В 2021 году катастрофические наводнения захлестнули города Германии, Бельгии и Нидерландов, затопили тоннели метро в Китае, пронеслись по северо-западу Африки и вызвали смертоносные оползни в Индии и Японии. Жара и засуха вызвали лесные пожары на западе Северной Америки и в Сибири, привели к нехватке воды в Иране и усугубили голод в Эфиопии, Сомали и Кении.
Подобные экстремальные явления все чаще вызываются или усугубляются в результате антропогенного воздействия на климат Земли. На протяжении тысячелетий климат Земли не менялся так быстро и глубоко, как это происходит сегодня.
Однако в меньших масштабах люди уже наблюдали волны экстремальных погодных явлений, совпадающих с изменениями температуры. Это произошло во время так называемого Малого ледникового периода - периода между XIV и XIX веками, который характеризовался крупными извержениями вулканов и резкими похолоданиями в некоторых частях света.
Считается, что даже в самые холодные десятилетия Малого ледникового периода средняя глобальная температура охлаждалась менее чем на полградуса Цельсия, однако в отдельных регионах экстремальные явления были обычным делом.
В дневниках и письмах того периода люди писали о "годах без лета", когда ветреная погода сохранялась долгое время после наступления весны. В один из таких летних периодов, в 1816 г., холод, последовавший за мощным извержением вулкана в Индонезии, погубил урожай в некоторых регионах Европы и Северной Америки. Менее известны необычайно холодные европейские лета 1587, 1628 и 1675 годов, когда несезонные морозы вызывали страх, а в некоторых местах и голод.
"Ужасно холодно, - писала писательница Мари де Рабутен-Шанталь из Парижа в последний из этих лет, - поведение солнца и времен года изменилось".
Не менее страшными были и зимы. По сообщениям людей, в 17 веке метели бушевали даже на юге Флориды и в китайской провинции Фуцзянь. Морской лед задерживал корабли, неоднократно перекрывал Чесапикский залив и замерзал на реках от Босфора до Мёз. В начале 1658 г. лед настолько полностью покрыл Балтийское море, что шведская армия прошла по воде, разделяющей Швецию и Данию, и взяла в осаду Копенгаген. В стихах и песнях говорится о том, что люди просто замерзали насмерть, ютясь в своих домах.
Это были холода, а не волны жары, но в целом история должна показаться знакомой: Небольшое глобальное изменение климата резко изменило вероятность экстремальных погодных явлений на местах. Ученые, изучающие историю климата и общества выявляют эти изменения в прошлом и выясняют, как на них реагировало человеческое население.
Что стоит за экстремальными явлениями
Мы знаем о Малом ледниковом периоде, поскольку в природе существует множество таких объектов, как деревья, сталагмиты и ледяные щиты, которые реагируют на погодные условия, постепенно увеличиваясь или накапливаясь с течением времени. Специалисты могут использовать прошлые колебания их роста или химического состава в качестве индикаторов колебаний климата и таким образом создавать графики или карты - реконструкции - которые показывают исторические изменения климата.
Эти реконструкции показывают, что волны похолодания охватили большую часть земного шара. Они также указывают на вероятные причины, включая серию взрывных извержений вулканов, которые резко выбросили в стратосферу пыль, рассеивающую солнечный свет, и медленную внутреннюю изменчивость региональных моделей циркуляции атмосферы и океана.
Однако эти причины могли охладить Землю лишь на несколько десятых долей градуса Цельсия во время самых холодных волн Малого ледникового периода. И это охлаждение было не столь последовательным, как современное потепление.
Небольшие глобальные тенденции могут маскировать гораздо более значительные локальные изменения. Исследования показали, что незначительное похолодание, вызванное извержениями вулканов, может уменьшить обычный контраст между температурами суши и моря, поскольку суша нагревается и остывает быстрее океана. Поскольку этот контраст приводит в движение муссоны, после сильных извержений летние муссоны в Африке и Восточной Азии могут ослабевать. Это, вероятно, нарушило атмосферную циркуляцию вплоть до Северной Атлантики, уменьшив приток теплого воздуха в Европу. Именно поэтому, например, в 1816 году, когда не было лета, в некоторых районах Западной Европы температура остыла более чем на 3 C, в то время как на остальной части земного шара она была гораздо меньше.
Петли обратной связи также усиливали и поддерживали региональное похолодание, подобно тому, как они усиливают региональное потепление сегодня. Например, в Арктике более низкие температуры могут означать увеличение количества и продолжительности существования морского льда. Лед отражает больше солнечного света обратно в космос, чем вода, и эта обратная связь приводит к еще большему похолоданию, увеличению количества льда и т.д. В результате сравнительно скромные климатические изменения Малого ледникового периода, вероятно, имели глубокие локальные последствия.
Изменение характера атмосферной циркуляции и давления также привело к тому, что во многих регионах наблюдалась удивительно влажная, сухая или штормовая погода.
Обильные морские льды в Гренландском море могли изменить направление североатлантических штормов на юг, в результате чего сильные штормы обрушились на дамбы и плотины современных Нидерландов и Бельгии. Тысячи людей погибли во время наводнения в День всех святых в 1570 году на побережье Германии и Нидерландов, а также во время Рождественского наводнения 1717 года. Обильные осадки и вода, скопившаяся за плотинами тающего льда, неоднократно преодолевали неадекватную защиту от наводнений и затапливали центральную и западную Европу. "Кто не пожалеет города?" - сетовал один летописец, увидев в 1602 году, как его город погружается в воду, а затем горит. "Один шторм, одно наводнение, один пожар уничтожили все это".
Охлаждение температуры поверхности моря в северной части Атлантического океана, вероятно, также привело к смещению ветров, приносящих дожди в районе экватора, на юг, что спровоцировало засухи, подорвавшие водную инфраструктуру Ангкора XV века.
Возможно, из-за умеренного охлаждения вулканической пылевой завесы нарушение циркуляции атмосферы привело в XVI в. к сильным засухам, вызвавшим нехватку продовольствия в Османской империи. В 1640 г. просто пересох грандиозный канал, снабжавший Пекин продовольствием, а короткая, но сильная засуха 1666 г. подготовила деревянную инфраструктуру европейских городов к волне катастрофических городских пожаров.
Как это относится к сегодняшнему дню?
Сегодня температурный сдвиг идет в обратном направлении - глобальная температура уже на 1 C (1,8 F) выше, чем до начала индустриальной эпохи, и по всему миру происходят локальные, иногда разрушительные, экстремальные явления.
Новое исследование показало, что экстремальные волны тепла, которые не просто бьют рекорды, а побивают их, становятся более распространенными при резком изменении температуры.
Это служит предупреждением для правительств о необходимости удвоить усилия по ограничению потепления до 1,5 C (2,7 F) по сравнению со средним значением 20-го века, а также инвестировать в разработку и внедрение технологий, позволяющих отфильтровывать парниковые газы из атмосферы.
Восстановление химического состава атмосферы займет многие десятилетия после того, как страны снизят выбросы парниковых газов, а сообществам придется адаптироваться к более жаркой и менее пригодной для жизни планете. Государства и сообщества могут извлечь уроки из успешного опыта Малого ледникового периода: Процветающими были те группы населения, которые обеспечивали свою бедноту, создавали разнообразные торговые сети, мигрировали из уязвимых мест и, прежде всего, активно адаптировались к новым экологическим реалиям.
Люди, жившие во время Малого ледникового периода, лишены, возможно, самого важного ресурса, доступного сегодня: способности извлекать уроки из долгой глобальной истории человеческих реакций на изменение климата.
Даже если дети проводят по пять часов в день за экраном - будь то компьютер, телевизор или планшет - это не кажется вредным. Именно это ученые обнаружили после анализа данных, полученных от почти 12 000 участников Исследования когнитивного развития мозга подростков.
Среди участников были дети в возрасте от 9 до 10 лет из разных слоев общества, с разным уровнем дохода и разной этнической принадлежности. Мы изучили, как время, проведенное у экрана, связано с некоторыми из наиболее важных аспектов их жизни: сном, психическим здоровьем, поведением и дружбой.
Результаты не выявили никакой связи между экранами и депрессией или тревожностью ребенка. Большее количество экранного времени было связано с более прочными отношениями со сверстниками как у мальчиков, так и у девочек - у тех и других было больше друзей мужского и женского пола. Социальное использование устройств может определять эту связь; например, видеоигры - это социальная деятельность, которая, по-видимому, способствует укреплению дружеских отношений. Также, как и социальные сети.
Почему это важно
Дети проводят у экранов больше времени, чем когда-либо прежде. Родители часто беспокоятся, что эти технологии негативно влияют на детей, особенно на тех, кто вступает в подростковый возраст - критический период развития.
Что еще неизвестно
Исследование также выявило отрицательные корреляции: большее количество экранного времени предсказывало более высокий уровень проблем с вниманием, худший сон, более низкую успеваемость, а также рост агрессии и плохого поведения.
Принятые за чистую монету, эти контрастные положительные и отрицательные корреляции сбивают с толку. Хорошо или плохо экранное время?
Возможно, ни то, ни другое: если посмотреть на силу корреляций, то мы увидим лишь очень скромные ассоциации. То есть, любая связь между временем, проведенным у экрана, и различными результатами, хорошими или плохими, настолько мала, что вряд ли имеет значение на клиническом уровне.
Некоторые дети набрали меньше баллов, чем другие по этим показателям, некоторые - больше; экранное время объясняет только 2% разницы в оценках. Это говорит о том, что различия объясняются многими переменными, а не только экранным временем. Это очень маленькая часть гораздо большей картины.
Кроме того, наше исследование является корреляционным, а не причинно-следственным. Корреляционное исследование показывает, что две, казалось бы, связанные переменные не обязательно вызывают изменения друг в друге. Каузальное исследование подразумевает, что одна переменная вызвала прямое изменение другой.
Например, мы обнаружили, что подростки, которые проводят больше времени за экранами, могут проявлять больше симптомов агрессии. Но мы не можем сказать, что время, проведенное за экраном, вызывает эти симптомы; возможно, более агрессивным детям дают устройства, чтобы отвлечь их и успокоить их поведение.
Итог: хотя родители должны следить за тем, чтобы их дети использовали гаджеты надлежащим образом, наши первые исследования показывают, что длительное время, проведенное за экраном, вряд ли приведет к тяжелым последствиям.
Есть астрономы со специализацией в наблюдательной космологии - они изучают далекие галактики уже много лет. Некоторые из самых больших вопросов о Вселенной, на которые нет ответов, относятся к ее раннему периоду сразу после Большого взрыва. Когда образовались первые звезды и галактики? Что появилось первым и почему? Я невероятно рад, что астрономы скоро смогут узнать историю возникновения галактик, ведь "Джеймс Уэбб" был создан специально для того, чтобы ответить именно на эти вопросы.
"Темные века" Вселенной
Превосходные данные свидетельствуют о том, что Вселенная началась с события под названием Большой взрыв 13,8 миллиарда лет назад, в результате которого она оказалась в сверхгорячем, сверхплотном состоянии. После Большого взрыва Вселенная сразу же начала расширяться, охлаждаясь по мере этого. Через секунду после Большого взрыва Вселенная имела размеры в сто триллионов миль в поперечнике, а ее средняя температура составляла невероятные 18 миллиардов F (10 миллиардов C). Примерно через 400 000 лет после Большого взрыва Вселенная была уже 10 миллионов световых лет в поперечнике, а ее температура остыла до 5500 F (3000 C). Если бы в этот момент кто-то мог наблюдать за ней, Вселенная светилась бы тусклым красным светом, как гигантская тепловая лампа.
В течение всего этого времени пространство было заполнено густым супом из частиц высокой энергии, излучения, водорода и гелия. Не было никакой структуры. По мере того как расширяющаяся Вселенная становилась все больше и холоднее, суп истончался, и все вокруг становилось черным. Это было началом того, что астрономы называют темными веками Вселенной.
Суп Темных веков не был идеально однородным, и под действием гравитации крошечные участки газа начали слипаться и становиться более плотными. Гладкая Вселенная стала бугристой, и эти небольшие сгустки более плотного газа стали семенами для последующего формирования звезд, галактик и всего остального во Вселенной.
Хотя смотреть было не на что, Темные века были важным этапом в эволюции Вселенной.
В поисках первого света
Темные века закончились, когда под действием гравитации образовались первые звезды и галактики, которые со временем начали излучать первый свет. Хотя астрономы не знают, когда появился первый свет, лучше всего предположить, что это произошло через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Астрономы также не знают, что образовалось первым - звезды или галактики.
Современные теории, основанные на том, как гравитация формирует структуру во Вселенной, в которой доминирует темная материя, предполагают, что сначала образовались небольшие объекты, такие как звезды и звездные скопления, которые затем выросли в карликовые галактики, а затем в более крупные галактики, такие как Млечный Путь. Эти первые звезды во Вселенной были экстремальными объектами по сравнению с сегодняшними звездами. Они были в миллионы раз ярче, но жили очень недолго. Они горели жарко и ярко, а когда умирали, то оставляли после себя черные дыры, масса которых в сотни раз превышала массу Солнца, что могло послужить семенами для формирования галактик.
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.
Техническая поддержка проекта ВсеТут