В высокогорных районах мира жизнь требует льда. От Скалистых гор до Гималаев ледники и другие скопления снега и льда сохраняются в течение всего года. Часто расположенные на затененных склонах, защищенных от солнца, эти ледяные пятна превращают бесплодные вершины в биологические "горячие точки".
Археологи ценят эти снежные и ледяные пятна за то, что они позволяют заглянуть в прошлое сквозь туман альпийской предыстории. Когда люди теряют предметы во льду, ледяные пятна действуют как естественные морозильные камеры. В течение тысячелетий они могут хранить снимки культуры, повседневной жизни, технологий и поведения людей, создавших эти артефакты.
Застывшее наследие тает от горных льдов во всех полушариях. Небольшие группы археологов пытаются найти средства и кадры, необходимые для идентификации, восстановления и изучения этих объектов, пока они не исчезли.
Группа ученых из Университета Колорадо, Национального музея Монголии и партнеров со всего мира работают над выявлением, анализом и сохранением древних материалов, появляющихся изо льда в травянистых степях Монголии, где подобные открытия оказывают огромное влияние на понимание учеными прошлого.
Жизнь у кромки льда
В теплые летние месяцы на хорошо орошаемых краях ледяных пятен процветают уникальные растения. Крупные животные, такие как карибу, лоси, овцы и даже бизоны, ищут лед, чтобы охладиться или спастись от насекомых.
Поскольку ледяные участки являются предсказуемыми источниками этих растений и животных, а также пресной воды, они играют важную роль в жизнеобеспечении населения почти везде, где встречаются. В сухих степях Монголии талая вода с горных льдов питает летние пастбища, а домашние олени ищут лед точно так же, как и их дикие сородичи. Несмотря на потепление климата, ледяные поля служат магнитом для людей и хранилищами оставленных ими материалов.
Не только биологическое и культурное значение ледяных пятен делает их важным инструментом для понимания прошлого. Осязаемые предметы, которые изготавливали и использовали первые охотники и скотоводы во многих горных регионах, были сделаны из мягких органических материалов. Эти хрупкие предметы редко выдерживают эрозию, непогоду и воздействие суровых стихий, характерных для горных районов. Однако в условиях глубокой заморозки выброшенные или потерянные во льдах предметы, которые в противном случае разрушились бы, могут сохраняться веками.
Однако высокогорье подвержено экстремальным погодным условиям и часто находится вдали от городских центров, где сосредоточены современные исследователи. По этим причинам значительный вклад горных жителей в историю человечества иногда остается за рамками археологической летописи.
Например, в Монголии в высокогорных районах Алтая существовали древнейшие скотоводческие общества региона. Но об этих культурах известно лишь по небольшому числу погребений и руинам нескольких каменных обветренных зданий.
Все больше артефактов тает во льдах
Одним из открытий стал тонко сплетенный кусок веревки из шерсти животных, найденный на тающей горной ледяной площадке в Западной Монголии. При обследовании мы заметили его среди камней, обнажившихся у кромки отступающего льда. Артефакт, возможно, являвшийся частью уздечки или упряжи, выглядел так, как будто его могли уронить в лед буквально накануне - наши гиды даже распознали технику традиционного изготовления. Однако научное радиоуглеродное датирование показало, что возраст артефакта составляет более 1 500 лет.
Подобные предметы дают редкие сведения о повседневной жизни древних скотоводов Западной Монголии. Их прекрасная сохранность позволяет провести расширенный анализ, чтобы реконструировать материалы и выбор ранних скотоводческих культур, которые в конечном итоге привели к возникновению таких общеевразийских империй, как Сюнну и Великая Монгольская империя.
Например, сканирующая электронная микроскопия позволила установить, что для изготовления этой веревочной уздечки была выбрана верблюжья шерсть, а коллаген, сохранившийся в древнем сухожилии, показал, что для крепления наконечника стрелы бронзового века к древку использовалась ткань оленя.
Иногда обнаруженные предметы перечеркивают самые основные представления археологов о прошлом. Население региона долгое время относили к скотоводческим обществам, но мы с коллегами обнаружили, что на монгольских ледниках и ледяных участках встречаются охотничьи артефакты, такие как копья и стрелы, а также скелетные останки крупных животных, например баранов архаров, относящиеся к периоду более чем трех тысячелетий. Эти находки свидетельствуют о том, что охота на крупную дичь на горных льдах была неотъемлемой частью пастушеского существования и культуры в Горном Алтае на протяжении тысячелетий.
Но время идет. Лето 2021 года стало одним из самых жарких за всю историю наблюдений: палящие летние температуры испепеляют тропические леса Тихоокеанского Северо-Запада, а лесные пожары бушуют в Сибирской Арктике. Особенно сильное воздействие эскалация температур оказывает на холодные регионы мира.
В районе западной Монголии спутниковые фотографии показывают, что за последние три десятилетия было утрачено более 40% ледяного покрова. После того как каждый артефакт оказывается на поверхности тающего льда, у ученых может быть лишь ограниченное время для его восстановления, прежде чем он будет поврежден, деградирует или потерян из-за сочетания замораживания и оттаивания, погодных условий и ледниковой активности, которые могут повлиять на ранее замороженные артефакты.
Из-за масштабов современного изменения климата трудно определить, сколько материала теряется. Многие высокогорные районы Центральной и Южной Азии никогда не подвергались систематическому обследованию на предмет наличия тающих артефактов. Кроме того, многие международные проекты не могут быть реализованы с лета 2019 года из-за пандемии COVID-19, которая также привела к сокращениям, уменьшению заработной платы и даже полному закрытию археологических кафедр в ведущих университетах.
Раскрытые потеплением, они дают климатические подсказки
Артефакты ледяных пятен - это незаменимые научные данные, которые могут помочь исследователям охарактеризовать древние реакции на изменение климата и понять, как современное потепление может повлиять на современный мир.
Помимо артефактов, оставленных человеком на снегу, ледяные пятна также сохраняют "экофакты" - природные материалы, позволяющие проследить важные экологические изменения, например, смещение линий деревьев или изменение среды обитания животных. Собирая и интерпретируя эти данные вместе с артефактами, найденными во льду, ученые могут получить представление о том, как люди приспосабливались к значительным экологическим изменениям в прошлом, и, возможно, расширить набор инструментов для борьбы с климатическим кризисом XXI века.
Между тем, растительные, животные и человеческие сообщества, зависящие от сокращающихся участков льда, также находятся под угрозой. В северной Монголии летняя потеря льда наносит ущерб здоровью домашних оленей. Местные пастухи обеспокоены тем, как потеря льда скажется на жизнеспособности пастбищ. Таяние льда сочетается и с другими экологическими изменениями: В Западной Монголии популяции животных резко сократились из-за браконьерства и плохо регулируемой туристической охоты".
В то время как сильная жара обнажает артефакты, позволяющие понять устойчивость древнего климата, и другие важные научные данные, сама потеря льда снижает устойчивость человечества на ближайшие годы.
Многие биологи считают, что есть, такие типы вирусов: бактериофаги или вирусы, заражающие бактерии. Когда ДНК этих вирусов попадает в клетку, она может содержать инструкции, позволяющие клетке выполнять новые трюки.
Могучая сила бактериальных вирусов
Бактериофаги, или сокращенно фаги, держат под контролем популяции бактерий как на суше, так и в море. Ежедневно они убивают до 40% бактерий в океанах, помогая контролировать цветение бактерий и перераспределение органических веществ.
Их способность избирательно убивать бактерии также радует врачей. Природные и сконструированные фаги успешно используются для лечения бактериальных инфекций, которые не поддаются антибиотикам. Этот процесс, известный как фаговая терапия, может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Последние исследования указывают на еще одну важную функцию фагов: они могут быть самыми лучшими генетическими мастерами природы, создающими новые гены, которые клетки могут перестраивать для получения новых функций.
Фаги являются самой распространенной формой жизни на планете: в любой момент в мире насчитывается не один миллион - это единица с 31 нулем после нее. Как и все вирусы, фаги имеют высокую скорость репликации и мутации, то есть при каждом размножении они образуют множество вариантов с различными характеристиками.
Большинство фагов имеют жесткую оболочку, называемую капсидом, которая заполнена их генетическим материалом. Во многих случаях оболочка имеет больше места, чем требуется фагу для хранения ДНК, необходимой для его репликации. Это означает, что у фагов есть место для хранения дополнительного генетического багажа: генов, которые на самом деле не нужны для выживания фага и которые он может изменять по своему усмотрению.
Как бактерии перенастроили вирусный переключатель?
Чтобы понять, как это происходит, давайте более подробно рассмотрим жизненный цикл фага.
Фаги бывают двух основных видов: умеренные и вирулентные. Вирулентные фаги, как и многие другие вирусы, действуют по программе "вторжение-репликация-убийство". Они проникают в клетку, захватывают ее компоненты, создают свои копии и вырываются наружу.
Фаги умеренного типа, с другой стороны, играют в долгую игру. Они соединяют свою ДНК с ДНК клетки и могут лежать в спящем состоянии годами, пока что-то не вызовет их активацию. Тогда они возвращаются к вирулентному поведению: реплицируются и вырываются наружу.
Многие умеренные фаги используют повреждение ДНК в качестве пускового механизма. Это своего рода сигнал "Хьюстон, у нас проблема". Если ДНК клетки повреждается, это означает, что ДНК фага-резидента, скорее всего, будет повреждена следующей, поэтому фаг мудро решает перепрыгнуть на другой корабль. Гены, которые направляют фаг на репликацию и вырываются наружу, выключены, если не обнаружено повреждение ДНК.
Бактерии перенастроили механизмы, контролирующие этот жизненный цикл, чтобы создать сложную генетическую систему, которую ученые изучают уже более двух десятилетий.
Бактериальные клетки также заинтересованы в том, чтобы знать, не повреждается ли их ДНК. Если это так, они активируют набор генов, которые пытаются восстановить ДНК. Эта реакция известна как бактериальная реакция SOS, потому что если она не сработает, клетка погибнет. Бактерии организуют SOS-ответ с помощью белка, похожего на переключатель, который реагирует на повреждения ДНК: Он включается, если есть повреждение, и выключается, если его нет.
Возможно, что бактериальные и фаговые переключатели эволюционно родственны. В связи с этим возникает вопрос: Кто изобрел переключатель, бактерии или вирусы?
Предыдущие исследования и работы других исследователей показывают, что фаги сделали это первыми. В нашем недавнем докладе мы обнаружили, что SOS-реакция бактерий Bacteroidetes, группы бактерий, составляющих до половины бактерий, живущих в вашем кишечнике, находится под контролем фагового переключателя, который был перенастроен для реализации собственных сложных генетических программ бактерий. Это позволяет предположить, что бактериальные SOS-переключатели на самом деле являются фаговыми переключателями, которые были перенастроены много веков назад.
Не только бактериальные переключатели оказываются изобретениями фага. Прекрасная детективная работа показала, что бактериальный ген, необходимый для деления клеток, также возник в результате "одомашнивания" гена токсина фага. А многие системы бактериальной атаки, такие как токсины и генетическое оружие, используемое для их введения в клетки, а также камуфляж, который они используют для уклонения от иммунной системы, известны или подозреваются в фаговом происхождении.
Положительные стороны вирусов.
Хорошо, подумаете вы, фаги - это здорово, но вирусы, которые нас заражают - это, конечно, не круто. Тем не менее, появляется все больше доказательств того, что вирусы, заражающие растения и животных, также являются основным источником генетических инноваций в этих организмах. Например, было показано, что одомашненные вирусные гены играют ключевую роль в эволюции плаценты млекопитающих и в поддержании влажности кожи человека.
Последние данные свидетельствуют о том, что даже ядро клетки, в котором находится ДНК, также могло быть вирусным изобретением. Исследователи также предположили, что предки современных вирусов могли быть пионерами в использовании ДНК в качестве первичной молекулы для жизни. Не такой уж маленький подвиг.
Поэтому, хотя вы привыкли считать вирусы квинтэссенцией злодея, они, возможно, являются мощным двигателем генетических инноваций в природе. Люди существуют сегодня, скорее всего, благодаря им.
Этот прорыв в медицине обычно приписывают одному человеку, Фредерику Бантингу, который искал лекарство от диабета. Но создание надежного средства для лечения диабета зависело от исследований двух других ученых, Оскара Минковского и Сёрена Сёренсена, которые ранее проводили исследования на, казалось бы, несвязанные темы.
История инсулина иллюстрирует тот факт, что медицинские инновации строятся на фундаменте науки, а затем требуются квалифицированные инженеры, чтобы вывести лечение из лаборатории и доставить его людям, которые в нем нуждаются.
Эта идея, в некотором роде, заложена в правилах легкой атлетики. В соревнованиях с несколькими забегами - от студенческого уровня до Олимпийских игр - люди, показавшие более высокое время в ранних забегах, назначаются на средние дорожки в последующих забегах. Другими словами, самые быстрые бегуны получают вознаграждение в виде, как предполагается, лучших дорожек.
Моя недолгая беговая карьера давно позади, но в своей профессиональной деятельности я много думаю об использовании статистики для извлечения смысла из данных. В преддверии Олимпийских игр я решил проверить достоверность фольклора о распределении дорожек, оставшегося со времен моей спринтерской карьеры.
Используя данные Международной ассоциации легкоатлетических федераций за 20 лет, я обнаружил, что давние убеждения о преимуществе дорожки не подтверждаются данными. И на самом деле, в спринте на 200 метров данные свидетельствуют о том, что дорожки, которые часто воспринимаются как наименее желательные, на самом деле являются самыми быстрыми.
Первым шагом в создании модели затонувшего корабля было обучение компьютера тому, как выглядит затонувший корабль. Также важно было научить компьютер отличать затонувшие корабли от рельефа морского дна. Для этого понадобилось множество примеров кораблекрушений. Также нужно было научить модель тому, как выглядит естественное дно океана.
Удобно, что Национальное управление океанических и атмосферных исследований ведет общедоступную базу данных о затонувших кораблях. У нее также есть большая общедоступная база данных различных видов изображений, собранных по всему миру, включая сонарные и лидарные снимки морского дна.
Техническая поддержка проекта ВсеТут