балансе СО2 продолжается
По существующим представлениям, сжигание ископаемого топлива и сведение лесов ведут к поступлению в атмосферу гигантских масс СО2. Однако значительная его часть поглощается океанами и растительностью. Этот баланс весьма неточен, и судьба примерно 2 млрд т СО2 ежегодно остается невыясненной (См. также: Гиляров А.М. Первичная продукция и дыхание Амазонии // Природа. 1999. №4. С.104—105).
Сотрудники американской организации «Консорциум моделирования углерода», возглавляемой С.Пакала (S.Pacala; Принстонский университет, штат Нью-Джерси), взявшись за решение этой проблемы, условно разделили земной шар на четыре региона: Евразию, континенты Южного полушария, Северную Америку — к северу и к югу от 51°с.ш. Модель должна была показать, как атмосферный СО2 распределяется между этими регионами, с учетом всех известных его крупных источников и поглотителей, а также основных потоков воздушных масс. Полученные оценки сопоставлялись с результатами измерений концентрации СО2, выполненных между 1988 и 1992 г. в 63 точках земного шара.
К удивлению специалистов, наибольшее количество СО2 поглощается на территории Северной Америки к югу от 51°с.ш.: почти все 1.6 млрд т углекислого газа, выделяющегося на территории США, здесь же и поглощаются. Исследователи полагают, что немалую роль в этом процессе играют сравнительно молодые деревья, посаженные в США на месте лесов, вырубленных в самом конце прошлого и начале этого века, плюс успешные меры предотвращения лесных пожаров.
Оппонентом этой точки зрения выступил С.Шнайдер (S.Schneider; Станфордский университет, штат Калифорния). Он считает, что названные факторы должны быть кратковременными: по мере созревания растений объем выделяемого ими углекислого газа возрастает и начинает превышать количество поглощаемого ими СО2. Многие использованные в модели данные оспариваются и другими специалистами, чьи работы показывают, что более значительные массы СО2 поглощаются тропическими лесами Латинской Америки. К тому же, отмечает Д.Шимел (D.Schimel; Национальный центр атмосферных исследований, Боулдер, штат Колорадо), в модели Пакала использованы данные, относящиеся к периоду, когда интенсивность процессов поглощения СО2 сильно колебалась. Сами оппоненты затрудняются ответить на вопрос, почему леса Северной Америки поглощают столь значительные массы углекислого газа; они признают также, что данные по Евразии недостаточны для уверенных выводов.
Дискуссия продолжается: ее результаты чрезвычайно важны в условиях, когда специалисты и политики формулируют решения о том, какая страна и в каких масштабах должна принимать дорогостоящие меры по сокращению выбросов в атмосферу веществ, создающих парниковый эффект.
Охрана природыСтартовый комплекс вытесняет морских птиц
На маленьком островке Сомбреро — самом северном в гряде Малых Антильских о-вов — гнездятся тысячи олушей, фрегатов, крачек. Однако над этим царством пернатых нависла серьезная угроза: одна из частных американских аэрокосмических компаний, руководство которой находится в Далласе («Beal Aerospace of Dallas»), планирует разместить там стартовый комплекс для запуска с середины 2000 г. коммерческих спутников.
В 1997 г. эта компания по соглашению с молодым карибским государством Ангилья, в состав которого входит остров, получила эксклюзивное право на пользование островной территорией сроком на 98 лет. В сайте компании в Интернете сообщается, что под стартовый комплекс отводится около 405 км2: на одном конце острова строится цех монтажа космических аппаратов, на другом — стартовая площадка. Эти объекты будут связаны дорогами; кроме того, планируется создание небольшого порта.
В настоящее время на острове нет крыс, кошек и каких-либо других хищников, представляющих опасность для пернатых. Общество орнитологии Карибского бассейна, выступающее против строительства комплекса, заявило, что Вест-Индия уже утратила 90% популяций морских птиц. Между тем на соседствующих с Сомбреро островах не существует мест, пригодных для гнездования колоний.
Охрана окружающей средыКто больше вредит природе?
Всемирный фонд дикой природы опубликовал доклад, содержащий сведения о том, население какой страны оказывает большее воздействие на состояние окружающей среды. За основные параметры приняты использование важнейших ресурсов (зерновые, морская рыба, древесина, пресные воды), а также величина выброса в атмосферу диоксида углерода в расчете на душу населения.
Как ни странно, на первое место по этим показателям вышла Норвегия: деятельность одного норвежца оказывает на 50% большее давление на природу, чем американца или австралийца; это в четыре раза выше среднего показателя на одного жителя Земли. Главный фактор, ставящий Норвегию в столь незавидное положение, — очень высокий вылов морской рыбы: 250 кг на человека в год, что в 10 раз больше среднего по всему миру. При этом основная ее часть потребляется на откорм лосося, выращиваемого на специализированных фермах. Следом за Норвегией идут другие крупные потребители рыбы — Тайвань, Чили, Сингапур и Дания, а также США, Австралия, Кувейт и Канада.
Советник министерства экологии Норвегии П.Хофсет (P.Hofseth) обратил внимание на то, что его страна использует для собственных нужд лишь половину древесины, выращенной на своей территории, и это должно учитываться при определении ее роли в ухудшении состояния природной среды. Первое же место в использовании древесины на душу населения (2.3 м3 — почти вчетверо больше среднего) занимает Швеция.
Американец потребляет 692 кг зерна в год — вдвое больше среднего землянина.
Крупнейшими в мире потребителями пресной воды, идущей на орошение хлопковых полей, оказались центральноазиатские республики СНГ, что уже привело к иссушению Аральского моря.
Наименьший вред среде обитания по всем учитывающимся параметрам наносит житель Народной Республики Бангладеш.
В докладе указано, что из трех ведущих экологических систем (леса, морская среда и пресные воды) в наихудшем положении сейчас находится последняя: численность 200 видов позвоночных животных, населяющих водную среду и считающихся индикаторами ее состояния, сократилась на 50%.
Авторы примененной методики расчета — Дж.Лох (J.Loch; Всемирный фонд дикой природы) и А.Мак-Гилливрей (A.MacGillivray; Новый экономический фонд в Лондоне) — признают, что иные параметры привели бы к другим результатам и подчеркивают, что в любом случае принятые экологические индикаторы субъективны.
ГеотектоникаТектонические процессы в архее
Среди специалистов не прекращается дискуссия о том, как развивались тектонические процессы в архейские времена, т.е. более 2.5 млрд лет назад. По мнению одних, — примерно так же, как и сегодня, только быстрее и на сравнительно малых глубинах, поскольку из недр молодой тогда Земли еще шел интенсивный тепловой поток. Оппоненты же полагают, что миллиарды лет назад действовали совсем иные силы.
С оригинальной гипотезой на этот счет выступил Р.Бейли (R.C.Bailey; факультет геологии и физики Торонтского университета, Канада): повышенные по сравнению с современными температуры архейской коры способствовали формированию на достаточно больших глубинах пластичной зоны, что вызывало перетекание материала из континентальных областей в прилегающие океанические бассейны, и процесс этот естественным образом прекратился в конце архейской эры.
Современная континентальная земная кора на больших глубинах (где температура превышает 350—400°С) считается не хрупкой, а пластичной и вязкой. Можно полагать, что столь же вязкая кора повсеместно присутствовала и в разогретой континентальной материи архея. Если средний геотермальный градиент под континентами тогда превышал 20—30°С на 1 км, то в возникшем при этом пластичном слое материал должен был перетекать с места на место, обеспечивая понижение гравитационной энергии. Подобный процесс в состоянии объяснить многие характерные особенности, отмеченные в геологической летописи архея.
По мнению Бейли, прекращение континентального перетока связано с развитием стабилизирующей кратонизации, т.е. появлением крупных твердых участков земной коры. Именно кратонизацией и завершается архей, причем длительность последней стадии зависит от эволюции как геотермального градиента на суше, так и от глубины соответствующих океанических бассейнов.
ГеофизикаПервая радарная карта Антарктиды
В 80-х годах была предпринята первая попытка построить карту всей Антарктиды, однако тогдашние техника и методика позволили сделать далеко не полную съемку: космическим датчикам мешали облачный покров и полярная ночь. Лишь к началу 1999 г. поставленная задача была успешно завершена. В осуществлении беспрецедентной операции участвовали несколько научных учреждений: Лаборатория реактивного движения НАСА США (Пасадена, штат Калифорния), Геофизический институт при Университете штата Аляска в Фэрбенксе, Канадское космическое агентство в Колумбусе, Центр полярных исследований им.Р.Бэрда и др., их координатором была Н.Лабель-Хамер (N.LaBell-Hamer).
В исследовании применялся метод «моментального снимка»: использование радиолокатора с синтетической апертурой, установленного на канадском искусственном спутнике Земли «RADARSAT-I». Съемка проводилась южнополярной весной в сентябре—октябре 1997 г. в течение трех недель. Затем начался процесс обработки и анализа полученных данных и компиляция 5500 отдельных изображений; каждое из них охватывало 100 км2 территории ледяного континента, где, как правило, не ступала нога человека. Орбита спутника пролегала на высоте 800 км. Короткий срок съемки позволял быть уверенным в отсутствии существенных изменений топографии местности за это время. Снимок поэтому можно считать моментальным.
В настоящее время в околоземном пространстве находятся пять ИСЗ, несущих радиолокаторы с синтетической апертурой, но все они были ориентированы на регионы Северного полушария. Чтобы изменить орбиту спутника «RADARSAT-I» на антарктическую, канадским специалистам пришлось предпринять ряд сложных маневров. В итоге «взору» спутника предстал не только сам Южный континент, но и омывающие его воды, что позволяет установить картину распределения плавучих льдов и айсбергов.
Важно, что Национальное картографическое управление США рассекретило космические снимки Антарктиды, сделанные еще в начале 60-х годов, что дало возможность проследить изменения в ледовой обстановке за три десятилетия.
СейсмологияЯнварь 1999-го: землетрясений мало, жертв много
В первый месяц 1999 г. земные недра проявляли себя не часто, но сурово. 19 января сейсмологи зарегистрировали толчок в районе о.Новая Ирландия (территория Папуа—Новой Гвинеи). Это событие специалисты относят к типу сложных: вслед за слабой первичной волной через 5 и 10 с отмечены два более мощных удара. При магнитуде М = 7 по шкале Рихтера и неглубоком очаге залегания эпицентр землетрясения находился в точке с координатами 4.57°ю.ш., 153.18°в.д., в 100 км к юго-востоку от Рабаула — административного центра о.Новая Британия. Местность населена слабо, так что, несмотря на силу толчков, жертв и серьезных разрушений не было.
К несчастью, этого нельзя сказать о событиях 25 января, развернувшихся в Колумбии, в районе населенных пунктов Армения, Каларса и Перейра, расположенных примерно в 50 км к юго-западу от вулкана Невадо-де-Руис. Землетрясение магнитудой 6.2 унесло не менее 883 человеческих жизней, 3626 человек было ранено и 250 тыс. осталось без крова. Вызванные толчком оползни перекрыли многие дороги, затруднив прибытие спасателей.
Через три дня подземная стихия проявила себя совсем в другой части Америки — около Лисьих о-вов в центре Алеутского архипелага (штат Аляска, США). Толчок магнитудой 6.6 сильнее всего сказался на пос.Никольском; ощущался он также в селениях Уналашка, Датч-Харбор и Акутан, но какого-либо серьезного урона не нанес.
Последний день месяца ознаменовался землетрясением магнитудой 5.7, случившимся на востоке Кавказа: в Дагестане были десятки раненых; снесено более 80, а повреждено около 1 тыс. домов.
Сейсмология. ВулканологияО механизме извержения гейзеров
Извергающие кипяток гейзеры — не только одно из впечатляющих природных явлений, но и слабо пока используемая естественная лаборатория для сейсмологов и вулканологов. На примере одного из самых знаменитых гейзеров мира — Старого Служаки, находящегося в Йеллоустонском национальном парке, штат Вайоминг, — механизм их извержения изучали американские ученые С.Кедар и Х.Канамори (S.Kedar, H.Kanamori; Сейсмологическая лаборатория при Калифорнийском технологическом институте, Пасадена, США).
На протяжении многих десятилетий поведение этого гейзера наблюдает и регистрирует коллектив сотрудников Национального парка, используя не только обычные сейсмометры, термометры, определители давления, оборудование для взятия проб, но и новейшие цифровые сейсмометры, установленные вокруг гейзера, а также опускаемую в него телекамеру и акустические датчики, размещенные в водном столбе под поверхностью.
Гейзер извергается примерно каждый час. При этом систематическим образом изменяется характер вибрации почвы: сразу за очередным выбросом следует период спокойствия, затем колебания в течение приблизительно 10 мин нарастают и, достигнув максимума, остаются на одном уровне до следующего извержения. Усиление вибраций идет не монотонно, а с вариациями, которые от цикла к циклу повторяются. Весь этот процесс ученые сумели воспроизвести на несложной модели.
Сейсмограммы показывают, что вибрации разрешаются дискретными взрывами, продолжающимися по 5 с каждый. Акустические показатели внутри гейзера говорят о том, что эти события начинаются немного раньше, чем поступает соответствующий сейсмический сигнал, в верхней части водной колонны, где они менее длительны (около 0.1 с). Большинство таких событий состоит из 2—3 пульсаций давления, которые хорошо согласуются с теорией возникновения звука при колебаниях газовых пузырьков радиусом около 5 см. По-видимому, подобные пузырьки формируются на глубине, затем поднимаются в более холодные слои (где пары находятся в нестабильном состоянии) и там лопаются.
К удивлению специалистов, в самой водной колонне не обнаружено свидетельств акустического резонанса, который обычно приводит к усилению первоначального звука, так как его эхо многократно отражается от стенок водяной колонки. Именно это играет ведущую роль в большинстве моделей, описывающих вулканические толчки.
При анализе акустики извержений в большинстве случаев проблема нелинейного возбуждения звука игнорируется; изучается лишь явление линейного резонанса в магматическом теле. При создании моделей резонанса существенная трудность — требование достаточно высоких контрастов акустического импеданса между жидкостями и твердым материалом стенки, что позволило бы акустической волне эффективно отражаться и возбуждать заметный резонанс. Его возникновение обычно связывают с наличием многочисленных пузырьков, что в большой степени снижает скорость акустической волны в жидкости, увеличивая контраст импеданса.
Еще большую роль акустический резонанс должен играть в гейзерах, где флюидом является вода, а не расплавленная порода, и обильные пузырьки обнаруживают себя как зрительно (на экране телевизора), так и на слух. Именно отсутствие различимого резонанса в случае Старого Служаки и вызывало сомнения в его важной роли при возбуждении вулканических сотрясений. Словом, главным источником звуков и сотрясений, происходящих в гейзере и вокруг него, служат пузырьки, подобные тем, которые заставляют «петь» закипающий чайник.
Однако сейсмовулканологи обращали внимание не только на гейзеры. Установленные ими цифровые сейсмометры в последние годы работают и на ряде вулканов. Так, на вулканах Семеру (Западная Ява, Индонезия) и Ареналь (Коста-Рика), где ранее исследователи выявили поразительную регулярность как в форме волн, так и в их спектрах, недавно получены записи, которые убедительно показывают наличие эффекта удвоения периодов, что обычно ведет к хаосу в динамике нелинейных осцилляторов.
Все, вместе взятое, указывает, что методика нелинейных исследований, развившаяся в последние два десятилетия, может плодотворно быть применена в изучении вулканических и сейсмических явлений.
ВулканологияНеистовствует вулкан Колима
В западной части Мексиканского вулканического пояса находится огнедышащая гора Колима (20°с.ш., 104°з.д.) — один из наиболее активных вулканов Северной Америки. Мощное его взрывное извержение отмечалось в 1913 г., когда с горы сошли грязевые потоки. Извергался он в 1961—1962, 1975—1976, 1981—1982, 1991, 1994 гг.; обнаруженные на склонах крупные лавинные отложения говорят, по свидетельству специалистов, о его активности в эпохи позднего плейстоцена и голоцена.
В первых числах ноября 1998 г. сейсмологи начали регистрировать подземные толчки; вулканический конус на вершине стал менять свои очертания. 20 ноября произошло мощное извержение. Совершившие восхождение сотрудники Колимского университета обнаружили вблизи вершины многочисленные свежие трещины и разломы. Жители близлежащих поселков были эвакуированы. Облет вершины на вертолете позволил наблюдать плотный столб газов над кратером. Подземные толчки продолжались, вызывая повторные лавины и оползни.
К утру 21 ноября растущий новый лавовый купол целиком заполнил старый кратер, через который шло извержение в 1994 г. Затем лава стала переливаться вниз. Потоки раскаленных каменных блоков (иные — до 10 м в поперечнике) и пепла, пульсируя с интервалами 3—5 мин, скатывались по склону вдоль долины р.Барранка-дель-Кордобан. Самый крупный из потоков достиг отметки 2400 м (общая высота горы 3850 м), пройдя более 4 км от кратера.
Толщина лавового потока достигала 20 м при ширине около 100 м. К утру 25 ноября язык опустился до высоты 1900 м над ур.м. Еще два потока лавы продвигались по юго-западному склону горы. Максимальный выброс изверженных пород, отмеченный 26 ноября, превысил 16 тыс. т/сут.
К началу декабря потоки лавы в длину составляли 1000, 1200 и 900 м. К этому времени специалисты пришли к выводу, что извержение не будет взрывным, и разрешили жителям эвакуированных населенных пунктов вернуться в свои дома. Однако растительность была покрыта слоем пепла, достигавшим 50 г/м2.
За событиями продолжают следить как сотрудники местного университета, так и прибывшие сюда специалисты из Геофизического института при Автономном национальном университете в Мехико.
КлиматологияКлимат Европы: взгляд на предстоящую половину века
Все еще к нерешенным можно отнести проблему соотношения естественных климатических колебаний и вызванных человеческой деятельностью. Английские исследователи — М.Хелм (M.Hulme; Школа наук о среде при Университете Восточной Англии, Норидж), Н.У.Арнелл (N.W.Arnell; Саутгемптонский университет) и др. — решили взглянуть на эту проблему в масштабе Европы с охватом времени до 2050 г. В качестве главных индикаторов они использовали сток рек и урожайность пшеницы, так как оба эти фактора сильно зависят от температуры и осадков.
В основу контрольной модели были положены многовековые данные, собранные Климатологическим центром им.Хадли в Бракнелле (Метеорологическая служба Великобритании). Из этих данных выбраны семь более или менее представительных 30-летних климатических периодов, которые позволяют оценить естественные вариации природных условий. Пространственная единица определялась наложенной на карту Европы широтно-долготной сеткой с шагом 0.5°. Затем были промоделированы климатические изменения, вызываемые деятельностью человека, и проведено сравнение полученных результатов с естественной изменчивостью климата.
Установлено, что примерно до 2050 г. речной сток в Северной Европе будет систематически возрастать, а в Южной сокращаться, причем оба явления — в значительной мере на фоне природных климатических изменений. В Центральной и Западной Европе такая динамика будет менее ярко выражена.
Урожайность зерновых в Европе чрезвычайно чувствительна к естественным колебаниям температуры и осадков. Модели показали, что климатические изменения до 2050 г. при любом сценарии естественного развития событий приведут к увеличению урожая пшеницы только в трех североевропейских странах. Но если учесть, что повышение концентрации CO2 в атмосфере способно ускорять рост растений, урожай может значительно возрасти во всех 10 странах, относительно которых проводился анализ (Англия, Венгрия, Германия, Испания, Италия, Нидерланды, Румыния, Финляндия, Франция). Правда, насколько реален такой вывод, остается неясным, так как трудно, по признанию авторов, экстраполировать на полевые условия результаты исследований, проведенных главным образом в идеализированных условиях лабораторий.
ПалеонтологияК 200-летию изучения мамонта
К 200-летию исследования мамонта (Mammuthus primigenius, Bluminbach, 1799) была приурочена II Международная конференция, состоявшаяся 16—20 мая 1999 г. в Роттердаме (Нидерланды). Она собрала 96 специалистов из 23 стран (Австрия, Аргентина, Белоруссия, Бельгия, Великобритания, Германия, Греция, Испания, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Мексика, Нидерланды, Норвегия, Польша, Россия, США, Украина, Финляндия, Франция, Чехия, Япония). Организационный комитет возглавил директор Музея естественной истории Роттердама, Дж.Рёмер (J.Reumer); большую финансовую поддержку форуму оказали городской муниципалитет, Министерство образования, культуры и науки Нидерландов, а также ряд научных и коммерческих организаций (например, известная голландская транспортная компания «Mammoet Transport».
Россия традиционно занимает одно из ведущих мест в исследовании мамонта и мамонтовой фауны. Подавляющее большинство уникальных находок (трупов мамонта и гигантских скоплений костей) сделаны на территории нашей страны. Поэтому в научный комитет конференции вошли и российские ученые.
Интенсивная работа на конференции, которая суммировала результаты исследований за последние четыре года, прошедшие со времени I Международной конференции (Санкт-Петербург, октябрь 1995 г.), чередовалась с экскурсиями по типовым местонахождениям млекопитающих позднего плейстоцена в различных провинциях Голландии и полевыми семинарами.
Основная часть докладов была посвящена эволюции и филогении мамонтов и слонов мамонтоидной линии, палеоэкологии и распространению мамонта и мамонтовой фауны в Северной Америке и Евразии, причинам вымирания мамонта и его спутников, взаимодействию и связям человека позднего палеолита с мамонтом и крупными млекопитающими мамонтовой фауны. Современные исследования заставляют ученых более осторожно говорить о традициях массовой охоты у населения позднего палеолита Евразии и Северной Америки (50—10 тыс. лет назад). Постепенно изменяется точка зрения на взаимоотношения человека и мамонта. Признается, что они были гораздо более сложными, чем простая связь охотник—жертва.
Следует признать, что центр научных интересов в наши дни сместился в область палеоэкологии. Интенсивно изучаются особенности распространения видов плейстоценовых млекопитающих, пути их миграций в связи с изменениями климата и растительности, определявшими в конце этого периода существование мамонта и его окружения на гигантских пространствах Северного полушария. Тот огромный интерес, который еще 3—4 года назад вызывали работы по изучению ДНК из сохранившихся в вечной мерзлоте трупов плейстоценовых млекопитающих, сейчас заметно снизился из-за отсутствия ожидаемых результатов и невозможности на современном уровне развития этих исследований однозначно интерпретировать полученные данные.
Особое внимание на конференции привлекли доклады о популяциях карликовых форм мамонта на о.Врангеля и о-вах Санта-Роза вблизи Калифорнии: дело в том, что быстрые изменения островных популяций (за несколько тысяч лет) в небольшом масштабе моделируют некоторые аспекты эволюционного процесса, на которые природа в обычных условиях тратит многие тысячи лет. Некоторые черты биологии мамонта удается понять при исследованиях его морфологии, связанной с адаптацией к холодному климату, и сравнивая их с особенностями биологии современных слонов.
В решении конференции подчеркнута необходимость продолжения традиции международных форумов, которые позволяют специалистам из разных стран консолидировать свои усилия и эффективно обмениваться их результатами.
III Международную конференцию намечено провести в Канаде в 2003 г.
Личинка змеехвостки сама себя клонирует Клонирование — модное слово. Оно ассоциируется с высоколобыми учеными, колдующими в своих лабораториях над хитрыми приборами. На самом деле клонированием занимаются миллионы людей, только не знают, что это так называется, как мольеровский Журден не знал, что всю жизнь говорит прозой. Срежьте ветку ивы, поставьте в воду, а когда она пустит корешки — прикопайте в землю. Вы клонировали иву! Размножение клубники усами, картошки глазками — тоже клонирование. Многие сорта культурных растений — бессемянные и размножаются только клонами. Потому что клонирование — это вегетативное размножение, дающее генетически точную копию материнского растения.
И не только растения. Простейшие, губки, кораллы, актинии, мшанки, многие черви и даже столь высоко стоящие в системе организмов животные, как оболочники (принадлежат к тому же типу хордовых, что и мы с вами), размножаются почкованием, а некоторые — делением и образуют обширные поселения — клоны, состоящие из генетически идентичных особей. Если у вас есть плантация устриц и на нее напали морские звезды — не рубите звезд на кусочки: из каждого куска (если только у него сохранилась часть середины с участком нервного кольца) вырастет новая морская звезда, и вместо одного вредителя вы получите несколько. Корневая поросль, отводки, почкование, деление — все это клонирование. Позвоночные не почкуются, мы все-таки не на Тау Кита, но клонирование известно и у них: это партеногенез, девственное размножение. Так воспроизводятся серебряный карась и некоторые кавказские скальные ящерицы.
В самом по себе клонировании, как мы видим, нет ничего особенного. Но есть совершенно необычные способы клонирования. Один из них — самоклонирование у личинки колючей офиуры (Ophiopholis aculeata), одного из самых массовых обитателей наших северных и дальневосточных морей.
Офиуры, или в переводе с латыни змеехвостки, — донные иглокожие животные, родственницы морских звезд. У обычной офиуры маленькое округлое или пятиугольное тело и пять длинных и гибких членистых рук. Руки хрупкие и легко обламываются, за что по-английски офиур называют brittle stars — хрупкозвезды. Тело и руки усажены чешуйками, шипиками и иглами, а снизу в два ряда идут коротенькие ножки, великое множество. Живут офиуры на дне, на камнях, песке или зарываются в ил. Всеядны, могут есть мясо, собирать со дна детрит или отфильтровывать из толщи воды всякую съедобную мелочь. Большая часть офиур имеет в развитии стадию пелагической личинки, но многие живородящи или вынашивают потомство на себе.
Колючая офиура — чрезвычайно широко распространенный вид, обитает почти по всей Арктике и в северных частях Атлантического (на юг до района Нью-Йорка и Ла-Манша) и Тихого (до Японии и Калифорнии) океанов на глубинах от уреза воды до 200 м. Это красивое животное красного, пурпурного или почти белого цвета, часто с разноцветными кольцами, пятнами и разводами. Диаметр диска до 2 см. Офиура — обычная пища трески, пикши, разных камбал и множества других рыб.
Личинка офиуры — офиоплутеус — похожа на заостренную книзу треугольную призму с отходящими от нее тонкими выростами-руками, которые помогают ей «парить» в толще воды. У ранней личинки две пары коротких рук (передне- и заднебоковые), у поздней, 10-дневной, — четыре (добавляются околоротовые и заднеспинные). Каждая рука имеет скелет, длинную узкую известковую палочку, окруженную тонким слоем прозрачной студенистой ткани. Скелетные палочки — крохотные перфорированные «балки», одновременно легкие и прочные. Руки неподвижны и жестко соединены с телом, но все тело и руки личинки покрыты ресничным эпителием, который служит для движения и питания. Реснички гонят воду, отбирают из нее микроскопические водоросли, затем личинка облепляет микроводоросли слизью и транспортирует их ко рту. Постепенно в нижнем углу треугольника, вблизи места, где помещается желудок, начинает формироваться самая настоящая маленькая офиура, с пятиугольным диском и крохотными — два-три членика — руками. Студенистое тело личинки с тремя парами рук отмирает, и маленькая офиура висит в воде, как на парашюте, на последней паре длиннейших к этому времени заднебоковых рук. Найдя подходящее место для оседания на дно, офиурка отделяется от «парашюта» и начинает вести взрослый образ жизни, а последний остаток личиночного тела, V-образная пара ножек, вскоре тоже отмирает. Так считали до недавнего времени. Оказалось — не отмирает, по крайней мере не всегда и не обязательно.
Еще в 1921 г. классик науки об иглокожих животных, датский зоолог Т.Мортенсен обнаружил в планктоне вод Вест-Индии странную личинку офиуры. Он назвал ее Ophiopluteus opulentus — производящая, творящая. По его мнению, то была пара заднебоковых рук, которые не погибли после отделения молодой офиурки, а регенерировали новую личинку. Словом, — бесполое размножение у личинок, клонирование. Предположение Мортенсена было сразу же объявлено неправдоподобным и впоследствии забыто. И все-таки классик был прав! Доказала это Э.Бальзер из Уэслианского университета (Блумингтон, Иллинойс, США). Она работала с родившимися в лаборатории личинками колючей офиуры, взрослых особей которых ловили в океане у берегов штата Вашингтон, а также с личинками неидентифицированного вида офиур, собранными в планктоне у берегов Флориды (вероятно, они принадлежали к тому же виду O. opulentus, с которым имел дело Т.Мортенсен) (Balser E.J. // Biol. Bull. 1998. V.194. №1. P.187—193).Ранняя (вверху) и поздняя личинка офиуры Ophiopholis aculeata. У ранней личинки две пары рук, у поздней — четыре, причем заднебоковые руки чрезвычайно длинные (Касьянов В.Л. и др. Личинки морских двустворчатых моллюсков и иглокожих. М., 1983. Жизнь животных. Т. 2. М., 1988).Оказалось, что длинные заднебоковые руки действительно не погибают после того, как от них отделилась и осела на дно сформировавшаяся молодая офиура. Это V-образное соединение двух длинных скелетных палочек, окруженных студенистой тканью, продолжает жить и регенерирует все части тела, имевшиеся у личинки. Разумеется, отделившиеся руки в первое время не способны ловить фитопланктон. Но одевающая их прозрачная эпителиальная ткань преобразуется и частично переваривается собственными клетками, ее вещество и энергия трансформируются в новую личинку. На изученных Бальзер препаратах видно, как покровные ткани, которые окружают отделившиеся руки, сначала претерпевают обратную дифференциацию, почти до стадии оплодотворенного яйца, а затем начинают новый цикл развития. За первые сутки формируется первичный рот с зачатком кишки, потом полость тела, желудок, кишка, руки и все, что полагается. На пятые сутки возникает совершенно нормальная личинка-офиоплутеус, а затем и новая молодая офиурка. Она точно так же отделяется от рук и оседает на дно, а руки могут пойти по третьему кругу — до тех пор, пока условия среды позволяют им существовать в планктоне и пока хватит их длины: ведь в ходе превращения отделившихся от молодой офиуры рук в новую, вторичную личинку длина рук уменьшается на 40%. Правда, они остаются значительно длиннее коротких ручек первичной ранней личинки, но это даже полезно: чем длиннее руки, тем труднее хищнику проглотить личинку! Такой же цикл развития свойствен и личинкам офиуры из вод Флориды.
В результате каждая личинка дает не одну, а двух-трех молодых офиур, генетически идентичных, как однояйцовые близнецы. Возможно, этот необычный способ личиночного размножения и является причиной широкого распространения и чрезвычайно высокой численности колючей офиуры.Самоклонирование у личинок офиур: I — первичная ранняя личинка-офиоплутеус колючей офиуры (a — переднебоковые руки, б — заднебоковые руки, в — желудок); II— молодая колючая офиура, «подвешенная» на оставшихся от личинки заднебоковых руках; III — заднебоковые руки после отделения осевшей на дно молодой офиуры; IV — три стадии (сверху вниз) развития вторичной личинки из заднебоковых рук, оставшихся после отделения первичной личинки; обратите внимание на уменьшение длины рук; V — заднебоковые руки вторичной личинки Ophiopluteus opulentus после отделения второй молодой офиуры, место расположения которой показано стрелкой; правая и левая рука разной длины из-за неравномерного рассасывания их скелетных палочек (Balser E.J., 1998).Впрочем, он необычен для офиур, но не для других иглокожих. Американские ученые И.Бош, Р.Ривкин, С. Александер и У.Джекль (Bosch I., Rivkin R.B., Alexander S.P. // Nature. 1989. V.337. №6203. P.169—170; Jaeckle W.B. // Biol. Bull. 1994. V.186. №1. P.62—71.) наблюдали у личинок морских звезд из Гольфстрима и Саргассова моря три способа бесполого размножения: почкование, отрыв кончиков рук, отрыв кусочков околоротовых лопастей. Во всех случаях оторвавшиеся кусочки или почки регенерировали личинок нормального вида (бипиннарий или брахиолярий — так называются личинки морских звезд). Правда, дальнейшая судьба этих личинок не прослежена, так как получить полный цикл развития в аквариумах не удалось, однако нет сомнений, что и здесь мы наблюдаем адаптацию животных к расселению и воспроизводству собственных генотипов.
К.Н.Несис,
доктор биологических наук
МоскваКОРОТКО В первую декаду октября 1998 г. озонная дыра над Антарктикой достигла рекордных со времени ее обнаружения размеров — свыше 27 тыс. км2 (что больше, например, территории США). По мнению метеоролога Дж.Шанклина (L.Shanklin; Британское управление антарктических исследований), это было связано с развитием Эль Ниньо: его возникновение усиливает воронкообразное движение холодных воздушных масс, которые ежегодно формируются над Антарктидой. В весенний для Южного полушария период 1998 г. центральная часть этой воронки охладилась больше, чем обычно, — примерно на 4°С; ее температура достигла –86°С. Это создало идеальные условия для образования полярной стратосферной облачности: поступавшие сюда антропогенные (См. также: Естественные причины возникновения озонной дыры // Природа. 1998. №6. С.107—108.) соединения хлора и брома активно разрушали озон, порождая гигантскую дыру в озоносфере.
New Scientist. 1998. V.160. №2125. P.5 (Великобритания).••••••••••• В апреле 2000 г. по полной программе начнет работать один из крупнейших в мире оптических телескопов, принадлежащий Японской национальной астрономической обсерватории. Инструмент, расположенный на горе Мауна-Кеа на о.Гавайи, получил имя Субару — так по-японски называется звездное скопление Плеяды. Субару работает в инфракрасной части спектра и обладает самым большим цельным зеркалом (8.2 м в диаметре), что позволяет использовать его для изучения наиболее удаленных окраин Вселенной.
Nature. 1999. V.397. №6718. P.30 (Великобритания).••••••••••• Группа экспертов по научным аспектам защиты морской среды при Всемирной метеорологической организации ООН опубликовала отчет, посвященный основным источникам загрязнения открытых акваторий Мирового океана. В документе сообщается, что загрязняющие моря вещества, такие как азот, фосфор, тяжелые металлы (свинец, кадмий, цинк, медь и ртуть), а также долгоживущая органика (ДДТ и полихлорбифенилы) попадают в водную среду в значительной мере с атмосферными осадками.
Эти выводы справедливы и для прибрежных вод и полузакрытых морей (Средиземное, Северное, Балтийское). Так, в Чесапикский залив (Атлантический океан), на берегах которого расположены Вашингтонский и Балтиморский мегаполисы, из атмосферы поступает 31% свинца, 27% цинка, 12% кадмия, 82% алюминия и 39% азота. Этим же путем в Северное море попадает 48% полициклических ароматических углеводородов и 93% полихлорбифенилов.
World Climate NEWS. 1998. №12. P.11 (Швейцария).••••••••••• На северо-востоке Китая, около города Бэйпяо, находится огромное «кладбище» ископаемых организмов — динозавров, птиц, растений. Однако на этих бесценных для палеонтологов остатках жители окрестных деревень делают свой бизнес: варварски расхищая эти свидетельства прошлого и лишая их геологического и палеонтологического контекста, они продают их не только заезжим специалистам, но и любителям раритетов, а то и просто перекупщикам-спекулянтам.В начале 1999 г. специальным постановлением правительства КНР был создан заповедник площадью 46 км2. Его охрана возложена на местных жителей, которые, как полагают, опасаясь потерять неплохо оплачиваемое место, превратятся в надежных сторожей. По мнению Ф.Карри (Ph.Currie; Тайррелловский палеонтологический музей, Драмхеллер, провинция Альберта, Канада), единственный недостаток такого решения в том, что площадь заповедника мала; на примыкающих территориях тоже возможны интересные находки, которые не должны попадать в руки случайных людей.
New Scientist. 1999. V.161. №2168. P.19 (Великобритания).••••••••••• Деревянный причал древнеримского порта обнаружен при археологических раскопках в низменной части современного испанского порта Ирун (43°40' с.ш., 01°48' з.д.). Ранее археологи уже находили здесь развалины строений, датированные 50—150 гг. н.э. Заболоченная низина способствовала консервации деревянных конструкций причала. Предметы, собранные в его округе (керамика, черепки глиняной посуды, монеты) позволяют утверждать, что в свое время порт был важным торговым центром, возможно третьим по значению после тех, на месте которых сейчас расположены Лондон и Бордо.
La Recherche. 1999. №321. P.25 (Франция).
