Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Методология науки
Избранное
Публичные лекции
Лекции для школьников
Библиотека «Династии»
Интервью
Опубликовано полностью
В популярных журналах
«В мире науки»
«Знание — сила»
«Квант»
«Квантик»
«Кот Шрёдингера»
«Наука и жизнь»
«Наука из первых рук»
«Популярная механика»
«Потенциал»: Химия. Биология. Медицина
«Потенциал»: Математика. Физика. Информатика
«Природа»
«Троицкий вариант»
«Химия и жизнь»
«Что нового...»
«Экология и жизнь»
Из Книжного клуба
Статьи наших друзей
Статьи лауреатов «Династии»
Выставка
Происхождение жизни
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Новости науки

 
26.05
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида

24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад

23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли

18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий

16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов






Главная / Библиотека / В популярных журналах / «Популярная механика» версия для печати

Белые пятна науки

Top-10
«Популярная механика» №11, 2013

Белые пятна науки

Мы подготовили десять заметок о событиях и явлениях, для которых по сей день не существует общепринятого научного толкования. Однако, дабы сохранить лицо, подошли мы к этому со всей строгостью: осветили наиболее уважаемые в ученых кругах противоборствующие теории и обратились к самым серьезным консультантам, мировым светилам соответствующих наук.

Дело чести для настоящего научного журналиста — писать только о тех фактах, достоверность которых не вызывает сомнений. Дело чести для настоящего ученого — смело делать шаг в неизвестность навстречу вопросам, ответов на которые не знает никто. В силу различных причин фраза «Науке это неизвестно» стала ассоциироваться с шарлатанами, неучами и желтой прессой. А между тем, если бы науке было известно все, то ученые, а вместе с ними и научные журналисты, давно потеряли бы работу.

Как зародилась жизнь

На протяжении большей части истории человеческой цивилизации вопрос о происхождении жизни решался просто: все объяснялось действием сверхъестественных сил. Правда, еще в Античности, у Аристотеля, появилась концепция самозарождения жизни из некоего присутствующего в неживых субстанциях начала. Эта концепция пережила века, и окончательно ее опровергли лишь опыты Пастера в середине XIX века.

Как зародилась жизнь

Наивные представления о том, что мыши могут сами возникнуть из нестираных рубашек, сменились в современную эпоху пониманием того факта, что и живое, и неживое имеет одну и ту же материальную основу. Атомы те же, молекулы те же, химия та же, но сделать из неживого живое пока не удалось никому. Но, если оставить в стороне религиозно-мистические версии, приходится признать, что однажды при невыясненных обстоятельствах случилось невероятное — неживое стало живым, то есть жизнь все-таки самозародилась путем абиогенеза.

Самосборка невероятна

Главные признаки жизни — это метаболизм (то есть переработка с помощью химических реакций поглощенных питательных веществ и вывод наружу отходов, а также другие формы обмена веществ, например дыхание), движение, рост, размножение и, что очень важно, поддержка постоянства параметров внутренней среды организма. Проблема в том, что для обеспечения этих и других функций требуется одновременная кооперация сложнейших органических молекул. Центральной для теории абиогенеза является проблема исторической последовательности формирования липидов, белков, РНК, ДНК и других «строительных блоков» живого — реакции синтеза этих веществ в живой клетке так тесно связаны между собой, что формирование их порознь и самосборка в функционирующие цепи представляются маловероятными.

Капля или РНК

Одну из самых известных гипотез, связанных с абиогенезом, высказал 90 лет назад советский биолог Александр Опарин. В своих размышлениях он делал акцент на механизм обособления протожизни от неживой природы. Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могли самопроизвольно образовываться зоны уплотнения — так называемые коацерватные капли. Внутри этих капель однажды сформировался некий цикл химических реакций, который мог поддерживать обмен веществ с внешней средой.

Иной подход обозначен в гипотезе американского микробиолога Карла Вёзе. Его концепция «мира РНК», высказанная в конце 1960-х, ставит в центр молекулу РНК, которая и стала первым «кирпичиком жизни». Первоначально она могла существовать полностью автономно, катализируя протометаболические реакции, например синтеза новых рибонуклеотидов, что привело к самокопированию. Мутации и естественный отбор дали возможность «умелой» молекуле синтезировать все больше и больше разных белков, и в конце концов возникла цепочка ДНК–РНК–белки, в которой сама РНК теперь выполняет посредническую функцию. Однако, при всем многообразии абиогенетических гипотез, в большинстве из них упускается из виду энергетическое обеспечение абиогенеза.

Комментарий эксперта

Жизнь — это энергия
Михаил Федонкин. академик РАН, доктор биологических наук, директор Геологического института РАН, заведующий лабораторией докембрийских организмов Палеонтологического института РАН

Михаил Федонкин,
академик РАН, доктор биологических наук, директор Геологического института РАН, заведующий лабораторией докембрийских организмов Палеонтологического института РАН

Современные модели происхождения жизни в основном ориентируются на процессы абиогенного синтеза макромолекул — предшественников биоорганических соединений, но не предлагают механизмов генерирования энергии, которая бы инициировала и поддерживала процессы обмена. Между тем именно неравновесность — поток энергии и вещества — была и остается главным фактором упорядоченности и кинетической стабильности живого.

В этой связи особый интерес вызывает водород — самый распространенный химический элемент Вселенной. Его доступность на ранней Земле играла ключевую роль в становлении метаболических систем. Молекулярный водород служил восстановительным фактором, был источником энергии, формировал протонные градиенты как механизм переноса электрона. Анион водорода H известен как «энергетическая валюта» клетки. Водородный метаболизм доминирует среди микроорганизмов, населяющих среду гидротермальных систем, и это может служить подтверждением гипотезы о том, что истоки жизни следует искать в горячих источниках на океанском дне.

Подобные источники существуют и по сей день в районе рифтовых зон и называются черными курильщиками. Перегретая выше точки кипения вода выносит из недр растворенные до ионной формы минералы, которые часто тут же оседают в виде пористой руды. Поскольку океаническая вода более кислая, а в гидротермальных водах и поровом пространстве осадка — более щелочная, возникали разности потенциалов, что чрезвычайно важно для жизни.

Ведь все наши реакции в клетках по своей природе электрохимические. В микроскопических пузырьках могли формироваться и рибонуклеиновые кислоты, и пептиды. Пузырьки, таким образом, становились первичными катаклавами, в которых ранние метаболические цепочки обособились и превратились в клетку. Гипотеза о происхождении жизни в горячих источниках интересна не только версией происхождения клетки, ее физического обособления, но и возможностью нащупать энергетическую первооснову жизни, направить исследования в область процессов, которые описываются не столько языком химии, сколько терминами физики.

Как появились эукариоты

Происхождение эукариотической клетки от прокариотической можно по праву считать загадкой №2 в биологии после загадки самой жизни — тайны обособления живого от неживого. Между двумя типами клеток огромные конструктивные различия. Если ДНК прокариот располагается непосредственно в цитоплазме, то основная часть ДНК эукариотических клеток содержится в специальном компартменте — ядре.

Как появились эукариоты

Помимо ядра клетки эукариот характеризует присутствие различных органелл: митохондрий, пластид, вакуолей, лизосом. Все они представляют собой отдельные участки клетки, ограниченные однослойной (вакуоли) или двухслойной (митохондрии и хлоропласты) мембраной. Возникновение эукариотической клетки стало настоящей революцией, но это случилось так давно (порядка 2,5 млрд. лет назад), что никаких палеонтологических свидетельств процесса происхождения эукариот не осталось. Есть только гипотезы.

Ахиллесова пята?

Происхождение эукариотической клетки стало примером невероятного нарастания сложности в строении живых организмов и имело далекоидущие последствия. Обособление клеточного ядра, с одной стороны, дало возможность защитить ДНК от слишком частых мутаций, с другой — создало мощный адаптивный механизм, который в итоге привел к возникновению многоклеточных организмов: в них один и тот же геном мог порождать функционально различные клетки.

И если вопрос «зачем» имеет очевидные ответы, то с вопросом «как» все далеко не так ясно. Антиэволюционисты, в частности креационисты, склонны считать возникновение эукариот «ахиллесовой пятой» современной теории эволюции. Появиться «случайно», говорят они, эукариотическая клетка никак не могла. Наука отвечает им, что рождение эукариотической клетки хоть и случилось, очевидно, только раз в биологической истории, являло собой не одномоментное событие, а сложный процесс, связанный с определенным этапом в развитии Земли.

Было ли вторжение?

Доминирующей на сегодняшний день теорией, объясняющей происхождение эукариотической клетки, является теория симбиогенеза. Согласно этой теории сложная структура клетки объясняется включением в нее некогда самостоятельных организмов-бактерий. Правда, на сегодняшний день наиболее убедительными выглядят лишь доказательства симбиотического происхождения митохондрий и пластид (в растительных клетках).

Эти органеллы имеют собственную ДНК и не синтезируются заново, а размножаются вместе с «хозяйской клеткой». Однако происхождение других органелл, цитоплазмы и ядра — остродискуссионный вопрос. Существует, к примеру, инвагинационная теория, объясняющая происхождение органелл метаморфозами клеточной оболочки, от которой могли отслаиваться будущие оболочки ядра, митохондрий и проч.

Комментарий эксперта

Больше экспериментов — меньше фантазий
Татьяна Калебина  доктор биологических наук, профессор, заместитель заведующего Кафедрой молекулярной биологии Биологического факультета МГУ

Татьяна Калебина,
доктор биологических наук, профессор, заместитель заведующего Кафедрой молекулярной биологии Биологического факультета МГУ

На мой взгляд, преимущество эндосимбиотической теории заключается в том, что мы находим большое количество подтверждений этой теории в современном экспериментальном материале.

В историю формирования и развития гипотезы эндосимбиоза большой вклад внесли отечественные ученые А. С. Фаминцын, К. С. Мережковский, Б. М. Козо-Полянский, в начале прошлого века развивавшие идеи о том, что хлоропласты и митохондрии являются симбионтами, так как способны к саморепликации в клетках растений. Еще одно доказательство в пользу этой гипотезы — работы американской исследовательницы Лин Маргелис, которая предположила, что цитоскелет и жгутики эукариотической клетки могли произойти от спирохетоподобных прокариот. На основании исследования фермента АТФазы, который универсально распространен во всех живых организмах, выдвинуто предположение о том, что предшественником вакуоли были клетки архей.

Решающие доказательства в пользу эндосимбиотической теории происхождения хлоропластов и митохондрий от прокариот получены в последней трети прошлого века выдающимся американским ученым К. Возом, который изучал и сравнивал структуру РНК из рибосом хлоропластов, митохондрий, а также из различных бактерий и из цитозоля эукариотических клеток.

В наши дни мы продолжаем узнавать о различных случаях симбиоза. Так, например, известна бактерия Carsonella ruddii, которая имеет очень маленький геном и неспособна жить вне клеток своего хозяина — тли. Известны аэробные бактерии-симбионты, выполняющие функцию митохондрий у анаэробной амебы Pelomyxa palustris, лишенной этих органелл. В то же время, говоря о ядре, следует отметить, что этот компартмент (область, отделенная от остального пространства клетки), возможно, произошел не симбиотическим путем, а путем впячивания цитоплазматической мембраны клетки прокариота-предшественника. Иначе говоря, гипотеза происхождения некоторых органелл с участием цитоплазматической мембраны прокариотической клетки и ее выростов, которые могут выполнять различные функции, совсем не лишена права на существование.

Поскольку все наши рассуждения относительно того, как происходил процесс эволюции, являются в той или иной мере «фантазиями на тему», любой экспериментальный материал, свидетельствующий за или против рассматриваемых гипотез, имеет весьма важное значение. Экспериментальные аргументы можно получать, исследуя, например, великое разнообразие микроорганизмов (как про-, так и эукариот), которые можно назвать «объектами биохимической эволюции».

Почему планета вымирала

Тот факт, что кроме современных человеку животных и растений, есть существа, давным-давно исчезнувшие как вид, привлек внимание науки несколько веков назад. О судьбе вымерших видов много размышлял родившийся в один год с Наполеоном знаменитый французский биолог Жорж Кювье. Именно ему принадлежит мысль о том, что история живого на Земле есть череда катастроф, раз за разом уничтожавших биоты огромных областей планеты.

Почему планета вымирала

Идеи Кювье были раскритикованы последующими поколениями ученых-эволюционистов (в том числе Дарвином) и надолго забыты. Однако разительное отличие в составе живых организмов, которое существует между отдельными геологическими эпохами, все же требовало объяснения, и примерно с 1950–1960-х годов тема массовых вымираний (предположительно, в результате неких катастрофических изменений условий обитания) стала активно разрабатываться в мировой науке.

Всё не так страшно

Если кто-то представляет себе вымирание как некое одномоментное событие, после которого вся планета или ее часть сплошь покрыта трупами животных, то надо сказать, что такая картина весьма далека от научных представлений. Длительность разных вымираний оценивается периодами от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет. Суть вымираний не в скоропостижной гибели масс живых организмов, а в скачкообразном сокращении количества видов и семейств в течение непродолжительного (по геологическим меркам) периода. За последние полмиллиарда лет зафиксировано пять крупномасштабных массовых вымираний. Существует также мнение о том, что мы живем в эпоху Великого голоценового вымирания, когда под угрозой находится существование до 30% видов. Ключевой фактор этого вымирания — деятельность человека.

Магма или галактика?

Слишком большой временной масштаб не позволяет сделать однозначный вывод относительно природы и причин вымираний. Зато существует бесчисленное количество разнообразных гипотез разной степени достоверности. Вымирания связывают как с чисто земными факторами (понижение уровня Мирового океана, колоссальные по площади излияния магмы (траппы), выбросы метана), так и с космическими (падение астероида, прохождение Солнечной системы через рукава Галактики).

Однако большинство таких гипотез имеют свои слабые места. В науке также существует мнение о том, что на самом деле нужно говорить не о вымираниях, а о неких торможениях эволюционного процесса: природа как бы брала творческую передышку, расставалась со старым багажом, а затем открывала двери новой волне биоразнообразия.

Комментарий эксперта

Глобальные вымирания: а был ли мальчик?
Александр Расницын профессор, доктор биологических наук, заведующий лабораторией артроподов Палеонтологического института РАН

Александр Расницын,
профессор, доктор биологических наук, заведующий лабораторией артроподов Палеонтологического института РАН

Идея вселенских катастроф завораживает. Ученые жертвуют беспристрастностью, то придумывая звезду Немезиду, с завидной (или незавидной) регулярностью насылающую на Землю астероиды и с ними глобальные кризисы, то объявляют, что «жизнь на Земле почти умерла» из-за излияния сибирских траппов (покровных вулканитов). И стараются не замечать, что на рубеже мезозоя и кайнозоя (мел-палеогеновое вымирание), во время образцового кризиса «от астероида», больше всего пострадал океанический планктон, защищенный огромной массой вод, а беззащитная жизнь суши пострадала минимально (вымирание динозавров здесь вообще ни при чем: они почти все вымерли раньше). Излияния траппов в Сибири на рубеже палеозоя и мезозоя действительно были чудовищными, но межтрапповые отложения, образовавшиеся в промежутке между излияниями, сохранили следы богатой жизни. В самом центре катастрофы жизнь и не думала умирать.

Мы проследили, как вели себя насекомые — чемпионы разнообразия — перед и на рубеже палеозоя и мезозоя (Великое пермское вымирание). Оказалось, что падение разнообразия было небольшим, но затем, в раннем триасе, находки насекомых по всему миру становятся редкими и бедными. Кризис как будто налицо, но, когда биота суши пришла в себя, многие, казалось бы, вымершие семейства появились вновь. В начале триаса явно что-то произошло, только вот что — до сих пор неясно. Пока понятно лишь, что не массовое вымирание насекомых. Известно, что ранее, в поздней перми (палеозой) усиления их вымирания не было вообще, но было заторможено возникновение новых семейств (подавлена эволюция). В самом конце палеозоя биоразнообразие стабилизировалось, затем произошел непонятный перерыв в данных. Далее разнообразие вновь стало расти, но уже беспрестанно, что продолжается и доныне. Кризис на рубеже палеозоя и мезозоя, наверное, был, но суть его состояла не в снижении количества видов. А вот в чем она состояла — пока выяснить не удалось.

Из чего состоит Вселенная

В 1933 году известный американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки, наблюдая за шестью сотнями галактик в скоплении Кома, расположенном в 300 млн световых лет от Млечного Пути в направлении созвездия Волосы Вероники (Coma Berenices), обнаружил, что масса этого скопления, определенная исходя из скорости движения галактик (так называемая динамическая), сильно отличается от массы, вычисленной с помощью оценки светимости звезд.

Из чего состоит Вселенная

Оказалось, что звездная масса в 50 раз меньше динамической массы скопления! Такие расхождения были слишком велики, чтобы объяснить их неточностью расчетов, и Цвикки назвал избыток массы темной материей. Позднее другим ученым удалось подтвердить и уточнить его выводы. Сейчас принято считать, что барионная материя составляет всего около 1/7 части от «материальной» Вселенной, остальные 6/7 — как раз темная материя. За последние четверть века гипотеза скрытой массы получила ряд подтверждений.

Поскольку темная материя своим притяжением отклоняет световые лучи, с начала 1990-х годов ее ищут и находят с помощью гравитационного линзирования. Еще одно доказательство реальности ее существования было получено недавно с помощью спектрального анализа космического реликтового излучения. Так что сейчас уже никто не сомневается в том, что темная материя существует. Однако что она собой представляет — пока неизвестно.

Вселенские новости

Темная энергия — понятие гораздо более современное. Еще в 1930-е годы ученые пришли к выводу, что наша Вселенная расширяется. Однако до начала 1990-х годов считалось, что это расширение в настоящее время замедляется. А в 1990-х астрономы из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Астрофизического центра Гарвардского университета и Смитсоновского института, наблюдая ряд очень отдаленных сверхновых типа Ia, которые считаются «стандартными» по пиковой светимости, установили, что Вселенная расширяется с ускорением! За это открытие Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс получили в 2011 году Нобелевскую премию по физике.

Для механизма космической антигравитации, «расталкивающей» галактики с ускорением, астрофизик из Чикагского университета Майкл Тернер придумал название «темная энергия». Более поздние исследования с помощью изучения реликтового микроволнового излучения позволили очень точно подтвердить существование темной энергии и определить ее плотность. Но, хотя доля темной энергии в общей массе Вселенной составляет почти 75%, природа этого таинственного явления пока по-прежнему остается неясной.

Комментарий экспертов

Темная история
Мартин Уайт профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Беркли, старший научный сотрудник Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли

Мартин Уайт,
профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Беркли, старший научный сотрудник Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли

Природа темной энергии — одна из самых непреодолимых тайн в физических науках. Разгадка этой тайны, вероятно, окажет огромное влияние на наше понимание природы на самом фундаментальном уровне.

На сегодняшний день существует несколько гипотез о том, что же такое темная энергия.

Самым лучшим объяснением пока остается механизм, предложенный Альбертом Эйнштейном еще тогда, когда об ускоренном расширении Вселенной никто не догадывался.

Этот механизм — космологическая постоянная, которую сейчас принято интерпретировать как энергию (плотность) вакуума. Такое объяснение может показаться сложным, но поверьте, по сравнению с другими гипотезами это наиболее простой вариант.

Экспериментальное изучение темной энергии — актуальная задача современной науки. В ближайшем десятилетии планируется несколько крупных проектов, затрагивающих эту тему.

Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) сейчас как раз подходит к завершению, и этот эксперимент дал очень точные данные о том, насколько быстро расширяется Вселенная. Еще один крупный проект, Dark Energy Survey, только начинается.

В ближайшие несколько лет к этим проектам присоединятся Dark Energy Spectroscopic Instrument и Large Synoptic Survey Telescope, призванные улучшить наше понимание природы Вселенной вообще и темной энергии в частности.

Недавние результаты BOSS, а также уточненные данные спутника Planck сузили диапазон возможных гипотез о природе темной энергии. Космологическая постоянная по-прежнему лидирует, однако существуют некоторые свидетельства в пользу других гипотез. Правда, являются ли эти свидетельства признаками «новой физики» или они будут объяснены при получении более точных данных — покажет время.

Александр Кусенко  профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, старший научный сотрудник Института Кавли физики и математики Вселенной при Токийском Университете

Александр Кусенко,
профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, старший научный сотрудник Института Кавли физики и математики Вселенной при Токийском Университете

Существует довольно большой список кандидатов на звание темной материи. Во-первых, это WIMP (Weakly interacting massive particles, слабо взаимодействующие массивные частицы), которые привлекли серьезное внимание ученых благодаря интересным теоретическим и экспериментальным возможностям обнаружения. Во-вторых, обнаружение массы у нейтрино указывает на существование «стерильных» нейтрино. Это дополнительные, новые частицы, массы которых могут быть и очень велики, и очень малы. В последнем случае они как раз могут быть частицами темной материи.

Третий вариант основан на механизме Печчеи–Квинн, позволяющем объяснить сохранение CP-симметрии сильных взаимодействий с помощью введения новой частицы — аксиона. По некоторым параметрам аксион как раз может быть подходящим кандидатом.

Предпринимается немало попыток выявить перечисленные частицы в экспериментах. Вимпы пытаются отловить с помощью прямого обнаружения в жидком ксеноне, в экспериментах на Большом адронном коллайдере и с помощью гамма-обсерваторий. Поиск стерильных нейтрино ведется с помощью рентгеновских космических телескопов.

Теория предсказывает, что эти частицы должны распадаться, хотя и очень редко, давая рентгеновский сигнал с очень характерным спектром. Все три существующих рентгеновских телескопа — Chandra, XMM-Newton и Suzaku — задействованы в наблюдениях тех областей космоса, где доминирует темная материя.

Большие надежды возлагаются на следующий рентгеновский телескоп, Astro-H, с его высокой разрешающей способностью. Аксионы ищут в нескольких экспериментах, используя их способность превращаться в фотоны радиодиапазона в сильных магнитных полях. Аксионы также могут быть обнаружены в экспериментах, которые мы называем «свет сквозь стену»: направив мощный лазер на стену, можно оградить датчики от фотонов, но не от аксионов.

Что такое гравитация

В крупных (астрономических) масштабах гравитация прекрасно описывается классической теорией — ОТО. Однако в микромире классические теории не работают — там действуют законы квантовой механики. Существуют квантовые теории всех фундаментальных взаимодействий (электромагнитного, слабого и сильного), а вот с квантовой гравитацией пока наблюдаются большие проблемы. В ноябре 2015 года физики будут отмечать столетний юбилей теории тяготения Эйнштейна, более известной как ОТО (общая теория относительности). Она с самого начала никак не пересекалась с зарождавшейся в те же годы квантовой механикой и остается классической по сей день.

Что такое гравитация

Физики начала XX века ожидали совсем иного. Эйнштейн уже в 1916 году предсказал появление квантовой теории гравитации. В 1929 году Вернер Гейзенберг и Вольфганг Паули опубликовали квантовую теорию свободного электромагнитного поля. В своей статье они выразили уверенность, что на основе тех же принципов можно будет без больших проблем проквантовать и гравитационное поле. Сейчас их оптимизм может вызвать улыбку, но тогда он казался естественным. И только в 1935 году советский физик Матвей Бронштейн первым осознал, что любое объединение гравитации с квантами потребует очень глубокого пересмотра основных физических понятий.

Свести воедино

Серьезные попытки объединения классической гравитации и квантовой теории начались во второй половине XX века и с тех пор ведутся весьма интенсивно. Однако квантовой теории гравитации все еще нет до сих пор (и в ближайшее время не ожидается). И это при том что прочие фундаментальные взаимодействия, сильное, электромагнитное и слабое, уже давно удалось понять и описать на основе квантовой физики и специальной теории относительности, что привело к созданию Стандартной модели элементарных частиц, которую многие считают самой успешной фундаментальной теорией за всю историю физики.

Знаменитый американский физик Фримен Дайсон несколько лет назад даже высказал гипотезу, что гравитационное поле классично по своей природе и вообще не допускает квантового описания. Другие теоретики полагают, что на очень малых расстояниях квантовые эффекты исчезают, и физические процессы вновь обретают классический характер.

Эти сложности не случайны. Квантовая механика и квантовая теория поля принципиально отличаются от ОТО. Процессы, которыми они занимаются (например, превращения элементарных частиц), протекают в плоском пространстве-времени, которое существует само по себе, независимо от своего материального наполнения в виде тех же частиц и полей, квантами которых эти частицы являются. А вот искривленное пространство-время ОТО неразрывно связано с материей и энергией, которые меняют его геометрию и в результате изменяются сами.

Привести эти две картины мира к одному знаменателю пока не удалось.

Эта фундаментальная проблема проявляется во многих обличьях. Возьмем, скажем, гравитационные волны, которые, согласно ОТО, непременно должны существовать. Они еще не обнаружены напрямую, но их существование имеет много косвенных подтверждений (например, обращающиеся вокруг друг друга нейтронные звезды испускают эти волны, теряют энергию и сближаются в точном соответствии с предсказаниями ОТО).

Слабые гравитационные волны не так уж сложно проквантовать, и это давно сделано. Из этих вычислений следует, что должны существовать кванты тяготения, гравитоны, электрически нейтральные безмассовые частицы, спин которых вдвое больше спина световых квантов. Они должны быть сгустками энергии, только не электромагнитной, как фотоны, а гравитационной. Однако в ОТО само понятие энергии куда сложней, нежели в квантовой электродинамике, и попытки построить теорию взаимодействия гравитонов до сих пор успеха не принесли.

Ситуация осложняется тем, что индивидуальные гравитоны, как их описывает теория, настолько слабо взаимодействуют с веществом, что их невозможно детектировать с помощью любых экспериментов, мыслимых не только сейчас, но и в ближайшем будущем.

Стандартная модель элементарных частиц оперирует двумя фундаментальными константами — скоростью света и постоянной Планка. Учет гравитации добавляет к ним ньютоновскую постоянную тяготения. Из этой тройки можно скомпоновать, как первым сделал Макс Планк, три новые постоянные с размерностью времени, длины и энергии (или, что то же самое, массы). В сферу планковского радиуса нельзя упрятать больше одной планковской единицы массы — возникнет черная дыра. Скорее всего, планковские единицы определяют естественные границы применимости современной физики, за которыми начинается область неизвестного.

Комментарий эксперта

Струны вселенной
Энтони Зи профессор Института Кавли при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре

Энтони Зи,
профессор Института Кавли при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре

Большинство специалистов все еще считают теорию струн самым перспективным кандидатом на роль прототипа будущей теории тяготения. Стивен Хокинг и другие ученые показали, что есть шансы перекинуть мостик от классической гравитации к квантовой, исследуя квантовые эффекты вблизи черных дыр. Пожалуй, теория струн здесь обещает самые большие шансы на успех. Однако в последнее время она как-то завяла и не радует новыми результатами. У теории струн есть соперники — петлевая теория гравитации и еще несколько других моделей, но они разработаны гораздо хуже.

Включение гравитации в квантовую картину мира очень сдерживает отсутствие экспериментальных данных, которые можно было бы использовать для оценки конкурирующих теорий. Все дело в том, что гравитационная сила чрезвычайно слаба. Все, что мы о ней знаем, основано на ее действии в астрономических масштабах (это относится и к земной гравитации). Если квантовая гравитация существует, она должна проявлять себя в таких эффектах, которые на Земле почти невозможно обнаружить. Остается надеяться, что гравитацию удастся проквантовать с помощью только лишь теоретической изобретательности и математической согласованности.

Это хорошо, но мало. Предположим, что в начале XIX века кто-то попытался бы построить полную теорию электричества и магнетизма еще до открытий Эрстеда, Ампера и Фарадея. В принципе, супергений мог бы в этом преуспеть, но даже ему потребовалось бы уж очень большое везение.

И я, и многие другие специалисты разочарованы тем, что существующие подходы к теории квантовой гравитации не обещают революции в понимании пространства и времени. Пока это скорее модификации теории Эйнштейна, нежели прорыв к новой картине мира. Некоторые теоретики видят выход в пересмотре концепции причинности и иных столь же радикальных идеях. К чему приведут эти усилия, пока непонятно. Возможно, новая революция физики уже не за горами, но мы ее еще не видим.

Почему человек стареет

Современные научные представления о причинах старения похожи на старую притчу о слоне и слепых мудрецах. Общепризнанной и всеобъемлющей теории старения наши мудрецы не выработали, и правы, очевидно, все — и те, кто изучает хобот, и сосредоточившиеся на ушах, бивнях и т. д. Так что на вопрос, почему человек (и все живое) стареет, однозначного ответа нет, и в обозримом будущем не предвидится. А вот как происходит процесс старения, относительно ясно.

Почему человек стареет

В ответе на вопрос «почему» ученые склоняются к мнению о том, что все этапы развития организма, от первого деления яйцеклетки до старости и смерти, запрограммированы в генах всех многоклеточных — и не в каких-то отдельных «генах старения», а в геноме в целом. Редчайшие исключения вроде обычных гидр и морских гидроидов рода Turritopsis, способных бесконечно «впадать в детство» и снова превращаться во взрослую форму, только подтверждают это правило. Случайные факторы (например, ошибки при копировании ДНК в процессе деления или повреждение ДНК и других биомолекул радиоактивными частицами или токсинами) вносят свой вклад в процесс старения, а удачное сочетание генов или «таблетки от старости» могут замедлить его, но никоим разом не отменить.

Генетика

В каждой клетке любого организма содержится один и тот же набор генов (случайные мутации — отдельный и сложный вопрос). Но гены — это программа, а ее рабочие органы — белки — синтезируются или нет под действием регуляторных генов в зависимости от множества причин. Представьте, что произойдет, если нейроны начнут синтезировать соляную кислоту, а клетки желудка — молекулы, необходимые для передачи нервных импульсов. Или если во взрослом организме не выключатся гены, обеспечивающие рост эмбриона. Интенсивность синтеза закодированных в генах белков изменяется также в процессе развития/старения организма, что в конце концов приводит к гибели клеток из-за разрушения «шестеренок» их взаимосвязанных молекулярных путей, а в результате — к нарушению и прекращению работы всего «механизма».

Теломеры

Концевые участки хромосом, состоящие из одинаковых повторов шести нуклеотидов — тимина, аденина и гуанина (TTAGGG), необходимы для начала работы ферментов, расплетающих двойную нить ДНК при делении клетки. К моменту рождения у человека теломеры состоят примерно из 2500 таких повторов. При каждом делении клеток по мере роста, взросления и старения организма использованные участки не копируются, и в каждой «новорожденной» клетке теломеры укорачиваются. В конце концов расплетающие ферменты уже не могут ухватиться за слишком короткие затравочные концы, и клетка теряет способность к делению.

Рано или поздно в неделящейся (и, соответственно, не обновляющейся) клетке накопятся токсичные белки, ослабеют митохондрии, разладится регулировка активности генов и включатся механизмы апоптоза — саморазборки на молекулы, которые смогут использовать соседние, еще не старые, клетки в качестве строительного материала. Это, кстати, одна из причин того, что стареют и неделящиеся клетки, сохраняющие исходную длину теломер, — например, нейроны или кардиомиоциты.

Восстановить длину теломер может фермент теломераза, но он активен только в клетках эмбриона, а во взрослом организме — только в тканях, образующих половые клетки. Если гены, кодирующие теломеразу, включаются в обычной клетке, особенно в часто обновляющихся тканях (например, кроветворных или эпителиальных), как правило, ничего хорошего из этого не выходит: клетка начинает бесконтрольно делиться, образуя злокачественную опухоль.

Митохондрии

Клеточные энергостанции, вырабатывающие энергию за счет расщепления глюкозы, со временем снижают КПД, в том числе из-за повреждения белков, удерживающих многочисленные складки на их внутренней мембране. Их разглаживание и уменьшение рабочей поверхности митохондрий приводит к гибели клетки из-за нехватки энергии.

Свободные радикалы

Атомарный кислород — необходимый компонент энергетического обмена. И его, и другие свободные радикалы, высвободившиеся при различных биохимических процессах (главным образом — в митохондриях), нейтрализуют молекулы-антиоксиданты. Но до этого часть свободных радикалов успевает повредить митохондриальные белки или выйти в цитоплазму клетки.

Механизмы уничтожения поврежденных биомолекул и синтеза новых со временем тоже изнашиваются, и клетка в лучшем случае добровольно кончает жизнь апоптозом, но может и некротизироваться — умереть без пользы, отравляя организм продуктами распада, или, если в ней накопится достаточно соответствующих мутаций (в том числе и вследствие повреждения ДНК свободными радикалами), превратиться в злокачественную.

Старение и рак

Механизмы регуляции активности генов, не позволяющие клеткам оставаться вечно молодыми, выполняют еще одну функцию: сдерживают активность онкогенов, в том числе тех генов, которые были необходимы для развития зародыша, а у взрослого приведут к неконтролируемому делению и в конце концов — к раку, и поддерживают, а при необходимости активизируют работу антионкогенов, которые или исправляют поломку, или включают механизм апоптоза.

Жизнь вредна: от нее стареют и умирают

Внешние, на уровне организма, проявления процесса старения описывать ни к чему. Особенно гибель волосяных фолликулов и снижение выработки коллагена клетками кожи. А на более глубоком и незаметном невооруженному глазу уровне старение — это снижение активности иммунной системы, нарушения работы гормональной, начиная с нейронов гипофиза, дирижирующего оркестром эндокринных желез, истощение источника запчастей — стволовых клеток, хрупкость костей, нарастающая слабость мышц и т. д., пока из-за окончательной поломки одного из жизненно необходимых звеньев, связанных в единую цепь, не придет Разрушительница наслаждений и Разлучительница собраний.

Комментарий эксперта

Необязательный процесс
Ян Вич  профессор и руководитель отделения генетики Нью-Йорского медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна

Ян Вич,
профессор и руководитель отделения генетики Нью-Йорского медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна

Если вкратце, старение — это постепенное прогрессирующее накопление сбоев в работе тканей и органов, которое увеличивает риск развития патологических процессов. Скажем, в тех или иных клетках с возрастом могут аккумулироваться мутации, которые в конце концов приводят к их злокачественному перерождению и превращению в зародыши раковых опухолей. Или, например, почечная ткань начинает все хуже справляться с очисткой крови от мочевины и других шлаков, что тоже чревато опасными последствиями для организма.

С точки зрения биологической эволюции смерть абсолютно необходима — без нее эволюция просто не смогла бы работать. А вот старение для эволюции не является необходимым. Естественный отбор контролирует жизненные процессы до ослабления способностей к размножению, а все, что после этого, его не интересует (если бы дело обстояло иначе, угасание способностей к размножению автоматически приводило бы к быстрой смерти). К счастью, эволюция не заминировала нас часовыми бомбами, настроенными на время отмирания репродуктивных функций, но и не защищает нас в преклонном возрасте. Естественный отбор не создает давления, направленного на продление жизни на этом этапе, и потому не благоприятствует умножению долгожителей.

Тем не менее, старение — чрезвычайно сложный процесс, к адекватному пониманию которого мы только начинаем приближаться. Необходимо изучать самые разные факторы и механизмы старения, и это работа на много десятилетий. Если она даст ощутимые результаты, появится реальная надежда на создание действенных стратегий значительного продления полноценной жизни.

Почему уменьшается мозг

Возникновение человеческого интеллекта неразрывно связано с развитием мозга. Всем известно, что на протяжении 2 млн лет представители рода Homo — от архантропов до Homo sapiens — постоянно наращивали массу главного органа нервной системы. Однако открытия последних лет привели к парадоксальным выводам: в последние 40 000 лет стремительный рост мозга не только остановился, но и сменился обратным процессом.

Почему уменьшается мозг

Вместилище человеческого разума, как оказалось, «усыхает». В западной популярной периодике большое количество публикаций на эту тему было вызвано недавними работами и высказываниями известного американского палеоантрополога Джона Хокса (John Hawks) из Университета штата Висконсин. К дискуссии на эту тему также присоединились российские ученые, выдвигающие свои гипотезы о причинах этого, на первый взгляд, парадоксального явления.

Тренд или не тренд?

Согласно накопленным на сегодня палеоантропологическим данным, еще в верхнем палеолите средний объем мозга Homo sapiens, а также близкородственных ему неандертальцев составлял около 1500 см3. А вот современные замеры показывают, что средний размер мозга для мужчин всех рас равен 1425 см3, а для женщин — 1350 см3.

Несмотря на то что сильной зависимости между индивидуальным объемом мозга и уровнем интеллекта не установлено, тем не менее получается, что естественный отбор по какой-то загадочной причине поддержал облегчение мозга, то есть снижение его объема на протяжении достаточно длительного времени стало эволюционным трендом. Правда, не исключено, что из-за недостатка палеоантропологических данных исследователи склонны принимать за тренд лишь некую флуктуацию, подобные которой могли происходить и ранее, и небольшой эволюционный откат может смениться новым этапом роста. А если нет?

Теплее и добрее

Гипотез о причинах уменьшения объема мозга, как и в случае других белых пятен, предостаточно. Например, согласно гипотезе отечественного палеоантрополога Станислава Дробышевского, явление может быть связано с общими колебаниями среднего объема тела человека в связи с изменениями климата на планете. Скажем, в эпоху оледенения люди становились в среднем крупнее, а потому рос и объем мозга. В межледниковый период (как сейчас) род человеческий мельчал, а с ним — и орган мышления. Многие другие гипотезы связывают феномен не столько с внешними факторами, сколько с процессами, протекавшими непосредственно в человеческом обществе. Например, антрополог Брайан Хэйр (Brian Hare) из американского Университета Дюка пытается объяснить уменьшение мозга действием естественного отбора, направленного на снижение агрессивности. Еще одна интересная версия связана с революцией в материальной культуре.

Комментарий эксперта

Культура «съела» мозг
Александр Марков доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории высших беспозвоночных Палеонтологического института РАН, популяризатор науки

Александр Марков,
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории высших беспозвоночных Палеонтологического института РАН, популяризатор науки

Возможно, что в последние 30–40 тысяч лет отбор перестал поддерживать крупный размер мозга у людей, так как большой мозг стал уже ненужным. Мозг — орган очень дорогой, он требует много калорий, а значит, дополнительной пищи, он затрудняет роды. Если в большом мозге нет острой необходимости, если не давать большому мозгу адекватную нагрузку, то с течением поколений он должен уменьшиться.

Поскольку в течение последних 2 млн лет у представителей Homo мозг рос и вырос втрое, это значит, что такой рост поддерживался отбором, то есть давал преимущество в размножении.

Можно долго рассуждать о том, какие факторы обеспечивали именно такое направление отбора, но главное в том, что 30 000 лет назад эти факторы если не исчезли, то ослабели настолько, что экспоненциальный рост мозга остановился. А затем включился отрицательный отбор. Что же произошло в это время? То, что называется верхнепалеолитической революцией. Тогда впервые появилось настоящее изобразительное искусство, живопись, музыка (флейты), сложные украшения, технология производства более совершенных каменных и костяных орудий.

Стала взрывообразно развиваться культура, а культура — это огромный объем информации, который передается не генетическим путем, а через обучение, от поколения к поколению. Но если существует развитая культура, запас знаний и навыков, то отдельному человеку уже не обязательно доходить до всего своим умом. В такой ситуации можно быть немного «поглупее».

И даже возникновение человеческой цивилизации совсем не противоречит этой гипотезе, ибо цивилизацию двигают люди, которые, по выражению Ньютона, «стоят на плечах гигантов». Поэтому вполне можно себе представить, что какой-нибудь кроманьонец, который первым придумал, как высокохудожественно нарисовать бизона на стене пещеры, имел гораздо больший врожденный талант, нежели Рафаэль или Леонардо, опиравшиеся на мощную культурную традицию, что восходила к Античности. Более того, уже установлено, что современная цивилизация создает предпосылки для «поглупения», и в ряде обществ уже лет двести идет отрицательный отбор на интеллект, то есть люди с невысоким интеллектом оставляют больше потомства.

Как сооружали мегалиты

Существует научная классификация мегалитов. Четкой географической «привязки» их типы не имеют — вертикально установленные камни и плиты можно встретить и на Оркнейских островах, и на юге Африки. Менгир — древнейший тип архитектурных сооружений, поставленный вертикально камень, предварительно обработанный для придания ему правильной геометрической формы, или подходящая природная плита. Поражают размеры менгиров — например, знаменитый Радстонский монолит (1600 год до н.э.) имеет высоту 7,6 м и массу более 40 т, а «рекордсмены» достигают 1000 т. Круги из «стоячих камней» называются кромлехами. Один из известнейших кромлехов в мире — кольцо Бродгара в Шотландии. Основная загадка заключается в назначении таких сооружений. Преобладает мнение об их ритуальной функции, но некоторые кромлехи могли играть астрономические, технологические и другие роли.

Как сооружали мегалиты

Дольмен («каменный стол») — самый распространенный класс мегалитов. Классический дольмен — это несколько огромных камней, на которые в качестве крыши возложен еще один камень. Технология строительства более или менее ясна: «крышу» поднимали с помощью пологой земляной насыпи, а землю выгребали. Некоторые дольмены явно имели сакральное назначение, иные могли служить домами или гробницами. Кстати, знаменитый Стоунхендж не относится к дольменам, а представляет собой систему трилитов (ворот из трех камней).

Коридорная гробница — длинный полуподземный коридор, выложенный плитами и иногда заканчивающийся камерой-«комнатой». Чаще всего в подобных сооружениях находили захоронения, что не оставляло сомнений в их назначении.

Человек или природа?

Некоторые мегалитические объекты до сих пор ставят перед исследователями вопрос: созданы они человеком или являются природными образованиями? Например, в центре Евразии, близ горы Селеутас (Западный Алтай, Казахстан) скальный выступ имеет форму, напоминающую египетского сфинкса. Его длина — около 100 м, а высота — более 50. Около «сфинкса» найдены подработанные плиты, некогда стоявшие вертикально, — их масса достигает 500 т! А вот является ли «сфинкс» высеченным из скалы, или просто люди возводили святилище около горы, похожей на животное, неизвестно — слишком стерты временем его «черты».

Комментарий эксперта

Столпы цивилизации
Леонид Марсадолов\nдоктор культурологии, ведущий научный сотрудник отдела археологии Восточной Европы и Сибири Государственного Эрмитажа

Леонид Марсадолов,
доктор культурологии, ведущий научный сотрудник отдела археологии Восточной Европы и Сибири Государственного Эрмитажа

Стоит начать с того, что сам термин «мегалит» далеко не всегда понимается правильно даже специалистами-археологами. Мегалитический объект должен иметь метрический размер более 2 м по одной из сторон и не менее 500 кг массы. Более мелкие каменные блоки не являются мегалитами в строгом смысле этого слова. Кроме того, мегалиты не ограничены временными рамками: мало кто задумывается, что Александровская колонна в центре Петербурга, торжественно открытая в 1834 году, — тоже мегалит (высота — 47 м, вес — 700 т).

«Мегалитических проблем» меньше, чем представляется на первый взгляд. Например, что касается назначения мегалитов, они использовались для разных целей — выполняли сакральные функции, служили фундаментом жилых помещений или местом захоронения. По поводу иных мегалитов существует ряд порой труднодоказуемых версий, одна из которых с высокой долей вероятности является справедливой.

Ответ на вопрос, как сооружались мегалиты, тоже становится все более понятным со временем. Способов десятки, большинство из них известны археологам и даже опробованы ими на практике. Для разных регионов характерны разные технологии; например, в Египте и в Баальбеке 500-тонные камни перемещали волоком. Большинство крупных мегалитов расположены в непосредственной близости от древних каменоломен, а огромную плиту в Селеутасе передвинули не более чем на 50 м.

Одна из серьезных проблем — это датировка мегалитических строений. Интересна закономерность: чем более ранняя культура создавала объект, тем более ее мегалитические замыслы стремятся к гигантизму. Гигантский «сфинкс» у Селеутаса если и является рукотворным, то создан он одной из очень ранних цивилизаций. 500-тонная плита-мегалит младше «сфинкса» на несколько тысяч лет. Обработка при этом минимальна — человек ориентировался в первую очередь на антропоморфную форму плиты. Стелы меньшего размера были созданы еще позднее.

Мегалитов, которые ставят археологов в абсолютный тупик, практически нет. Из существующего ряда версий относительно назначения конкретных сооружений какая-то, скорее всего, верна. И конечно, в заключение замечу — исследования мегалитов продолжаются!

В чем причина глобального потепления

Один из самых известных в мире графиков получил прозвище «хоккейной клюшки». Составил его климатолог Майкл Манн, изучавший изменения температуры на планете за последние 2000 лет по самым разным источникам, от исторических документов и математических моделей до древесных годичных колец и коралловых рифов. Небольшой нисходящий тренд с относительно частыми колебаниями в пределах 0,5° образует черенок клюшки, который тянется от начала нашей эры до середины XVIII века.

В  чем причина глобального потепления

Последующий стремительный скачок на 0,7° за какие-то полтора столетия рисует на графике лихой крюк. Так выглядит глобальное потепление. По оценкам Межгосударственной группы экспертов по изменению климата, к началу XXII века средняя температура поверхности Земли может повыситься на немыслимые 3,4°, что чревато наводнениями, засухами, снижением урожаев сельскохозяйственных культур, вымиранием некоторых видов животных и повышением уровня Мирового океана. По основной версии, в климатических изменениях повинен человек, сжигающий тонны топлива и наполняющий атмосферу парниковыми газами. Эти газы поглощают инфракрасное излучение, отраженное от поверхности земли, и излучают его во всех направлениях, в том числе и обратно на землю.

В  чем причина глобального потепления

С одной стороны, вклад CO2 в общий парниковый эффект планеты сейчас составляет всего 7,2%. Но для глобального потепления характерен эффект «разбегания»: чем теплее становится на планете, тем больше влаги испаряется с поверхности Мирового океана, а это парниковый газ номер один. Чем выше температура, тем меньше газов растворяется в воде и тем больше углекислого газа высвобождается опять же из океана, в котором его изначально в 60 раз больше, чем в атмосфере. Принимая во внимания этот факт, можно прийти к выводу, что скромная человеческая цивилизация вполне способна запустить адскую машину глобального потепления.

Альтернативное мнение

Климат на Земле никогда не отличался постоянством. На картине голландского художника Яна ван Гойена «Конькобежцы» люди катаются по замерзшим каналам Амстердама. Полотно датировано 1641 годом, который пришелся на Малый ледниковый период. А когда римляне завоевывали Галлию, Нижнюю и Верхнюю Германию, Норик и Рецию, альпийские перевалы были легко проходимы благодаря Римскому климатическому оптимуму 0–400 годов.

Сербский астрофизик Милутин Миланкович объяснил циклические колебания количества солнечного света, достигающего Земли, взаимным расположением небесных тел. Речь идет о наклоне земной оси, небольших изменениях формы земной орбиты (эксцентриситета), перемещении перигелия (точки максимального сближения Земли с Солнцем) и некоторых других параметрах. Все эти колебания имеют периоды в десятки тысяч лет, но в сочетании образуют довольно короткие циклы «всего» в несколько веков.

К примеру, оледенения наступают, когда дата прохождения Землей перигелия сближается с датой зимнего солнцестояния в Северном полушарии. Таким образом, планета движется по наиболее удаленной от светила траектории, когда в Северном полушарии лето. Северное лето становится длительным и прохладным, что способствует постепенному росту ледников.

В наши дни Земля переживает пик температуры, так называемое межледниковье. А между тем циклы Миланковича не единственные. Известны так называемые события Бонда — изменения климата в Северной Атлантике, происходящие каждые 1,5–2 тысячи лет. Выделяют 11-, 22- и 90-летние циклы солнечной активности.

Предсказать взаимодействие всех этих циклов непросто, но вкупе с вулканической активностью (выброс парниковых газов) и, возможно, какой-то долей антропогенного фактора они теоретически могли бы запустить эффект разбегания.

Комментарий эксперта

Теплые курорты Заполярья
Беляев заместитель директора по науке Института географии РАН, телеведущий

Александр Беляев,
заместитель директора по науке Института географии РАН, телеведущий

Каждый специалист видит глобальное потепление через призму своей специальности, но подавляющее большинство приходит к выводу, что оно действительно происходит. Мало того, последний документ Межгосударственной группы экспертов по изменению климата свидетельствует о том, что его темпы значительно превышают ранее ожидаемые.

Все последствия, которые вытекают из теории глобального потепления, претворяются в жизнь на наших глазах. Увеличиваются частота и амплитуда колебаний метеоэлементов. Если раньше погоды стояли в среднем в течение недели, то сейчас все меняется каждые три-четыре дня. Образно выражаясь, процесс идет вразнос. Амплитуда увеличивается как в сторону усиления жары, так и в сторону аномально холодных периодов.

Изменения усиливаются в более высоких широтах. Особенно это заметно зимой: температура в Заполярье сейчас гораздо выше, чем 30–40 лет назад, хоть это и не очевидно для простого человека, которому одинаково холодно и в –35, и в –30°С. Даже летом температура в Сибири и Заполярье, в районе Салехарда, Норильска, Хатанги, на Таймыре оказывается выше, чем в более южных районах: Новосибирске, Омске, Кемерове, Красноярске, Иркутске. Количество осадков по всей России увеличилось столь разительно, что этого трудно не заметить.

Безусловно, в глобальное потепление вносят вклад естественные климатические ритмы. Однако изменения происходят столь стремительно, что объяснить их только природными закономерностями нельзя. Был период, когда для любой деятельности человека (промышленной, сельскохозяйственной) искали климатическую результирующую. И находили. Известно, к примеру, что строительство города увеличивает количество осадков в соответствующем ареале на 15%.

Игнорировать проблему — недальновидная стратегия. Точнее, не стратегия, а тактика, потому что плачевные последствия бездействия станут заметны очень скоро. Борьба за рациональное использование даров природы — это позитивный процесс, независимый от причин глобального потепления. Ведь то, что мы сегодня выбрасываем, становится загрязнителем, хотя на самом деле это ресурс.

Россыпь белых пятен

Пробелов в современной науке великое множество. Даже книга объемом с Большую советскую энциклопедию едва ли вместит описание всех белых пятен. Поэтому напоследок пробежимся по нескольким интересным и характерным загадкам, чтобы показать: мы ничего не забыли, нам просто не хватает места.

Шаровая молния

Уникальное природное явление, электрический шар, появляющийся во время грозы, — казалось бы, все слышали о шаровой молнии. Известны десятки свидетельств, в том числе и весьма авторитетных, ее существования — но возникает она столь редко и спонтанно, что фотоснимки этого явления можно пересчитать по пальцам. Существует более 400 (!) теорий, объясняющих удивительный атмосферный феномен, а также довольно сложная классификация этих теорий.

Шаровая молния

Наиболее известны предположения физика Петра Капицы и исследователя молний Бориса Смирнова. По первой шаровая молния — это газовый разряд, движущийся вдоль силовых линий стоячей электромагнитной волны между облаками и землей. По второй — это плазменная ячеистая структура, энергетический запас которой хранится в ее «порах». Ряд теорий вообще предполагает, что шаровая молния — обман зрения.

BLOOP

Летом 1997 года несколько кораблей ведомства NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований США) зафиксировали в Тихом океане неподалеку от берегов Южной Америки странный подводный звук, источник которого не определен по сей день. Звук, получивший прозвище Bloop («рев»), нарастал по частоте в течение примерно минуты, а затем затихал, при этом сенсоры фиксировали его на расстоянии в 5000 км (!) от предполагаемого эпицентра. На сегодняшний день есть ряд гипотез, объясняющих Bloop. Некоторые полагают, что звук имеет животное происхождение (каким же должно быть животное, издавшее такой рев?), но наиболее вероятная теория заключается в том, что это многократно искаженный водной средой шум, раздающийся при растрескивании огромного айсберга.

Спектрограмма Bloop. С этим звуком связано огромное количество легенд в духе «теории заговора». Самая известная основана на том, что координаты эпицентра звука близки к литературным координатам подводного города Р’льех, где спит придуманное Говардом Лавкрафтом чудовище Ктулху

Спектрограмма Bloop
С этим звуком связано огромное количество легенд в духе «теории заговора». Самая известная основана на том, что координаты эпицентра звука близки к литературным координатам подводного города Р’льех, где спит придуманное Говардом Лавкрафтом чудовище Ктулху.

Трапповый магматизм

Трапповый магматизм — это явление, в ходе которого огромные объемы базальта (величиной с Австралию, например) изливаются за сравнительно короткое время (несколько миллионов лет). Масштабные плато, образованные траппами, существуют в Сибири (более 2 000 000 км2 по всему региону), в Индостане (Деканское плато), Южной Америке. Для таких регионов характерны красивые вертикальные уступы и плато на их поверхностях — ступеньки (по-шведски trappa — лестница).

Траппы плато Декан

Траппы плато Декан — крупная магматическая провинция, расположенная на плоскогорье Декан в западной и центральной частях Индии, одно из крупнейших вулканических образований на Земле

Загадка кроется в причинах траппового магматизма. Процесс этот столь грандиозен и энергоемок, что его причина тоже должна быть невероятной. Одна из основных теорий — поднятие из земной мантии раскаленного плюма (потока магматического вещества). Причина образования плюма — еще большая загадка, с момента введения термина (1969 год) остающаяся на уровне предположений.

Нерасшифрованные письмена

Несмотря на то что историки постоянно расшифровывают различные древние письменности (чего стоил хотя бы многолетний подвиг Юрия Кнорозова, расшифровавшего иероглифы майя), неизвестных науке алфавитов остаются еще сотни. Наиболее удивителен в этом смысле Крит. На относительно небольшом острове найден десяток образцов совершенно различных письменностей, далеко не всегда возводимых одна к другой. На данный момент не дешифрованы: критское линейное письмо А (линейное Б получило расшифровку в 1950 году), иероглифическое письмо на знаменитом Фестском диске, не связанные с ним иероглифы на секире из Аркалохори, на каменном алтаре из Мальи и еще ряд иероглифических систем. Общемировое число нерасшифрованных алфавитов не поддается точному подсчету.

Фестский диск

Фестский диск — уникальный памятник письма, предположительно минойской культуры эпохи средней или поздней бронзы, найденный в городе Фест на острове Крит

Монумент Йонагуни

В 1986 году директор туристической ассоциации японского острова Йонагуни Кихатиро Аратакэ обнаружил недалеко от берега странное подводное образование-монолит, напоминающее то ли город, то ли скалу, то ли ушедшую под воду ацтекскую пирамиду. С 1997 года идет активное обследование образования, получившего название «монумент Йонагуни». Ученые спорят, природный это монумент или рукотворный.

Монумент Йонагуни

В пользу первого говорит то, что он состоит из песчаника, который имеет свойство растрескиваться вдоль плоскостей, образуя правильные формы, подобные рукотворным. Но с другой стороны, на монументе найдены следы человеческой деятельности — скребки, камни с просверленными отверстиями, изображения животных. Таким образом, монумент Йонагуни остается загадкой для исследователей.


Комментарии (18)


 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия