Ученые могут делать довольно точные прогнозы на будущее. Но предсказать, какой будет Земля через 500 лет, - задача не из легких, поскольку здесь действует множество факторов. Представьте себе Христофора Колумба в 1492 году, пытающегося предсказать современную Америку!
Мы знаем, что нашу планету изменяют два основных типа процессов: Один связан с природными циклами, например, с вращением планеты вокруг Солнца, а другой - с деятельностью живых организмов, в первую очередь человека.
Земля сама находится в движении
Земля постоянно меняется. Она колеблется, меняется угол ее наклона, меняется даже ее орбита, приближая или отдаляя Землю от Солнца. Эти изменения происходят в течение десятков тысяч лет и являются причиной ледниковых периодов.
С точки зрения геологии пятьсот лет - не такой уж большой срок.
Человек изменяет планету
Второе большое влияние на планету оказывают живые существа. Влияние жизни на планету предсказать сложнее. Нарушение одной части экосистемы может вывести из равновесия множество других.
В частности, человек изменяет Землю во многих направлениях.
Они вырубают леса и уничтожают важные места обитания диких животных, чтобы строить города и выращивать сельскохозяйственные культуры. Они расселяют по планете инвазивные виды, нарушая экосистемы.
Они также способствуют глобальному потеплению. Люди вызывают изменение климата, в основном сжигая ископаемое топливо, которое выбрасывает в атмосферу больше парниковых газов, чем может выдержать планета и атмосфера.
Обычно парниковые газы задерживают тепло Солнца, как это делает стекло теплицы, сохраняя Землю более теплой, чем это было бы в противном случае. Это может быть полезно - до тех пор, пока их не становится слишком много.
В результате избытка углекислого газа температура повышается, что может привести к опасно жарким летним дням и таянию льдов в Гренландии и Антарктиде. Таяние ледяных покровов приводит к повышению уровня Мирового океана, что вызывает наводнения в прибрежных районах.
Именно с этим сталкивается сейчас Земля. Эти изменения могут привести к тому, что через 500 лет планета будет совсем другой, что во многом зависит от того, насколько люди готовы изменить свой образ жизни. Потепление планеты может также способствовать возникновению экстремальных погодных явлений, таких как волны жары, штормы и засухи, которые могут привести к изменению рельефа. Все живые организмы Земли находятся в опасности.
Уроки последних 500 лет
Если оглянуться на прошедшие 500 лет, то можно сказать, что живая часть Земли, называемая биосферой, сильно изменилась.
Число людей увеличилось с примерно 500 млн. до более чем 7,5 млрд. человек в настоящее время. За это время из-за деятельности человека вымерло более 800 видов растений и животных. По мере роста численности человечества у других видов животных остается все меньше места для обитания. Повышение уровня моря означает еще меньшую площадь суши, а повышение температуры приведет к миграции многих видов в более благоприятные климатические условия.
Не все изменения на Земле происходят по вине человека, но некоторые из них он усугубил. Главная задача сегодня - заставить людей перестать делать то, что создает проблемы, например сжигать ископаемое топливо, которое способствует изменению климата. Это одна из глобальных проблем, которая требует от стран мира и их жителей совместных усилий.
Возвращаясь к Христофору Колумбу, можно сказать, что он и представить себе не мог ни шоссе с автомобилями, ни мобильный телефон. Несомненно, в ближайшие 500 лет технологии также будут совершенствоваться. Но пока что технологические решения не могут быть достаточно быстро распространены, чтобы решить проблему изменения климата. Продолжать делать то же самое и ожидать, что потом кто-то другой исправит ситуацию, было бы рискованной и дорогостоящей авантюрой.
Таким образом, Земля через 500 лет может стать неузнаваемой. Или, если люди захотят изменить свое поведение, она может сохранять свои живые леса, океаны, поля и города еще много веков вместе со своими самыми успешными жителями - человечеством.
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