Рубрика: Наука

Крижаний покрив Антарктики зазнає значних змін протягом року, і його поведінка добре вивчена загалом. Але деякі локальні аномалії пояснити не виходить вже кілька десятиліть. Одна з них — ополонка піднесення Мод, або ополонки моря Уедделла, яка з’являється нерегулярно на тому самому місці. Міжнародна команда океанологів нарешті змогла розгадати механізми її утворення.

Вперше ополонкою піднесення Мод помітили у 1970-х, коли американський метеорологічний супутник Nimbus 5 розпочав постійний моніторинг антарктичного льоду. Полин з’являвся щозиму з 1974 по 1976 рік, через що вчені припустили, що вона виникає щорічно. Проте з того часу ділянка відкритої води серед суцільного багаторічного льоду, що покриває значну частину моря Уедделла, утворювався нерегулярно. Полин або не з’являвся зовсім, або її площа була незначною.

Наступне повноцінне формування ополонки відбулося у 2016 та 2017 роках. Хоча вона й була меншою, ніж за півстоліття до цього, площа все одно вражає: близько 80 тисяч квадратних кілометрів — приблизно дорівнює площі Сахаліну разом із Курилами чи двом Швейцаріям. Як і раніше, у наступні роки ополонки практично повністю зникли. Така поведінка природного феномена суттєво ускладнює його вивчення. Полини в багаторічних льодах формуються рідко, а ще рідше вони можуть бути такими великими і існувати протягом тривалих періодів (тижня або навіть місяці).

Нова наукова робота, опублікована в журналі Science Advances, що рецензується, проливає світло на природу ополонки піднесення Мод. Її автори — співробітники Гетеборгського (Швеція), Каліфорнійського (Сан-Дієго, США) та Саутгемптонського (Великобританія) університетів. Вони використовували відразу кілька джерел даних для свого аналізу: супутникові оптичні та радарні знімки, датчики на автономних плотах та мітки на морських тваринах. Як виявилося, вся справа в цілому комплексі факторів, які вдало зустрілися в одному місці Світового океану.

Ключовий процес, що відповідає за формування величезної ополонки в морі Уедделла, — Екманівське перенесення. Це ефект руху водяних мас під кутом до напряму вітру. Він обумовлений коріолісовою силою, яка змушує об’єкти, що рухаються, схилятися вліво в Південній півкулі (і вправо в Північній). Причому зі зростанням глибини кут лише збільшується, формується спіральний вихор. Попри те, що може підказувати інтуїція, крижаний покрив не заважає Екманівському перенесення. Насправді тільки завдяки айсбергам і крижаним полям його вперше виявили під час арктичної експедиції Нансена.

У морі Уедделла саме Екманівське перенесення приваблює під багаторічний лід порівняно теплу солону воду. У районі піднесення Мод — підводного плато з невеликими пологими піками на ньому — через це посилюється глибинна течія.

Нарешті, третій фактор, без якого колосальний полин неможлива: зміна переважного напрямку і сили вітрів, що дмуть над цією місцевістю. Комбінація цих факторів склалася у 2016 та 2017 роках, найімовірніше, аналогічно тому, що сталося у 1970-х.

На вершині Евересту вам не вдасться зварити яйце, хоча це можна зробити майже скрізь на Землі. Чому так стається? Це пояснюється законами фізики, зокрема термодинамікою, які діють усюди у Всесвіті.

Суть проблеми полягає в атмосферному тиску, який визначає температуру кипіння води. На рівні моря вода закипає при температурі 100°C. Однак ця температура знижується на кожні 300 метрів підйому над рівнем моря приблизно на 1°C. Наприклад, у місті Ла-Рінконада, яке знаходиться на висоті 5052 метри, вода кипить при 82.8°C, що все ще достатньо для варіння яєць.

Але на вершині Евересту, де висота становить 8849 метрів, температура кипіння води опускається до близько 68°C через значно нижчий атмосферний тиск. Ця температура занадто низька для повного приготування яєць, оскільки білок в яйці, який становить більше половини його складу, згортається лише при температурі 80°C, а жовток потребує мінімум 70°C, щоб стати твердим.

Таким чином, навіть якщо ви зможете отримати серйозні опіки від води, яка закипіла на вершині Евересту, ви не зможете повністю зварити яйце через занадто низьку температуру кипіння води на такій висоті. Джерело

Форма тіла, колір і поведінка часто еволюціонують разом, коли види адаптуються до навколишнього середовища. Дослідники з Університету Лунда у Швеції досліджували це явище на конкретному типі великої, яскраво-зеленої та агресивної звичайної стінної ящірки, знайденої поблизу Середземного моря. Вони виявили, що унікальний тип клітин міг зіграти ключову роль у цій спільній еволюції.

Адаптація – це генетична зміна, що призводить до підвищення життєздатності в навколишньому середовищі. Це може вплинути на колір, форму та поведінку. Однак генетична основа того, як це працює, залишається оповитою таємницею.

У новому дослідженні еволюційні біологи поєднали польову роботу та аналіз ДНК , щоб вивчити великих, зелених, агресивних і сексуально помітних стінних ящірок у Середземноморському регіоні. Вони виявили ряд генів, відповідальних за зовнішність ящірки, схожої на Халка.

Дослідження клітин нервового гребеня

«Усі тканини та органи, що стоять за зовнішністю, схожою на Халка, розвиваються з клітин, які називаються клітинами нервового гребеня, які утворюються на ранніх стадіях ембріона. Ми віримо, що клітини, які лежать в основі змін у формі, кольорі та поведінці, регулюються разом, і тому ознаки еволюціонують разом», — каже Наталі Файнер, еволюційний біолог з Лундського університету.

Дослідницька група досліджувала звичайну стінну ящірку з зелено-чорним забарвленням, вражаючими розмірами тіла та агресивною поведінкою. Самці з такою зовнішністю з’явилися багато тисяч років тому, недалеко від сучасного Риму, і показали, що домінують над самцями з іншими колірними комбінаціями. Це призвело до того, що ящірки Халк поширилися по всій Італії.

«Наші знання про клітини нервового гребеня походять майже повністю від кількох модельних організмів, таких як миші. Зараз ми малюємо цей тип клітин в ембріонах ящірок, щоб зрозуміти, як можуть розвиватися такі явища, як ящірка Халк», — каже Наталі Файнер.

Протягом наступних кількох років Файнер та її команда проведуть більше польових досліджень, створять групи розведення та проведуть розширений генетичний аналіз, у тому числі за допомогою техніки редагування генів CrispR-Cas9. Усе з метою встановити, яку роль клітини нервового гребеня відіграють у переплетеній еволюції кольору, форми та поведінки.

«Наша увага зосереджена на ящірках, але наші відкриття, ймовірно, можна застосувати до всіх тварин із клітинами нервового гребеня, що охопить близько 70 000 видів хребетних. Хоча наша робота дає можливе пояснення того, як працює еволюція, вона також є початком багатьох нових напрямків дослідження», — каже вона.

30 квітня на Сонці стався надзвичайно потужний сонячний спалах, що викликав масові відключення радіозв’язку у всьому Тихоокеанському регіоні. Виверження досягло максимальної інтенсивності о 19:46 за східним часом і завершилося о 19:58 того ж часового поясу.

«Сонячні спалахи» — це раптові спалахи інтенсивного електромагнітного випромінювання на поверхні Сонця. Вони класифікуються за розміром літерними позначеннями: спалахи «X-класу» є найпотужнішими, потім йдуть «М-клас» (у 10 разів слабші за Х-класи), «С-клас» (у 10 разів слабші за М-класи), « В-клас» (у 10 разів слабший за С-клас) і, нарешті, «А-клас» (у 10 разів слабший за В-клас), практично непомітні для Землі.

Усередині кожного класу числа від 1 до 10 (і вище для Х-класу) вказують на відносну силу спалаху. За даними Spaceweatherlive.com, спалах 30 квітня отримав позначення M9.53 за вимірюваннями супутника NASA GOES-16, що лише на частку відрізняється від рівня Х-класу.

Короткохвильові радіоперешкоди, подібні до тих, що спостерігалися над Тихим океаном, зазвичай виникають невдовзі після потужних сонячних спалахів через імпульс рентгенівського та екстремального ультрафіолетового випромінювання, що випускається під час таких подій. Це випромінювання досягає Землі зі швидкістю світла та іонізує верхні шари атмосфери.

Іонізація створює середовище з підвищеною щільністю, через яку високочастотним короткохвильовим радіосигналам складніше пробитися на великі відстані. Відповідно до Центру прогнозування космічної погоди NOAA, радіохвилі, що взаємодіють з електронами в іонізованих шарах, втрачають енергію через частіші зіткнення, що може призвести до погіршення якості або повного поглинання радіосигналів.

Випромінювання від сонячного спалаху 30 квітня торкнулося освітлених Сонцем регіонів Тихого океану. «Моряки та радіоаматори могли помітити втрату сигналу на частотах нижче 20 МГц протягом цілих 30 хвилин після піку спалаху», — повідомляє Spaceweather.com.

Сонячна активність наростає з наближенням до сонячного максимуму — піку 11-річного сонячного циклу, на який вказує збільшення кількості сонячних плям. Незважаючи на велику кількість плям, видимих ​​останніми тижнями, наша зірка поводилася відносно спокійно. Але не цього разу.

Спалах, близький до Х-класу, стався в області сонячних плям AR3654 і став найпотужнішим виверженням у цьому регіоні на цей час. «Незважаючи на велику кількість сонячних плям за останні пару тижнів, сьогоднішній спалах є першим потужним спалахом за останній час! Коли і де відбудеться наступна подія Х-класу? — Опублікував у соцмережах астрофізик Раян Френч.

Вчені уважно стежать за Сонцем при наближенні до сонячного максимуму, оскільки підвищена сонячна активність може вплинути на життя на Землі.

Потужні спалахи здатні суттєво вплинути на роботу супутників та наземних технологій. Ось чому численні організації, такі як NASA, NOAA та Метеорологічне агентство ВПС США (AFWA), ретельно відстежують сонячну активність. Вони можуть розсилати попередження вразливим до сонячних спалахів секторам технологій та інфраструктури, щоб можна було вжити відповідних запобіжних заходів у разі потенційно небезпечної «космічної погоди».

«Ми не можемо ігнорувати космічну погоду, але ми можемо вжити відповідних заходів для нашого захисту», — зазначають у NASA.

Проте турбуватися не варто, так званих спалахів-вбивць не існує. Хоча сонячні спалахи і можуть завдати істотних збитків технологічному світу, вони не містять достатньо енергії для довгострокового пошкодження Землі. «Навіть у гіршому випадку сонячні спалахи фізично не здатні знищити Землю», — нагадує NASA.

Нова техніка аналізу молекулярної ДНК дозволила виявити життєздатні мікроби на глибині до 4,20 метра. Це відкриття також має значення для пошуку позаземного життя. Історично вважалося, що посушливі ґрунти чилійської пустелі Атакама позбавлені життя. Однак в одному з найпосушливіших районів група дослідників під керівництвом Лукаса Хорстманна та Дірка Вагнера з Німецького науково-дослідного центру геонаук GFZ у співпраці з колегами з Берлінського технічного університету та Університету Антофагаста в Чилі виявила раніше невідомий підземне середовище існування.

Це було засновано на нещодавно розроблених методах аналізу молекулярної ДНК, які дозволяють цілеспрямовано виділяти та аналізувати внутрішньоклітинну ДНК. Це відбувається з непошкоджених клітин живих або сплячих організмів, що дає змогу виявити життєздатні та потенційно активні мікробні спільноти, які населяють гіпераридні ґрунти на глибині до 4,20 метра. Таким чином , дослідження, опубліковане в журналі PNAS Nexus, розширює наше розуміння біорізноманіття регіону, де екстремальні умови посухи, солоності та дефіциту поживних речовин близькі до меж життя. Результати також мають значення для пошуку життя на інших планетах.

Передісторія: надзвичайна пустеля

Пустелі є однією з найбільших і найкрихкіших екосистем на Землі. Хоча умови там є одними з найсуворіших і найбільш небезпечних для життя, вони є притулком для мікробного життя. За відсутності регулярних опадів мікроорганізми є найважливішим екологічним компонентом, який опосередковує потоки поживних речовин, використовуючи такі компоненти ґрунту, як мінерали та солі, а також атмосферні гази як джерело енергії та води.

«Дослідження мікробного різноманіття та розподілу має вирішальне значення для повного розуміння центральної ролі мікробних процесів у підтримці екологічного балансу та функціональності пустельних екосистем, особливо щодо їхнього майбутнього розвитку в контексті зміни клімату», — говорить Дірк Вагнер, керівник Секції геомікробіології ГФЗ та один із керівників дослідження.

Пустеля Атакама на півночі Чилі площею 105 000 квадратних кілометрів вважається найсухішою гарячою пустелею у світі. Тому це надзвичайно відповідне та придатне місце для дослідження цього середовища існування. Вже досліджено мілкі ділянки глибиною близько одного метра. Тут ми знаємо, що це нішеве середовище існування, яке захищає від ультрафіолетового випромінювання та де вода все ще доступна, щоб мікробне життя могло процвітати.

Новий підхід: аналіз глибоких ґрунтів у пустелі Атакама за допомогою спеціального аналізу ДНК

З іншого боку, глибші шари пустельних ґрунтів на сьогодні були проаналізовані лише в кількох дослідженнях. Тому вони були в центрі уваги команди під керівництвом Лукаса Горстманна, аспіранта, і Даніеля Ліпуса, постдокторського дослідника, обидва в секції геомікробіології GFZ, і Дірка Вагнера, керівника тієї самої секції та професора геомікробіології та геобіології в Потсдамський університет. Інші колеги приїхали з ТУ Берлін та Університету Антофагаста в Чилі. Дослідники хотіли перевірити, чи можуть глибші відкладення гіпераридної пустелі Атакама також бути середовищем існування для спеціалізованих мікробів.

Дослідницька група вивчила профіль ґрунту в районі Юнгай, приблизно за 60 кілометрів на південний схід від Антофагасти, щоб проаналізувати різноманіття мікробів та їх взаємодію з властивостями ґрунту вздовж профілю глибини, який включав як відкладення Плайї, так і алювіальні конусові відкладення нижче , досягаючи глибини 4,2 метра. Для цього вони копали ґрунтовий профіль і брали проби ґрунту через кожні 10 сантиметрів на глибину трьох метрів, потім через кожні 30 сантиметрів, які відвозили на аналіз у лабораторії GFZ.

Щоб виявити сліди життя в зразках, вчені використали нову методику аналізу молекулярної ДНК, розроблену Дірком Вагнером та іншими співробітниками GFZ: за допомогою спеціального методу екстракції можна відфільтрувати лише внутрішньоклітинну ДНК. зразок, тобто ДНК, що походить від інтактних і потенційно активних клітин. Для цього використовуються різні хімікати, центрифуги, фільтри.

«Цей підхід є суттєвим покращенням для досліджень мікробного різноманіття в екстремальних умовах, оскільки він ефективно виключає зміщення, створене ДНК із мертвих клітин, і все ще забезпечує достовірні дані, навіть якщо межа виявлення для інших методів була досягнута через низьку кількість біомаси», – підкреслює Вагнер.

Виявлення потенційно життєздатної мікробної спільноти на глибині 4,2 ​​метра

Завдяки екстракції внутрішньоклітинної ДНК і подальшому секвенуванню генів зразків дослідники змогли ідентифікувати потенційно життєздатні мікроби на глибині 4,2 ​​метра. У верхніх 80 сантиметрах вони в основному виявили мікроби типу Firmicutes, але їх кількість зменшувалася зі збільшенням глибини і, отже, також збільшувала кількість розчинних солей. Дослідники підозрюють, що висока концентрація солі та зростаючий дефіцит води також можуть бути причиною того, що мікробна колонізація в нижній частині відкладень Плайя припиняється. У цьому відношенні їхні висновки узгоджуються з попередніми дослідженнями.

Однак команда Хорстманна та Вагнера знову виявила мікробне співтовариство в алювіальних конусних відкладеннях нижче двох метрів. Вона більш різноманітна, ніж поверхнева спільнота, і, ймовірно, повністю ізольована від поверхні. Він складався в основному з бактерій, що належать до типу Actinobacteriota, групи зі спеціалізованими членами, які часто зустрічаються в сухих або незайманих ґрунтах.

Існування цих мікробів може бути пов’язане з наявністю везикулярного гіпсу, який може бути альтернативним джерелом води, розчиняючись в ангідриті. Організми, які спостерігалися в цьому дослідженні, належали до видів, які можуть використовувати слідові гази, такі як водень, як джерело енергії для використання CO2 як джерела вуглецю для свого росту.

«Цей тип метаболізму, званий хемолітоавтотрофією, був запропонований іншими дослідженнями як важливий для гіпераридних ґрунтів, де органічна речовина як джерело вуглецю надзвичайно обмежена. Таким чином, це також може бути важливим для ізольованих підземних ніш, досліджених у цьому дослідженні», — говорить перший автор Лукас Хорстманн.

Резюме та прогноз: дивовижне біорізноманіття пустелі та наслідки для позаземного життя

Горстман робить висновок: «Відкриття цього підповерхневого співтовариства, яке процвітає в алювіальних конусних відкладеннях на глибині нижче двох метрів і демонструє дивовижне різноманіття та екологічну стабільність, кидає виклик нашому теперішньому розумінню пустельних екосистем».

Автори припускають, що ця спільнота могла колонізувати ґрунт ще 19 000 років тому, до того, як її поховали відкладення Плайя, і припускають, що вона могла продовжуватись вниз на невідому відстань, представляючи раніше невідому глибоку біосферу під гіперпосушливими пустельними ґрунтами.

«Враховуючи широке поширення посушливих земель на нашій планеті, наявність потенційно зв’язуючих вуглець спільнот у раніше не досліджених підповерхневих ґрунтах має глибокі наслідки не лише для біорізноманіття в пустелях, але й для кругообігу елементів у глобальному масштабі», – каже співавтор Дірк. Вагнера. «Це свідчить про те, що важливість цих середовищ існування досі недооцінювалася. І це підкреслює важливість підземних середовищ існування для повного розуміння екосистем пустелі в майбутньому».

Дослідники підкреслюють, що результати цього дослідження не тільки мають наслідки для нашої планети Земля, але також мають відношення до поточних дискусій про пошуки життя на інших планетах: «Наявність гіпсових відкладень на Марсі, подібних до тих, що знаходяться в алювіальних конусах. відкладень, представляє великий інтерес для астробіології. Асоціація цих підповерхневих угруповань з гіпсовими субстратами в Атакамі може надати додаткові докази того, що відкладення гіпсу на Марсі не тільки вказують на можливість існування рідкої води в минулому, але також можуть служити придатною для життя нішею мікробного життя в сьогоденні».

Група вчених проаналізувала харчові звички шерстистих мамонтів, а також оцінила кількість біомаси у північних районах та з’ясувала, скільки таких гігантів змогла б прогодувати сучасна Північна Аляска.

Мамонти — найвідоміші представники стародавньої мегафауни плейстоцену. Вони населяли Землю близько п’яти мільйонів років тому й вимерли нещодавно. Вовняних мамонтів не стало чотири тисячі років тому (за геологічними мірками позавчора). Але причини цього вимирання остаточно незрозумілі.

Можливо, кліматичні зміни та кінець льодовикового періоду перебудували навколишні мамонти ландшафти, поширилися торфовища, їжі поменшало. Однак ця думка досить сумнівна, адже 120 тисяч років тому на Землі було тепліше, ніж навіть сьогодні, але жодного вимирання мамонтів тоді так і не сталося. Деякі дослідники покладають провину на людину, яка полювала на цих гігантів і скорочувала їх чисельність. Але, найімовірніше, це сукупний результат багатьох чинників.

Середовище, в якому жили мамонти, часто називають «мамонтовим степом» — це тундростеп епохи плейстоцену (2,588-0,0117 мільйона років тому), на якій удосталь росли трави. Вважається, що мегатравоїдні мамонти стримували розвиток лісів та чагарників, не давали їм зімкнутися, удобрювали ґрунт, підтримували поширення трав, а не мохів. Дроблячи своїми ногами крижану кірку, вони допомагали зимувати дрібним копитним. Загалом мамонти були ключовим виглядом свого часу.

Нинішні арктичні тундри, що колись населяли мамонти, змінюються через потепління клімату. Зростає біомаса чагарників, а лишайників стає менше. У цілому повсюдно у цьому біомі фіксують високу продуктивність рослин. Це наштовхує вчених на екоінженерні проекти відновлення арктичної екосистеми з великими луками. Один зі способів все повернути – відродити колишню мегафауну, зокрема мамонтів.

Однак неясно, чи приживуться давні мегатравоядні у зміненому кліматі. Щоб це з’ясувати, потрібно зрозуміти, чи придатні сучасні арктичні екосистеми для життя мамонтів. Перевірити це вирішила група біологів із США, Швеції та Росії. У статті, опублікованій у журналі Scientific Reports, вони оцінили, наскільки Північна Аляска готова до відродження мамонтів.

Як модельний вигляд автори роботи обрали шерстистого мамонта (Mammuthus primigenius). Він був досить невибагливим у їжі: різні аналізи показали, що цей мамонт в основному їв трави, осоку (вона вкрай поживна) та чагарники. Іноді на додаток йшли деревні мохи, лишайники (вони погано перетравлювалися) і навіть зелені водорості, але цю їжу виключили з розрахунків. Середня вага шерстистого мамонта коливалася від 3,9 до 5,2 тонни.

Північна Аляска неоднорідна: крім тундр, там зустрічаються болота, луки, кам’янисті схили та тайга. І в різних біомах різна кількість рослинності. Найнижчий коефіцієнт надземної перетравної біомаси (AgDB — aboveground digestible biomass) показали прибережні рівнини та гори, а найвищий — південні височини тайги. Середній показник AgDB в Північній Алясці варіюється від 0,0 до 0,62 міліграма на квадратний кілометр (в середньому 0,15).

На основі цих даних біологи розрахували, що на сучасних територіях Північної Аляски може мешкати приблизно від 42 до 55 тисяч мамонтів (середнє значення – 49 тисяч). Щільність оцінили в 0,0-0,38 особи на квадратний кілометр (у середньому 0,13). Це у 13 разів менше, ніж раніше: у пізньочетвертинний період щільність мамонтів могла досягати 1,7 особи на квадратний кілометр. Цікаво, що інший метод обчислень дав інші показники: від 64 до 80 тисяч мамонтів, але автори статті дотримуються консервативних оцінок.

Це дослідження містить у собі кілька припущень (наприклад, неясно, як змінювалися вага дорослих особин у періоди статевої активності та харчові звички від сезону до сезону), але загалом результати можуть допомогти у плануванні заселення Арктики давньою мегафауною.