Значительный вклад в решение этой задачи внесли ученые Московского физико-технического института и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН. Они впервые в мире предложили единые метрики для изучения больших речных плюмов в разных частях света и применили их, сравнив десять самых крупных на Земле структур такого рода. Научная работа опубликована во Frontiers in Marine Science. Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда.
Во время исследования ученые проанализировали данные по таким речным системам, как Амазонка, Ганг—Брахмапутра, Конго, Ориноко, Обь—Енисей, Янцзы, Рио-де-ла-Плата (Парана и Уругвай), Миссисипи, Лена и Святого Лаврентия. Они обеспечивают треть суммарного стока пресной воды с суши в Мировой океан. Период данных охватил почти три десятилетия — с 1993 по 2022 год. Источниками информации служили спутники, дрейфующие буи и натурные измерения.
«Мы определяли и сравнивали площади, объемы, горизонтальную и вертикальную структуру плюмов. Во-вторых, выявляли связь их сезонной изменчивости с изменчивостью речного стока. В-третьих, оценивали интенсивность водообмена через фронты раздела между плюмами и морем и связанное с этим время пребывания речной воды в плюмах в зависимости от локальных океанографических условий»,— рассказал Александр Осадчиев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, заведующий лабораторией арктической океанологии МФТИ.
В результате исследования ученые предложили новую классификацию для больших речных плюмов, основанную на ключевых физических процессах, определяющих свойства плюмов. По их мнению, эти структуры можно разделить на слабо перемешиваемые, сильно перемешиваемые и промежуточные. Для первого из этих типов характерна малая толщина речного плюма — их воды далеко растекаются по поверхности океана, слабо взаимодействуя с солеными морскими водами. Такие структуры представлены, в частности, в устьях Конго, Миссисипи и Амазонки.
Стоит отдельно отметить, сообщили исследователи, что Амазонка — крупнейшая река мира — формирует тонкий плюм: всего около 20 метров, который распространяется более чем на одну тысячу километров от речного устья.
Ко второму типу относятся плюмы, в которых речной сток и морские воды, наоборот, очень интенсивно перемешиваются. В результате этого толщина речных плюмов может достигать 80 метров, как, например, в реках Янцзы и Святого Лаврентия. Причина — очень сильные приливы и некоторые другие океанологические факторы.
«Дополнительным фактором, который влияет на толщину плюма, может быть зимняя конвекция, когда вода охлаждается, становится тяжелой и опускается, увлекая вниз пресные массы. Такие процессы характерны для реки Святого Лаврентия. Помимо этого свой вклад вносят встречные течения, когда соленая морская вода заходит в речное устье по дну навстречу пресной, вытекающей в сторону моря. Это особенно заметно в устье реки Рио-де-ла-Плата»»,— пояснил Александр Осадчиев.
Вместе с тем, как показали ученые, скорость обновления пресных вод в речных плюмах тоже подчиняется общим закономерностям. Так, период максимального накопления пресной воды для всех изученных речных плюмов (кроме Янцзы) наступает спустя один-три месяца после начала половодья на этих реках. Однако полностью пресная вода в плюмах обновляется за неодинаковое время. Например, в Амазонке и Миссисипи этот процесс занимает от четырех до шести месяцев, а в Конго и Ганге — до 11 месяцев. Причина таких различий может заключаться в локальных течениях, которые удерживают речной сток у берега.
По мнению исследователей, изучение речных плюмов крайне важно с практической точки зрения. К примеру, сибирские реки оказывают большое влияние на состояние ледового покрова и навигацию по Севморпути. В южной и восточной Азии речные плюмы влияют на интенсивность осадков на суше в период зимних муссонов. В целом в зонах смешения крупных рек с океаном часто расположены нерестилища промысловых рыб и районы нагула молоди. Также понимание поведения речных плюмов позволит оценить распространение выносимых питательных веществ, необходимых морским организмам, или, наоборот, вредных для них загрязнений.
Океанологи предложили единую классификацию крупных речных плюмов
Как не раз писал Naked Science, вне России парадокс Циолковского-Ферми известен как парадокс Ферми, по имени физика, сформулировавшего его существенно позже Циолковского и, в отличие от последнего, не предложившего сразу же решения парадокса. Авторы новой работы, текст которой выложен на сервере препринтов Корнеллского университета, следуют в том же фарватере, пытаясь найти решение парадокса Ферми без решения Циолковского.
Они начали с констатации очень большого числа потенциально обитаемых планет в Галактике. Последние открытия экзопланет действительно показывают, что тел, по размерам близких к Земле, в зонах обитаемости довольно много. Хотя итоговая оценка таких миров у авторов новой работы крайне консервативна: на сотню миллиардов звезд они предполагают возможным до миллиона обитаемых планет за всю историю нашей галактики. Цифра эта кажется большой, но исследователи обратили внимание: вопрос «где же все эти цивилизации» возможен, только если мы предполагаем, что каждая из них существует длительное время. Если же за дюжину миллиардов лет такие цивилизации возникли миллион раз, а затем быстро исчезали, вопрос решается сам собой.
Ученые не стали рассматривать в деталях космическую экспансию таких цивилизаций, попробовав рассчитать их срок жизни, в основном опираясь на электромагнитные сигналы от внеземлян, подобные тем, что ищет SETI. У них получилось, что при существовании цивилизаций больше пяти тысяч лет мы уже должны были бы обнаружить как минимум одну внеземную в нашей галактике. Причем это консервативная оценка «сверху»: фактически математический аппарат авторов позволяет и намного меньшее время существования технологической цивилизации. По их критериям, на Земле такая существует пока всего лишь 200 лет.
В работе есть ряд интересных моментов. В частности, предположение о том, что на каждой подходящей планете сравнительно быстро должна возникнуть жизнь, звучит разумно. Авторы верно отметили, что на это указывает «загрязненность» Вселенной органическими молекулами, на базе которых может возникнуть ДНК/РНК или любая другая самовоспроизводящаяся сложная молекула.
Однако их итоговый вывод вызывал вопросы. Если технологическая цивилизация не может существовать более пяти тысяч лет, то получается, что она менее живуча, чем предшествовавшие ей неолитические цивилизации. Ведь те заведомо существовали уже семь-восемь тысяч лет назад (Чатал-Хююк и так далее). Те же папуасы Новой Гвинеи, исходя из следов их материальной культуры и возделываемых растений, в целом живут в рамках одной неолитической цивилизации порядка десяти тысяч лет.
[shesht-info-block number=1]
Ну а палеолитические общества оказываются и вовсе несоразмеримо устойчивее технологических цивилизаций. Скажем, для Homo sapiens только археологически несомненные следы существования тянутся в прошлое на треть миллиона лет (генетики же называют и более древние даты). Получается, человек до технологической цивилизации прожил во много десятков раз дольше, чем может прожить с ней до ее гибели.
Это выглядит контринтуитивным выводом, потому что люди палеолита имели намного меньшую численность и меньшую способность адаптации к резким изменениям внешних условий. Обычно эволюция и видов, и обществ идет от меньшей устойчивости к опасным событиям к большей: древние цивилизации рушились от длительных засух, что для современной цивилизации технически невозможно. Популяции людей прошлого неоднократно погибали в полном составе из-за изменившихся внешних условий, но мы не найдем ни одного современного технически развитого народа, с которым такое произошло бы в последние 200 лет. А новая работа показывает противоположную картину: технологическая цивилизация должна рушиться от чего-то неизвестного на таких отрезках времени, на которых цивилизация нетехнологическая вполне способна выжить.
Иранские физики рассчитали, что технологические цивилизации существуют не больше пяти тысяч лет
В геноме всех современных людей неафриканского происхождения присутствует примесь неандертальской ДНК, распределенная по обычным хромосомам (аутосомам). Однако на половой X-хромосоме неандертальские гены практически не встречаются. Есть несколько объяснений этого феномена. Вероятно, эволюция выбраковывала смешанные X-хромосомы из человеческого генофонда из-за вредных мутаций, или же гибридное потомство было бесплодным.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, изучили геном алтайской неандерталки, жившей примерно 122 тысячи лет назад. Известно, что ее предки скрещивались с ранними Homo sapiens, получив часть сапиентных генов. Ученые опирались на логику: если отбор всегда очищает X-хромосому от чужеродной ДНК, то в неандертальском геноме на ней тоже не должно быть следов сапиенсов.
Ученые сопоставили геном неандерталки с образцами 73 современных африканских женщин из изолированных племен, чьи предки никогда не контактировали с неандертальцами. Исследователи подсчитали долю человеческой ДНК на аутосомах и X-хромосомах древней женщины. Затем генетики провели серию компьютерных симуляций, чтобы выяснить, какие сценарии миграции и скрещивания могли привести к полученным результатам.
Выяснилось, что на X-хромосоме алтайской неандерталки оказалось в 1,62 раза больше сапиентной ДНК, чем на ее аутосомах. Естественный отбор не удалил эти последовательности, а позволил им накопиться. При этом участки ДНК H. sapiens располагались в основном вне функциональных зон (экзонов и регуляторных участков), что исключает версию об их сохранении из-за какой-либо эволюционной пользы.
Моделирование показало, что обычный демографический процесс не способен создать такой перекос. Женщины передают детям две X-хромосомы, а мужчины — одну. Если бы к неандертальцам мигрировали исключительно женщины-сапиенсы, доля чужеродной ДНК на X-хромосоме выросла бы, но математический предел этого роста составил бы соотношение 1,33 (или 4:3).
Чтобы объяснить реальный показатель 1,62, в модель потребовалось заложить строгий социальный фильтр. Авторы научной работы предположили, что мужчины с доминирующими неандертальскими признаками из поколения в поколение выбирали чистокровных или гибридных женщин-сапиенсов. В то же время пары с участием гибридных мужчин образовывались значительно реже. Из-за этого снижался их репродуктивный успех, и сапиентные аутосомы, передаваемые сыновьями, вымывались из генофонда, а X-хромосомы сапиенсов постоянно циркулировали по женской линии, закрепившись в неандертальской популяции.
Ученые предположили, что эта модель поведения объясняет загадку «неандертальских пустынь» в нашем собственном геноме. Поскольку в более поздние эпохи союзы строились по тому же принципу (мужчина-неандерталец и женщина-сапиенс), неандертальские X-хромосомы всегда попадали в генофонд современных людей в дефиците. По словам авторов статьи, причины этих сдвигов неизвестны.
Научная работа демонстрирует, что состав нашего генома определялся не только законами биологии. Значительный вклад в эволюцию внесло сложное социальное поведение древних людей, чьи брачные традиции и симпатии сохранялись неизменными десятки тысяч лет.
Отсутствие неандертальских генов на X-хромосоме человека объяснили брачными предпочтениями древних людей
Мирмекофилы — это виды, зависящие от муравьев и живущие в тесной связи с ними, часто внутри муравьиных колоний. К ним в основном относятся членистоногие: некоторые виды жуков, клещей, пауков, тля, гусеницы, другие существа. Мирмекофилы могут получать от муравьев пищу и защиту, а взамен выделять секрет, которым питаются хозяева колонии.
Некоторым видам бабочек, например семейству голубянок, муравьи нужны для выживания на стадии гусеницы. Муравьи относятся к гусеницам как к членам колонии, переносят их в муравейник, защищают от хищников и кормят. Взамен гусеницы выделяют для муравьев сладкие на вкус вещества.
Чтобы манипулировать поведением муравьев и интегрироваться в колонию, мирмекофильные гусеницы развили способность имитировать их химические сигналы, но не только.
В муравьиных колониях жизненно важную роль играют сложные виброакустические сигналы. Звуковые вибрации муравьи используют для координации своих действий в случае опасности, привлечения партнеров, обмена информацией с сородичами и так далее.
[shesht-info-block number=1]
Как выяснила международная группа исследователей, статья которых опубликована в журнале Annals of the New York Academy of Sciences, помимо химической мимикрии, гусеницы широко используют для привлечения и умиротворения своих хозяев акустические вибрации, точно совпадающие по ритмическому рисунку с теми, что издают муравьи.
Ученые проанализировали виброакустические сигналы — мельчайшие колебания, распространяющиеся сквозь растения, почву или стенки муравейника, — издаваемые двумя видами муравьев и девятью видами гусениц бабочек с различным уровнем мирмекофилии. При этом исследователи сфокусировались на ритмических особенностях этих сигналов.
Оказалось, что гусеницы с наиболее выраженной мирмекофилией издавали сигналы с очень регулярным тактом и особенно сложным ритмическим рисунком, напоминающим музыкальный ритм с чередованием сильных и слабых ударов. Именно такие ключевые ритмические особенности наблюдались у сигналов, которые используют сами муравьи. В то же время у гусениц со слабыми или вовсе отсутствующими связями с муравьями вибрации были с гораздо более простыми или нерегулярными ритмами.
[shesht-info-block number=2]
«Мирмекофильные гусеницы, по сути, говорят на языке муравьев — не только на химическом, но и на ритмическом уровне. Подстраиваясь под ритм муравьев, они могут убедить их в своей принадлежности к группе», — пояснила один из авторов исследования, специалист по биоакустике Кьяра Де Грегорио из Уорикского университета (Великобритания).
«В темной, переполненной среде муравейника, где неизбежны постоянные вибрации и шум, точный ритм может помочь сигналам выделяться и быстро распознаваться. Для гусениц правильный ритм может быть жизненно важен: от него может зависеть, будут муравьи оказывать им заботу и защиту или полностью игнорировать их», — подытожила соавтор Де Грегорио, профессор системной биологии Франческа Барберо из Туринского университета (Италия).
У гусениц нашли еще один способ обманывать муравьев
Кетогенная диета — режим питания с высоким содержанием жиров, низким содержанием углеводов и умеренным содержанием белка. Когда потребление углеводов стабильно снижается до уровня менее 50 граммов в день, организм входит в метаболическое состояние, которое называется «кетоз». В этом состоянии организм переключается на использование в качестве основного источника энергии не углеводов, а жиров.
Печень начинает синтезировать из жирных кислот кетоновые тела — химические соединения. Они становятся альтернативным «топливом» для клеток мозга и других органов.
Уже почти столетие очень строгая версия кетогенной диеты используется для детей с эпилепсией, чьи приступы не реагируют на стандартные лекарства. Чтобы диета была эффективной, 90% суточной калорийности рациона юных пациентов должно поступать из источников с высоким содержанием жиров.
При условии строгого соблюдения у части пациентов кетогенная диета способна постепенно снизить частоту приступов примерно на 50%. Причем чем больше кетоновых тел циркулирует в крови, тем реже случаются эпилептические припадки. Однако что именно при этом происходит в мозге, до сих пор было не совсем понятно.
[shesht-info-block number=1]
Исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, статья которых опубликована в журнале Cell Reports, проводя эксперименты на лабораторных мышах, пришли к выводу, что противосудорожный эффект кетогенной диеты объясняется перепрограммированием режима работы мозга.
В результате смены «топлива» для нейронов обмен сигналами между ними затормаживается, и чрезмерная нейронная активность, характерная для эпилептического приступа, снижается.
Исследуя мозг мышей, которых кормили гранулами с высоким содержанием жиров, ученые обнаружили сотни изменений активности генов в гиппокампе — отделе мозга, где обычно возникают судороги. Многие из этих генов отвечали за функционирование синапсов — мест контакта между нервными клетками, служащими для обмена информацией. Это происходит за счет выделения нейромедиаторов — химических веществ, передающих сигналы соседним нейронам.
Оказалось, синапсы у мышей, получавших кетогенную диету, изменили свое поведение: выработка нейромедиаторов, которые передают возбуждающие сигналы, упала, а выделение веществ, дающих команду на снижение активности, наоборот, возросло. В целом это привело к ослаблению связей внутри нейронных цепей гиппокампа, и вызывающая судороги гиперактивность нейронов смягчилась.
[shesht-info-block number=2]
Такой эффект подтвердили и результаты изучения нейронов «кетогенных» мышей под мощным микроскопом. Исследователи обнаружили, что синаптические окончания их нейронов содержат меньше везикул с возбуждающими химическими сигналами, чем у мышей, получавших обычный корм. Везикулы — крошечные мембранные пузырьки, которые «перевозят» нейромедиаторы между соседними синапсами, высвобождают их и тем самым обеспечивают прохождение нервных импульсов.
Основной недостаток кетогенной диеты — сложность ее строгого соблюдения. Даже незначительное отклонение от режима сводит на нет все его преимущества.
Ученые отметили, что понимание того, как работает диета, открывает новые подходы к лечению эпилепсии. Если удастся сымитировать молекулярные изменения, которые заставляют нейроны производить меньше везикул с возбуждающими сигналами, можно будет добиться противосудорожного эффекта, но без необходимости кардинального изменения диеты пациента.
Ученые выяснили, почему кетогенная диета предотвращает эпилептические припадки
В конце января компания SpaceX уведомила Федеральную комиссию по связи США о своих амбициозных планах. Речь идет о создании мегасозвездия из миллиона спутников. Глава компании Илон Маск пояснил, что эти аппараты должны будут работать как орбитальные центры обработки данных для нужд искусственного интеллекта.
Цифры поражают воображение. Для сравнения: сегодня на орбите Земли работает приблизительно 13 тысяч спутников. Если проект одобрят, число аппаратов увеличится почти в 70 раз. По мнению экспертов, технически развертывание такой сети может занять от нескольких лет, хотя сама компания не раскрывает графики.
Процедура рассмотрения таких заявок в Федеральной комиссии по связи США устроена особым образом. Комиссия обязана дать гражданам возможность высказать свое мнение. В случае с проектом SpaceX комментарии начали собирать менее чем через неделю после подачи документов. Это невероятно быстро — обычно на сбор откликов уходят месяцы.
Крайний срок подачи комментариев — 6 марта. После комиссия приступит к рассмотрению проекта, и, по опыту аналогичных заявок, этот процесс может занять многие месяцы. Комиссия либо одобрит проект полностью, либо одобрит частично, либо вовсе отклонит.
На сегодня комиссия получила уже более 350 откликов. Астрономы пишут их чаще других, выражая серьезную обеспокоенность.
[shesht-info-block number=1]
Главная трудность для научного сообщества сейчас — отсутствие конкретики. SpaceX не раскрыла ключевые технические детали: ни размеры спутников, ни их будущую орбиту. Без этих данных ученые не могут точно рассчитать ущерб.
Специалисты моделируют наихудший сценарий. Если проект реализуют, десятки тысяч спутников будут видны невооруженным глазом на протяжении всей ночи. Еще большее количество аппаратов может ослепить наземные телескопы. Яркими следами на снимках они будут перекрывать слабый свет далеких звезд и галактик.
Но проблемы не ограничатся звездным небом. Спутникам нужна постоянная замена. Если они прослужат столько же, сколько нынешние аппараты Starlink (примерно пять лет), то темпы ротации станут пугающими. В среднем один спутник придется запускать каждые три минуты, а другой — сводить с орбиты, где он сгорит в плотных слоях атмосферы. Сегодня за сутки в атмосфере сгорает всего несколько таких аппаратов.
[shesht-info-block number=2]
Сгорание спутников и ракет несет прямую угрозу озоновому слою. При разрушении материалов в атмосферу попадает оксид алюминия — вещество, разрушающее озон. По мнению экспертов, это может привести к истощению озонового слоя и, возможно, даже изменит температуру стратосферы.
Почему же Федеральная комиссия по связи США может пропустить столь масштабный проект без экологической проверки? Дело в юридических тонкостях. Космическая деятельность комиссии выведена из-под действия Национального закона об экологической политике США. Поэтому требовать от заявителя оценки воздействия на природу они не обязаны.
Общественное обсуждение может заставить комиссию присмотреться к проекту внимательнее, если поднимется серьезная волна критики. Однако, по мнению эколога Кевина Белла (Kevin Bell) из вашингтонской организации Free Information Group, этого может и не случиться.
«В идеальном мире комиссия, конечно, провела бы исследование. Но там нет специалистов, которые могли бы профессионально оценить воздействие на атмосферу», — пояснил Белл.
[shesht-info-block number=3]
Проект SpaceX с миллионом спутников оказался в серой зоне регулирования. С одной стороны, астрономы и экологи приводят веские доводы о недопустимости развертывания такой группировки без всестороннего анализа. С другой — формально закон не обязывает Федеральную комиссию по связи США проводить экологическую проверку и оценивать возможный ущерб.
Остается меньше недели до окончания сбора мнений противников проекта, и от того, насколько убедительными окажутся аргументы ученых, зависит, начнут ли регулирующие органы хоть какую-то проверку, или же выдадут разрешение, последствия которого человечество будет расхлебывать десятилетиями. Ни в SpaceX, ни в правительственном агентстве пока никак не комментируют ситуацию.
Миллион спутников SpaceX может избежать экологических проверок
Ранее ученые находили на стоянках в ЮАР и Намибии фрагменты скорлупы страусиных яиц, которые служили древними флягами для воды. Эти находки возрастом от 65 до 60 тысяч лет традиционно считали признаками «символического поведения» или раннего искусства. Однако до сих пор исследователи не анализировали математическую структуру узоров, чтобы понять, отражают они сознательное геометрическое планирование или стали результатом случайных ритмичных движений руки.
Авторы исследования, опубликованного в журнале PLOS, провели первый количественный анализ 109 фрагментов гравированной скорлупы. Исследователи оцифровали 1275 линий, состоящих из 1635 сегментов, и изучили 1405 точек их пересечения.
Ученые оценивали неслучайные свойства рисунков, то есть кривизну, параллельность, точки схождения и другие характеристики, которые остаются неизменными при взгляде под любым углом. С помощью статистического моделирования проверяли, насколько часто в узорах встречаются упорядоченные группы элементов по сравнению со случайным распределением.
Математический анализ показал, что 83,4% всех сегментов рисунков входят в состав строго параллельных групп. Около 33,6% углов, образованных пересечением линий, оказались прямыми (90° с допуском в 7°). Ученые обнаружили в действиях древних гравировщиков четыре типа умственных операций: итерацию (повторение), ротацию (поворот), трансляцию (сдвиг) и вложение одной фигуры в другую. В узорах типа «сетка» или «штрихованная полоса» наблюдалась иерархическая структура, где одна группа элементов становилась рамкой для другой. Эти правила нанесения узоров оставались стабильными на разных стоянках в течение 5000 лет.
Исследование показало, что способность человека структурировать формы и учитывать геометрические правила была полностью сформирована уже в среднем каменном веке, а способы восприятия пространства не претерпели значительных изменений за последние 60 тысячелетий. Эти гравировки заложили когнитивный фундамент для последующего развития геометрии и систем письменности.
Филологи описали самый древний геометрический узор на яичной скорлупе