Наука | Научпоп

В Международный день света ученые Пермского Политеха рассказали, почему глаза у человека на фото становятся красными, а у кошек — зелеными, что случилось с фоторецепторами дальтоников, зачем животным «третий» глаз, откуда у света масса и способность «давить», можно ли звук превратить в свечение и существуют ли частицы, которые двигаются быстрее скорости света.

Как человек воспринимает цвет?

— Цветовое зрение, то есть способность глаза различать цвета, основано на его способности ощущать различия в спектральном составе видимых излучений. Таким образом, ключевым участником процесса цветоощущения является зрительная сенсорная система живого организма, включающая точный и тонко настроенный «прибор» (глаз), который воспринимает электромагнитные лучи с помощью специальных фоторецепторов (сенсорных нейронов), — рассказывает Ольга Красных, кандидат химических наук, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ.

В результате поглощения таким рецептором кванта света происходит фотохимическая реакция. В ходе работы сложной сопряженной системы клеток и органов сигнал, генерируемый фоторецепторами, преобразуется в зрительные ощущения. Так формируются образы окружающей действительности, которые обладают не только формой, размером, но и цветом. При этом результат зависит от характеристик электромагнитной волны, типа задействованных фоторецепторов (у млекопитающих, например, это «палочки», «колбочки», а также сравнительно недавно открытые светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки глаза), работы специализированных нейронов, нервов и состояния принимающего и обрабатывающего сигнал участка головного мозга.

Этот процесс чрезвычайно сложный, и каждая стадия может повлиять на результат. Но разнообразие в цвете для человека определяется, прежде всего, длиной волны падающего на фоторецептор светового излучения.

Человек не различает цвета — в чем причина?

Ольга Красных отмечает, что каждый фоторецептор «работает» в заданном интервале длин волн, то есть обеспечивает чувствительность организма к определенной части спектра и к возникновению ощущения конкретного цвета. Так, у человека за восприятие цвета отвечают в основном три типа «колбочек», чувствительных к фиолетово-синей, зелено-желтой и желто-красной частям спектра. Если по какой-то причине хотя бы один из рецепторов функционирует не должным образом или совершенно выключен из работы, то данный участок электромагнитного излучения не будет восприниматься организмом. Поэтому ощущение цвета, отвечающее за этот интервал, будет отсутствовать. Такое нарушение, часто наследственное, лежит в основе аномалии зрения — дальтонизма.

Почему у существ, живущих на Земле, зрительный аппарат так сильно различается?

Разнообразие жизни на Земле обусловило соответствующее разнообразие органов зрения. Главная их функция — помогать живому организму ориентироваться в пространстве. А различаются они в зависимости от уровня организации, среды обитания, образа жизни и других факторов. Например, дождевой червь «видит» благодаря фоторецепторным клеткам, которые находятся в большинстве частей эпидермиса и позволяют ему отличать свет и тень.

Глаза большинства земноводных — парный орган, позволяющий различать цвета, а также воспринимать излучение в УФ-области. Благодаря анатомии глаза поле зрения многих представителей бесхвостых земноводных увеличивается до 360°. При этом остается довольно большой сектор, где зрение бинокулярно, то есть дает возможность оценивать размеры, расстояния и успешно фиксировать движущиеся предметы (добычу).

— У большого количества бесхвостых земноводных, рыб и рептилий, кроме обычной пары глаз, присутствует непарный светочувствительный орган — теменной (или третий) глаз. Он расположен на макушке и выглядит как «ямка», заросшая кожей. Этот орган способен улавливать фотоны и оценивать интенсивность светового потока, при этом изображения он не дает. Известно, что теменной глаз может реагировать на широкий диапазон длин волн: от ультрафиолетового до красного. Более того, этот орган особо чувствителен к поляризации света и позволяет определять положение солнца на небе даже в пасмурную погоду. Так животные с высокой точностью определяют время рассвета и заката, — рассказывает Ольга Красных.

Почему на старых фотографиях глаза получались красными?

— Такой эффект достигался попаданием на пленку света, отраженного от глазного дна. Поскольку на нем множество кровеносных сосудов, свет получался красным. При этом натуральный цвет глаз человека не важен — отблеск в любом случае будет красным, — отмечает Константин Латкин, старший преподаватель кафедры общей физики ПНИПУ.

Есть и другая теория: эффект «красных глаз» достигается за счет отражения фотовспышки от сетчатки глаза. У человека она лучше поглощает коротковолновую область светового спектра, и потому красная, длинноволновая, больше отражается. У животных отраженный через зрачок свет может иметь другой оттенок. Так, например, у кошек возникает эффект «зеленых» глаз благодаря особому слою, который делает их зрение острее в темноте.

Как звук превращается в свет?

— Звук — это колебания плотности, распространяющиеся в упругой среде. В прямом смысле превратить их в свет нельзя. Но эти колебания указывают на наличие в ней деформаций, а деформация некоторых веществ (кварца, цинковой обманки и других пьезоэлектриков) приводит к возникновению на их поверхности электрических зарядов, которые могут создать искру. А искра — это электромагнитная волна, то есть свет, — рассказывает Дмитрий Баяндин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики ПНИПУ.

Как добавляет Константин Латкин, любое тело состоит из молекул и атомов, которые колеблются и передают это движение соседним частицам. Энергию этого движения мы определяем температурой. Передача этих колебаний от частицы к частице очень похожа на распространение звука. С точки зрения физики, между этими двумя явлениями нет больших различий. То есть в любом нагретом теле очень много звуков, которые просто не могут быть распознаны человеческим ухом. Значит, свет от сильно нагретых тел создан своего рода сложными внутренними звуками материала.

С помощью звука возможно также управлять светом. Например, в акусто-оптических датчиках звуковая волна выступает в роли слабого зеркала. А при бриллюэновском рассеянии звук способен изменить цвет света — частоту и длину волны.

Почему свет, не обладая массой, оказывает давление?

С квантовой точки зрения, свет — это поток (фотонов), которые принципиально не могут быть в состоянии покоя и перемещаются со скоростью, называемой скоростью света. Раз фотон находится в постоянном движении, у него нет массы в привычном, бытовом смысле. Но есть энергия и импульс. Передавая освещаемой поверхности импульс, поток фотонов создает давление на эту поверхность.

— И все же «невесомому» фотону можно присвоить массу, если воспользоваться формулой теории относительности Е=mc2. Масса фотона отсюда равна его энергии, деленной на квадрат скорости света. Чем больше частота фотона (вспомним, что свет является также электромагнитной волной), тем больше его масса, — добавляет Дмитрий Баяндин.

Может ли частица с массой достичь скорости света — 299,8 тысяч м/с?

— Ученым удалось разогнать электрон до 99,999999995% от скорости света. При этом частица, обладающая массой, не может достигнуть скорости света. Это ограничение описано в специальной теории относительности Альберта Эйнштейна: для разгона массивной частицы каждый раз будет требоваться все больше энергии, а скорость света так и не будет достигнута. Это и происходит в экспериментах по разгону электрона. Кстати, увеличивают его скорость с помощью искусственно созданных электрических полей, а направление задают — с помощью магнитных, — рассказывает Константин Латкин,

Есть частицы, которые движутся быстрее скорости света — тахионы?

— Тахионы появились поначалу как плоды «игр разума». Физики около ста лет пытаются построить теорию, которая объединяла бы и объясняла многообразие элементарных частиц и четыре типа их взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое ядерное. За прошедшие десятилетия были разработаны квантовая электродинамика, электрослабая теория, теория великого объединения, предпринимаются попытки создания «теории всего». В основе их всех лежат идеи квантовой механики и теории относительности. Например, для выполнения известных соотношений теории относительности тахионы должны не просто иметь возможность двигаться быстрее света — они не имеют права двигаться медленнее света. При замедлении тахионов (но до скорости, превышающей скорость света) их энергия не уменьшается, а увеличивается, — объясняет Дмитрий Баяндин.

Тахионы также существуют в теории струн: все частицы (включая предполагаемые) в четырехмерном пространстве-времени являются лишь колебанием «струн», из которых состоит все вокруг. Все эти теоретические построения демонстрируют некие модели устройства мира, но не все могут предложить эксперименты, подтверждающие их истинность. Потому и остаются красивыми моделями, а не теориями в полном смысле слова. То же самое можно сказать о тахионах — теоретические модели есть, но частицы не обнаружены, и даже непонятно, как их найти.

Получится ли замедлить и полностью остановить свет?

— Скорость света в вакууме — фундаментальная постоянная. С этой скоростью распространяется не только свет, но и гравитационное поле. Мы знаем, что свет от Солнца достигает Земли примерно за 8 минут. Если неожиданно из нашей системы исчезнет Солнце, то и гравитационное поле звезды в области Земли исчезнет вместе с последними лучами. Так как свет — электромагнитная волна, то он может взаимодействовать с заряженными частицами, протонами и электронами. Свет, попадая в любой материал, замедляется, словно «увязает» в нем. Например, в воде скорость света уменьшается в 1,33 раза. Сильно замедлить или вообще остановить свет не получится. Это волна, которая существует только в движении, — объясняет Константин Латкин.

Что было раньше — курица или яйцо? Ответ на этот парадокс, над которым ломали голову ещё античные мыслители, для биолога однозначен: сначала было яйцо. Во-первых, яйца возникли задолго до появления птиц — ещё рыбы в океане откладывали икру. «Но икра — это же яйца без скорлупы!» — воскликнут скептики. Что ж, яйца со скорлупой откладывали рептилии — тоже задолго до появления куриц. Если вы спросите, что было раньше — курица или куриное яйцо, отвечу то же самое: яйцо. Всё потому, что биологическая эволюция происходит за счёт постепенных изменений, вызванных мутациями в ДНК. Какую мутацию, определяющую «куриность», не возьми, сначала она должна была возникнуть на самых ранних этапах эмбрионального развития, то есть в яйце, а уже потом она могла повлиять на развитие курицы.

Дискуссия о курицах и яйцах очень схожа со спорами о том, что такое жизнь и где протекает грань между жизнью и нежизнью. Философы часто пристают к биологам с этим вопросом, мол, дайте точное определение жизни! «Непонятнно, что вы изучаете. У вас наука о жизни, а определения у жизни какое? Вот вирусы живые или мёртвые?» А биологи часто отвечают: «Идите нафиг. Нам понятно, что мы делаем: мы занимаемся изучением репликаторов — химических систем, которые себя копируют. А что называть жизнью, для нас не очень важно».

Почему определение жизни часто спотыкается именно на вирусах? Потому что вирус в плане классификации находится на самой грани того, что мы называем живым. Вот смотрите: бактериальная клетка — явно живая. А кусок белка или молекула ДНК — явно нет (молекула ДНК сама по себе — просто большой кусок биополимера). Вирус же находится в «серой зоне». У него есть как признаки живых, так и неживых организмов, например, он вполне успешно размножается.

Тогда давайте разбираться, что такое жизнь вообще. Возможно, вы сейчас удивитесь, но у нас до сих пор нет общепринятого определения жизни. Но многие учёные серьёзно задавались этим вопросом — причём как биологи, так и небиологи. Собственно, одну из самых известных книжек на эту тему написал австрийский физик-теоретик Эрвин Шрёдингер.

Она так и называется: «Что такое жизнь?» Учёный издал её в далёком 1944 году — для своего времени она была очень прогрессивной. В книге Шрёдингер размышлял о том, что жизнь с точки зрения термодинамики устроена крайне интересно. Согласно второму началу термодинамики, энтропия (мера неупорядоченности) любой изолированной системы должна неизбежно расти — и она никогда не убывает. Но мы также знаем, что жизнь постоянно усложняется: и в ходе эволюции, и даже по ходу роста отдельного организма.

Так вот, тут нет никакого противоречия — ведь жизнь берёт ресурсы извне. И отдельное существо, и сама биосфера — это не замкнутые системы. Поэтому они и усложняются — за счёт увеличения энтропии где-то ещё. Значит, напрашивается такое вот интересное определение: жизнь — это то, что использует энергию и материю из окружающей среды, чтобы поддерживать себя.

Но есть нюанс: жизнь — это не единственная вещь, которая может поддерживать себя и при этом усложняться. Например, в химии существуют так называемые автокаталитические реакции — химические процессы, которые могут сами себя ускорять. В университетах студентам часто показывают реакцию Белоусова-Жаботинского как наглядный пример. А ещё есть кристаллы. Они растут и организуются в очень упорядоченные системы — но кристаллы мы не называем живыми организмами.

Ещё раз: по Шрёдингеру, жизнь — это открытая система, которая использует градиенты (то есть перепады в количестве энергии или вещества) в окружающей её среде для того, чтобы создавать неидеальные копии себя. И это определение жизни через термодинамику практически совпадает с одним из самых популярных определений из биологии. Согласно биологам, жизнь — это поддерживающая сама себя химическая система, способная к дарвиновской эволюции. Например, это определение используют специалисты NASA. Скажем, нашли учёные на другой планете нечто. Как понять, жизнь это или нет? Если это нечто может эволюционировать по Дарвину, значит, мы встретили живой организм.

Кстати, определение NASA было основано на идеях американского астронома и астрофизика Карла Сагана. Он предположил, что способность к дарвиновской эволюции — это и есть главная характеристика жизни.

Правда, у «биологического» определения жизни есть свои нюансы. Перечислю некоторые из них:

1. Предположим, мы встретили единственного оставшегося в живых представителя инопланетной расы, которая размножалась половым путём. Этот одинокий инопланетянин утратил способность размножаться и в эволюции больше не участвует — и что теперь, больше не считать его жизнью? Поэтому нужна оговорка — «...или порождённая такой системой копия». «В моменте» этот организм должен быть устроен так, чтобы потенциально быть способным к эволюции;

2. Во-вторых, мы можем создать зонд Фон Неймана — робота, который умеет копировать себя и подвергать себя дарвиновской эволюции. Или компьютерную программу. Или даже мем, как у Ричарда Докинза — стойкую идею, которая себя воспроизводит. В общем, как минимум робот — это уже химическая система. Будем ли мы называть роботов живыми, если они научатся эволюционировать? Я — биолог, мне не жалко признать роботов живыми организмами. Но, думаю, изучать роботов будут не биологи.

Есть ещё один подход к определению жизни — описательный. Он, может, не самый универсальный, но зато точный. Это набор пунктов, которым должна соответствовать жизнь. Вот они:

1. Гомеостаз, то есть действия для поддержания стабильного внутреннего состояния. Мало энергии — ищем еду и воду, холодно — перемещаемся в сторону тепла;

2. Наличие чёткой внутренней организации. Можно даже сузить до «клеточной организации»: всё, что мы однозначно называем жизнью — клеточное. Это критерий очень произвольный, избирательный, но зато надёжный;

3. Метаболизм — это способность превращать одни химические молекулы в другие внутри себя. Любая жизнь добывает энергию из одних химических реакций, а потом тратит её на другие химические реакции;

4. Рост — живые существа, как правило, способны увеличиваться в размерах;

5. Адаптация — это значит, что живые организмы со временем становятся более приспособленными к той среде, в которой живут;

6. Реакция на стимулы. Даже одноклеточные организмы умеют реагировать на возбудители — они двигаются прочь от света, плывут в сторону химического сигнала, чтобы найти источник еды. Хищные одноклеточные могут чувствовать прикосновение к другим клеткам, чтобы съесть их — а их жертвы могут попытаться убежать;

7. И наконец, способность к воспроизводству — как половым, так и бесполым путём.

А что там с вирусами? Рассуждать можно так: биология — наука о жизни. Вирусы изучают именно биологи. Тогда и вирус — биологический объект. Он живой. Всё, можно заканчивать? Не совсем. Ведь биологи иногда изучают и компоненты жизни, которые сами по себе жизнью не являются — разные биохимические процессы или ткани, например.

Сейчас я перечислю аргументы, которые говорят о том, что вирусы — живые существа, а затем — контраргументы к ним.

ЗА. Интуитивно мы относимся к вирусам как к живому существу и не видим особой разницы между ними и бактериями. Мы можем сказать: «Мыло убивает вирусы», «Спирт убивает вирусы», «Вирус умер и уже никого не заразит». Но разговоры о вирусах как о чём-то живом — это скорее интуиция, а не научное доказательство. С другой стороны, если мы говорим о том, что что-то может умереть — значит, это живой организм. ПРОТИВ. Вирусы считают неживыми по другой причине — они не могут воспроизводиться без клеточного хозяина. В этом плане вирусы не являются автономными существами. На основании этого делаем вывод, что они не могут быть живыми — ведь вирусы не могут воспроизводиться сами.

ЗА. Но те же ленточные черви тоже не могут жить без своих хозяев. Это паразиты, которых мы, тем не менее, относим к живым организмам. Можно считать, что хозяин — это просто одно из условий окружающей среды. Оно так же необходимо для паразита, как человеку необходимы растительные или животные источники пищи, то есть другие живые организмы. Если из жизни на планете останутся только люди, они быстро вымрут. Но мы не говорим о человеке, который зависит от коров и бананов, что он неживой! Кроме того, вирусы прекрасно себя воспроизводят, хоть и не без помощи наших клеток. А ещё они способны к эволюции: ошибки-мутации происходят в момент копирования, когда вирусы паразитируют на клетке. На что способна эволюция вирусов, мы знаем на примере ковида, гриппа, гепатита C и ВИЧ. ПРОТИВ. Зато вирус инертный! Пока он не заразил клетку, он ничего не делает. В нём вообще ничего не происходит.

ЗА. Давайте посмотрим на «живых» бактерий. У них тоже есть инертный режим — состояние споры, которое возникает из-за неблагоприятных условий. В нём бактерия перестаёт расти и размножаться — она только ждёт более благоприятных условий окружающей среды. Так, может, для вируса любая ситуация вне клетки хозяина — неблагоприятная? Вот он и впадает в спячку. А в остальное время живёт нормальной жизнью. Кстати, по поводу спор бактерий учёные даже шутили: вот спора, она биохимически инертна, в ней ничего не происходит. Если она умерла, то получается, что она может воскреснуть? Или она находится в третьем состоянии суперпозиции — и перед нами «бактерия Шрёдингера»? ПРОТИВ. Если считать жизнью всё, что в определённой среде себя воспроизводит, мы можем зайти в тупик. Так, существует бактериальная плазмида — кусочек ДНК, который может передаваться от одной бактерии другой. Но, в отличие от вируса, у неё нет оболочки-капсида — то есть защитного батискафа для внедрения в клетку. За неё всё делает мать-бактерия. Но в определённых условиях плазмида может воспроизводиться. Получается, плазмида тоже живая? А, может, живой будем считать и молекулу ДНК, которая в нужных условиях тоже может размножаться?

А теперь давайте посмотрим, есть ли место для вирусов среди того, что мы однозначно считаем живым. Как вы помните из уроков биологии, всё живое делится на три главные группы — и это не царства животных, грибов и растений. И растения, и грибы, и животные входят в одну и ту же группу — эукариотов. Все они — клеточные формы жизни, у всех в клетках есть ядро, а в ядре — хромосомы. Вторая группа — это прокариоты, одноклеточные ребята без ядра. Прокариоты, в свою очередь, делятся на две группы — бактерий и архей. Интересный факт: считается, что археи ближе к людям, чем бактерии. Так, ключевые ферменты архей, которые копируют РНК и создают белки, больше похожие на наши ферменты, чем у бактерий. Есть даже теория, согласно которой ядерная ДНК наших клеток давным-давно произошла от предков архей. А митохондрии внутри этих же клеток произошли от древних бактерий. Другими словами, мы — архея, которая сожрала бактерию и сделала её своим симбионтом.

Из всего этого можно сделать вывод, что жизнь бывает очень разной. Например, есть такая архея — галоквадратум. И «квадратум» она называется не просто так: под микроскопом она выглядит как значок Windows. И вот такие плоские квадраты, похожие на логотип Windows, плавают во всех морях. А некоторые археи умеют жить в очень неблагоприятных условиях — в супергорячих источниках, в солёных озёрах, в серной кислоте и при экстремально низких температурах. Ещё есть археи, которые могут питаться водородом — никакие другие живые существа так не делают. А ещё удивительный факт: среди архей не выявлено ни одного патогена — они очень дружелюбны и не заражают нас и других животных никакими болячками.

Так вот, найдётся ли в перечисленных мной группах живой природы местечко для вирусов? Может, надо считать их четвёртым доменом биологии? Вирусы не очень похожи на людей, архей, растения и другие клеточные формы жизни, у которых есть липидная мембрана с разными интересными штуками внутри. Вирус — это плотная белковая оболочка. Внутри этой оболочки лежит ДНК или РНК — то есть генетический материал. При этом у некоторых вирусов — ВИЧ, например, на оболочке располагается дополнительная липидная мембрана. Внутри вируса ничего не происходит — ни синтеза белков, ни копирования генов. По сути, капсид — это лишь капсула, средство доставки ДНК или РНК в клетку хозяина. Получается, вирус может выполнять функции жизни только «чужими руками».

Получается, вирус — это не организм с нарастающей сложностью? С одной стороны, да, с другой — не всё так однозначно. Так, недавно учёные обнаружили, что существуют очень сложно устроенные гигантские вирусы. Самый крупный из них — пандоравирус. И по размерам он больше, чем некоторые самые маленькие клетки. Вся его внутренность — это ДНК длиной в 2,5 млн букв-нуклеотидов. А, главное, у пандоравируса может быть несколько тысяч генов (для сравнения — у вируса гриппа всего 7 генов, у ВИЧ — 9 генов, у человека — 20 000 генов). То есть мы имеем дело с вирусом, у которого всего в 10 раз меньше генов, чем у человека. Он такой большой и сложный, что поначалу его даже приняли за бактерию.

Тем не менее, пандовирус — это вирус, потому что он не умеет сам синтезировать свои белки. У него нет рибосом, которые синтезируют белки. Кроме того, он не умеет сам производить энергию для жизни — синтезировать АТФ, главную энергетическую «разменную монету» жизни. Пандовирус проникает внутрь одноклеточной амёбы, сливается с ней и интегрирует свою ДНК внутрь её ДНК. А дальше уже «операционная система» амёбы решает проблемы вместо пандоравируса — амёба копирует его ДНК, собирает новые вирусные частицы, тратит свою энергию. Через несколько часов вирус пожирает клетку, выходит наружу вместе со своими новыми копиями и заражает следующих амёб. Хорошие новости: пандовирус не опасен для нас с вами.

Интересно, что некоторые учёные предлагали таки создать для гигантских вирусов четвёртый домен биологии. В первую очередь потому, что у того же пандовируса 90% генов оказались уникальными — они не встречаются у других существ. Правда, потом на этого «инопланетянина» посмотрели другие исследователи — и пришли к выводу, что всё-таки большинство генов гигантских вирусов известны — это гены каких-то организмов-эукариот. Вирусы «воровали» эти гены у клеточных организмов и постепенно росли в размерах благодаря награбленному (ещё небольшую часть «стянули» у бактерий). И лишь маленькая часть генов пандоравируса действительно уникальна. Так что гипотезу первых учёных другие специалисты поставили под сомнение.

В связи с этой ворованной ДНК возникает вопрос — что было сначала: вирусы или клеточные формы? Скорее всего, вирусы произошли от клеточной жизни — то есть простое, как это ни парадоксально, произошло от сложного. А самые сложные вирусы, похоже, «наворовали» свой генетический материал из клеток эукариот.

А теперь расскажу про ещё одних интересных представителей гигантских вирусов. Встречайте — мимивирусы! Это очень красивые ребята, которые паразитируют на амёбах. В отличие от своих собратьев, эти вирусы умеют в метаболизм и для этого у них есть специальные гены. Получается, что у мимивируса чуть больше характерных свойств жизни, чем у обычных вирусов — хотя это всё равно лишь намёк на настоящую автономность. Так, у наших героев нет даже рибосом.

Кстати, у некоторых гигантских вирусов бывают... вирусы. Их называют вирофагами. Первый открытый вирофаг учёные назвали «Спутник» — потому что он приходит в организм хозяина вслед за огромным вирусом. Важный момент: вирофаг не залезает внутрь вируса, а находится с ним рядом. Представьте: амёбу поразил вирус. Вирус заражает клетку и создаёт огромную фабрику по копированию самого себя. Вирофаг, состоящий всего лишь из четырёх генов, начинает на этой фабрике паразитировать и снижает её эффективность. Вирофаг полезен для хозяина — без него вирус, скорее всего, убил бы амёбу.

Итак, пора подводить итоги и вынести вердикт природе вирусов. Живые они или нет? Мне кажется, скорее живые — я вообще за широкое трактование «жизни». К тому же живое всё же интереснее изучать, чем неживое. Но многие биологи считают, что никакой пользы от точного определения жизни и разграничения живого от неживого для науки нет. Например, такой позиции придерживается нобелевский лауреат, цитогенетик Джек Шостак. Он пишет:

«В вопросах происхождения жизни важно понять, как произошёл переход от химии к биологии. Но я пока что не видел, чтобы чьи-то попытки определить, „что такое жизнь“, как-то помогли достичь этого понимания».

Этой же позиции придерживается авторитетный биолог Евгений Кунин, один из самых цитируемых учёных в мире. Он говорит следующее:

«По-видимому, вопрос „живые вирусы или нет“ по сути бессмысленный — потому что положительный или отрицательный ответ на этот вопрос будет зависеть от нашего определения жизни. А любое такое определение будет произвольным.

Хуже того, ни тот, ни другой ответ не ведут к какому-либо практическому продвижению науки. Вместе с тем, в среде биологов статус вирусов определяется вполне ясно: в парадигме самовоспроизводящихся систем — репликаторов».

Идея рассматривать вирусы в контексте репликаторов и впрямь крайне удобна. Любые репликаторы, даже если они заражают и убивают клетки — часть биологического мира. Более того, паразиты — это его центральная часть! Так, ни одна реплицирующаяся система в истории не возникала без появления паразитов. При этом паразиты привели к эволюции сложных клеточных форм жизни — они создавали жизни сложности, к которым она адаптировалась и в итоге, простите за тавтологию, усложнялась. Именно вирусы постоянно подогревали «гонку вооружений» эволюции, ускоряли её. Постоянная конкуренция клетки и вируса, который её заражает — мощный двигатель биологической эволюции.

Именно это интересно и важно — а не то, объявят учёные вирусы живыми или нет. Ну а жизнь — это жизнь. Не мешайте ее изучать. Не нужно нам никакое определение.

Источники ↗

Аномальные холода и снег — с чем только ни столкнулись россияне в майские праздники. В Международный день климата (15 мая) Александр Сурков, кандидат технических наук, доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, рассказал, какие еще погодные явления перестают быть аномальными, кто окажется в группе риска из-за глобального потепления, как поменяется режим посадки сельхозкультур, зачем замораживают грунт и какие проблемы предстоит решить строителям, чтобы адаптировать дома к климату через 50 лет.

С какими последствиями изменения климата мы уже столкнулись?

— В последнее время мы наблюдаем погодно-климатические явления, которые нетипичны для климатических поясов и сезонов. Ураганы стали формироваться чаще и не только на территории США, для которой они характерны. Теперь и у нас наблюдают явления, связанные с усиленным, шквалистым ветром — так называемые ветровалы, — рассказывает Александр Сурков.

Совсем недавно многие территории пострадали от серьезных наводнений, которые оставили без крова тысячи людей. Сильнее всего пострадали Оренбургская, Тюменская, Курганская области, Алтайский край. Основная причина значительных объемов талой воды — слишком быстрый сход снега весной, из-за чего реки переполняются, а земля не успевает впитывать влагу.

В целом, в мире наблюдается значительное количество опасных метеорологических явлений, связанных с изменением климата. Прежде всего, это лесные пожары в летний период. Они являются проблемой не только для России: штат США Калифорния постоянно сталкивается с данным явлением. Португалия и Испания также страдают от этого.

— При этом последние три года в Пермском крае специалисты фиксируют дефицит осадков. Снега зимой выпадает мало, а летом дожди крайне редки, при этом температура в теплое время года достаточно превышала те среднегодовые максимумы, которые для Прикамья характерны, — добавляет эксперт ПНИПУ.

Климатические изменения характерны для всего земного шара, но проявляются они неравномерно. Глобальное потепление заметнее в высоких широтах, например, в России темпы роста среднегодовой температуры в 2,5 раза выше, чем в среднем по миру.

Таяние ледников — одно из тех негативных изменений нашей планеты, которое мы наблюдаем давно. Правительства островных государств, расположенных в Индийском океане, бьют тревогу: уже к концу этого века, к примеру, Мальдивы, полностью окажутся под водой.

Кто окажется в группе риска из-за глобального потепления?

В 2010 году в Москве стояла небывалая жара. Тогда же, по статистике, смертность сильно превысила показатели прошлых лет. Связано это было как раз с аномальными погодными условиями, к которым многие не сумели адаптироваться. Кроме того, жара навредила тем людям, которые страдают от сердечно-сосудистых заболеваний: их организм просто не выдерживал перегрева. Сильнее всего тепловой удар рискуют получить маленькие дети, беременные женщины, люди пожилого возраста, а также те, кто страдает от хронических заболеваний.

— Акклиматизироваться в условиях длительной жары просто не выйдет. Если организм не охлаждается ни днем, ни ночью, то испытывает повышенную нагрузку. Из-за этого даже здоровый человек может оказаться в группе риска и столкнуться  с негативными последствиями, в том числе погибнуть, — отмечает Александр Сурков.

Когда люди переезжают, например, из городов и регионов Севера в Краснодарский край, им следует быть осторожными, и дело не только в жаре. На Севере жители получают от солнца довольно небольшое количество ультрафиолета. Потому их организм сложно привыкает к условиям южных солнечных регионов. Из-за повышенного воздействия света могут развиться онкологические заболевания, в частности рак кожи.

Какие есть методы борьбы с изменениями климата?

Препятствовать изменениям климата можно двумя способами — адаптацией и митигацией. В первом случае подразумеваются методы снижения влияния климатических изменений на человека, растения, инженерные сооружения. Во втором — уменьшение воздействия человеческой деятельности на климат и окружающую среду. Добиться этого можно сокращением выбрасываемых парниковых газов в атмосферу, например, развитием альтернативной энергетики, переходом на электромобили и отказом от машин с двигателем внутреннего сгорания, внедрением новых видов топлива, расширением вторичного производства.

В качестве мер по адаптации к изменениям климата, в частности, к волнам жары, в городах разумно установить питьевые фонтанчики. Справиться с перегревом поможет создание сухих пляжей — специальных зон отдыха в городе, покрытых песком, но не примыкающих к водоему. Спрятаться от палящих солнечных лучей можно в зеленых зонах, парках и скверах. Благодаря тени от деревьев температура будет значительно ниже, чем на заасфальтированных улицах города.  

Необходимы также программы по формированию здорового образа жизни и вовлечению населения в занятия спортом. Это позволит поддерживать иммунитет и сопротивляемость организма стрессу из-за изменений климата.

При этом важно уделять внимание строительству и поддержанию качественных дорог. В случае возникновения чрезвычайной ситуации из-за неблагоприятных погодных явлений экстренные службы должны своевременно добраться и оказать помощь пострадавшим.

Как изменятся растения из-за засухи и потепления?

— Около половины территории России покрыто лесами, 80% которых — хвойные. Конечно, через 50 лет хоть и станет значительно теплее, но пальмы на их месте расти не будут. Но уже сейчас мы наблюдаем, как лиственные деревья, более теплолюбивые, вытесняют хвою. В будущем это предстоит учесть лесопромышленному комплексу, — рассказывает Александр Сурков.

Кстати, лес служит отличным прикрытием для сельскохозяйственных культур. Создание защитных лесополос ограждает полезные растения от водной и ветровой эрозии: сильные дожди уносят почву с полей, чему естественное препятствие должно помешать. Кроме того, грамотно высаженные деревья будут сохранять влагу, создавать благоприятный микроклимат для сельхозкультур.

Селекционеры также выводят сельскохозяйственные культуры, которые более засухоустойчивы. Например, они легче переносят недостаток влаги. Также применяют другой режим посадки: засеивают почву, как только сойдет снег, а земля сохранит его влагу.

Что случилось с режимом дождей?

— Ранее в умеренном климате осадки выпадали равномерно и в соответствии с сезоном, благодаря чему влажностный и температурный режимы формировали комфортный климат. Сейчас мы наблюдаем иную картину: засушливый период занимает больше времени, а месячная норма осадков может выпасть за 3-4 дня. Это приводит, в том числе, к наводнениям. Среднегодовое количество осадков при этом меняется незначительно. От перемен дождевого режима сильнее всего страдают регионы Дальнего Востока. Лесные пожары начинают свирепствовать там практически сразу после окончания зимы, — объясняет эксперт Пермского Политеха.

Какие проблемы предстоит решить строителям?

Ямало-Ненецкий и Ханты-Мансийский автономные округа расположены в зоне многолетней мерзлоты. Многие здания там были построены еще  до 1980 года, по строительным нормам и правилам своего времени. Тогда никто не предполагал, что «вечная» мерзлота начнет так активно таять. И сейчас такие здания находятся в зоне разрушений, поскольку сваи, держащие дом, приходят в движение из-за потери несущей способности грунта. Из-за этого здания проваливаются, покрываются трещинами. Соответственно, появляется угроза их полного обрушения.

Решают эту проблему с помощью мощных холодильных установок, которые устанавливают под здание — так удается «заморозить» грунт. Тем не менее, технология обходится довольно дорого. Рано или поздно сами здания придут в негодность, поэтому необходимость пересмотреть и доработать строительные нормы и правила появилась уже сейчас. Обновления и приспособления со временем потребуют коммунальные инфраструктуры.

Защитить жилые здания от перегрева вполне реально и существующими методами. Прежде всего, кондиционер позволяет поддерживать комфортную температуру в помещении. Правда, сейчас они устанавливаются по инициативе жильца, а не массово в каждой квартире. Вероятно, со временем потребуется размещать обширные системы кондиционирования в жилых домах.  Светлый цвет стен и «зеленые», засаженные растениями» крыши здания также воспрепятствуют сильному нагреву.

— В последнее время в мире, в том числе в России, активно развивается так называемое «зеленое строительство», или экостроительство. Благодаря этому здания становятся более устойчивыми к погодным катаклизмам, биопозитивными, их стараются грамотно вписать в окружающую среду, — добавляет Александр Сурков.

Ветровая нагрузка в городах также меняется: из-за перестройки ландшафта, вырубки растительности под жилой комплекс во дворах и между зданиями возникает эффект аэродинамической трубы. Из-за этого территорию продувает сильным ветром. Поэтому ветровую нагрузку также следует учитывать при возведении новых строений.

Он древние строения
Искал с остервенением
И часто диким голосом кричал,
Что есть ещё пока тропа,
Где встретишь питекантропа, —
И в грудь себя при этом ударял.

Он жизнь решил закончить холостую
И стал бороться за здоровый быт.
«Я, — говорил, — жену найду такую,
Что вы от зависти заплачете навзрыд!»

Он все углы облазил — и
В Европе был, и в Азии —
И вскоре отыскал свой идеал.
Но идеал связать не мог
В археологии двух строк —
И Федя его снова закопал.