THE SPACEWAY

Экзопланета TOI-2431 b, расположенная в 117 световых годах от Земли, побила все рекорды скорости вращения вокруг своей звезды. За время одного земного года эта экстремальная планета размером с Землю успевает совершить почти 1 600 оборотов!

Такая невероятная скорость возможна благодаря крайне близкому расположению к своему красному карлику. Один год на TOI-2431 b длится всего 5,5 земных часов. Представьте: вы просыпаетесь утром на этой планете, а к обеду уже наступает Новый год!

Из-за экстремально сильного влияния приливных сил со стороны родительской звезды планета имеет искаженную, вытянутую форму.

В мозге каждого из нас живет древний вирус. А если точнее, то его генетический код, который давно стал частью нашего генома и теперь, вероятно, играет ключевую роль в работе того, что мы называем сознанием.

Согласно двум исследованиям (первое и второе), опубликованным в рецензируемом журнале Cell, миллионы лет назад вирус внедрил свой генетический код в геном четвероногих животных. После многочисленных эволюционных хитросплетений до наших дней "уцелел" лишь фрагмент кода, но он все еще продолжает функционировать в человеческом мозге, выполняя типично вирусную задачу: упаковывает генетическую информацию и отправляет ее от одних нервных клеток к другим в небольших "капсулах", очень похожих на сами вирусы.

Вирусные гены — это норма

Может показаться странным, что части человеческого генетического кода берут свое начало от вирусов, но это — абсолютная норма. Согласно научным данным, от 40 до 80 процентов человеческого генома сформировались благодаря древним вирусам, которые миллионы лет назад внедрились в ДНК наших очень далеких предков.

Связано это с тем, что вирусы — не просто микроскопические "сущности", стремящиеся покомфортнее обосноваться в организме как бактерии. Вирус — это генетический паразит, целью которого является внедрение своего генетического кода в клетки хозяина с целью их захвата и превращения в фабрики для производства новых вирусов. Чаще всего эти "вирусные манипуляции" не дают результатов, но в некоторых случаях — наносят серьезный вред носителю. Однако в природе встречается и третий исход: иногда внедренные вирусные гены оказываются полезными, поэтому они остаются с нами навсегда.

Ген Arc в действии

Стоит синапсу* активироваться и древний вирусный ген Arc тут же оживает, начиная записывать свои инструкции в виде подвижного генетического кода, известного как РНК. За пределами клеточного ядра РНК служит посланником ДНК, представляя собой односпиральную копию кода двойной спирали ДНК.

*Синапс — это место контакта между двумя нервными клетками (нейронами).

Следуя инструкциям Arc, нервная клетка возводит вокруг вирусной РНК "капсиды" (вирусоподобные оболочки, состоящие из белков), что позволяет ей свободно перемещаться между клетками — иммунная система не распознает ее как угрозу. Таким образом вирусная РНК беспрепятственно проникает в соседние нейроны и передает им свой пакет генетической информации.

И вот тут начинается самое интересное: ученые пока не знают, что делает эта информация, попадая в новую клетку. Но авторы исследования обнаружили, что если этот механизм нарушен, то синапсы отмирают. Проблемы с геном Arc часто встречаются у людей с аутизмом и другими нетипичными неврологическими состояниями.

Исследователи считают, что эти процессы необходимы для реорганизации мозга с течением времени (сознание ребенка, определенно, отличается от сознания взрослого человека).

"Они [эти процессы] лежат в основе функционирования мозга — от классических условных рефлексов до человеческого самопознания и концепции 'я'", — отмечают они.

Многократное вторжение

Ген Arc, похоже, передавался от вирусов к животным не один раз. У людей и четвероногих существ гены Arc тесно связаны друг с другом. Однако гены Arc у плодовых мушек и червей, по-видимому, появились независимо друг от друга.

Следующий шаг исследования — объединить экспертов в области нейронауки и вирусологии, чтобы выяснить, когда и как именно Arc попал в наш геном, и какую информацию он передает между нашими клетками сегодня.

Вирусная космическая программа

В природе встречаются примеры, когда паразиты полностью контролируют поведение носителя. Например, паразитический червь Лейкохлоридий парадоксальный (лат. Leucochloridium paradoxum) внедряется в организм улитки и превращает ее в покорного раба, заставляя забраться как можно выше, чтобы она была съедена птицей. Оказавшись в организме пернатого создания, червь приступает к размножению.

Может быть, древний вирус, наградивший нас геном Arc, тоже преследовал свои цели, но более масштабные. Возможно, целью вируса было расширение сферы влияния далеко за пределы Земли, поэтому нас так тянет к звездам. То есть наше совершенно иррациональное желание колонизировать абсолютно непригодные для жизни миры вроде Луны и Марса может быть не нашим сознательным выбором, а древней вирусной программой.

Читайте также:

• Между жизнью и смертью может существовать «третье состояние».

• Что происходит с сознанием после смерти?

• Ученые разрешили вековой спор: мозг создает новые нейроны всю жизнь.

Чтобы ответить на этот вопрос, нам придется вернуться назад во времени, в 1916 год, когда Альберт Эйнштейн, один из величайших умов в истории, опубликовал свою общую теорию относительности.

До 1916 года физики, пытаясь объяснить, что такое гравитация и почему она существует, выдвигали бесчисленное множество всевозможных гипотез. Ни одна из них не устраивала Эйнштейна, и он предложил свое объяснение: гравитация — это искривление пространства-времени.

Пространственно-временной батут

Математически Эйнштейн доказал, что за гравитационные эффекты отвечает искривление пространства-времени. Батут — отличный способ продемонстрировать это сложное явление на плоской поверхности.

Представьте, что вы кладете пушечное ядро в центр батута — его масса прогибает полотно, создавая впадину. Если мы поместим у внешнего края батута теннисный мяч, то он покатится не просто внутрь, но и вокруг ядра.

Гравитация — искажение ткани пространства-времени, влияющее на движение объектов.

Именно это объясняют знаменитые математические уравнения Эйнштейна — как пространство-время ведет себя при различных физических условиях.

Мы знаем, что во Вселенной все и всегда находится в постоянном движении. И когда объекты ускоряются в пространстве-времени, они могут создавать небольшую рябь, подобно камешку, брошенному в спокойную воду пруда.

Эта рябь — то, что мы называем гравитационными волнами.

Эйнштейн, предсказывая их существование, сомневался, что когда-нибудь в распоряжении человечества появится сверхчувствительный инструмент, который сможет зафиксировать эти ничтожно малые колебания, сотрясающие при этом всю Вселенную.

Хотелось бы узнать, как бы он отреагировал на тот факт, что мы не просто подтвердили существование гравитационных волн, но и зафиксировали около 300 событий, начиная с 2015 года. Это одно из крупнейших достижений в физике, и то, как ученым удалось осуществить это, просто взрывает мозг!

Сжатие и растяжение

Когда гравитационная волна проходит через Землю, она слегка сжимает или растягивает всю планету в направлении своего движения. Измерить такой эффект с помощью обычной линейки невозможно — ведь сама линейка тоже растянется или сожмется вместе с пространством, и показания останутся неизменными.

Поэтому для этих целей физики решили использовать свет, который за определенное время может пройти определенное расстояние. Если пространство растянуто, то свету придется пройти большее расстояние, потратив на это больше времени. И наоборот, если пространство сжато.

Чтобы узнать, сжалось или растянулось пространство, нужно измерить его в двух направлениях и вычислить разницу. Звучит просто, но осуществить подобное на практике — сложнейшая задача. Все дело в том, что искомая разница в расстоянии в 1 000 раз меньше крошечной частицы, именуемой протоном. Для понимания масштаба: в наших телах содержится около 10 октиллионов протонов (единица с 28 нулями). А детекторы должны уловить изменения, которые в тысячу раз меньше одной такой частицы.

Как уловить невозможное?

Для решения этой задачи ученые создали невероятно сложные устройства — лазерные интерферометры. Принцип их работы основан на измерении расстояния между специальными тестовыми массами с помощью лазерных лучей.

Тестовые массы устанавливаются на огромном расстоянии друг от друга — это позволяет сделать даже мельчайшие изменения достаточно заметными для измерения. Эти массы тщательно изолируются от всех возможных помех, кроме одной — гравитации, от которой защититься невозможно.

Лазеры непрерывно измеряют точное расстояние между массами. Когда проходит гравитационная волна, пространство-время слегка растягивается или сжимается, и время, необходимое свету для преодоления расстояния между массами, изменяется. Эти крошечные изменения и улавливают детекторы.

Первый улов

14 сентября 2015 года произошло событие, навсегда изменившее науку. Детекторы LIGO в США впервые зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух черных дыр, произошедшего на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от нас.

В 2017 году к охоте присоединился европейский детектор Virgo в Италии, а в 2020 году — японский детектор KAGRA. На начало 2030-х годов намечен запуск космического детектора гравитационных волн LISA в рамках программы Европейского космического агентства.

Что нам рассказывают волны?

Гравитационные волны подарили нам совершенно новый способ изучения Вселенной. Они помогают понять фундаментальные законы физики и рассказывают о самых грандиозных событиях космоса, которые невозможно наблюдать напрямую: формировании галактик, росте и слиянии сверхмассивных черных дыр, рождении и смерти звезд.

Ученые убеждены, что будущие детекторы позволят нам "заглянуть" в первые мгновения после Большого взрыва и приблизиться к пониманию того, как зарождалась наша Вселенная. Каждая новая зафиксированная гравитационная волна — это послание не только из глубин Вселенной, но и из невообразимо далекого прошлого.

Читайте также:

• Коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA зафиксировала слияние самых массивных черных дыр.

• Новое исследование опровергает теорию о водном прошлом Марса.

• Ученый предлагает отправить наноспутник размером со скрепку к черной дыре.

В настоящее время жизнь на нашей богатой кислородом планете процветает, но так будет не всегда. Ученые предсказывают, что Землю ждут кардинальные атмосферные изменения — те, что приведут к вымиранию большинства форм жизни, включая человечество.

Великое кислородное событие

Несмотря на запредельную важность кислорода для нашего существования, его присутствие в земной атмосфере — относительно недавняя особенность в долгой и богатой событиями истории нашей планеты. До Великого кислородного события (ВКС), произошедшего около 2,4 миллиарда лет назад, на Земле было крайне мало кислорода. В то время в богатой метаном атмосфере планеты и насыщенных железом океанах процветали анаэробные формы жизни. Железа в наших океанах было настолько много, что они имели ярко-зеленый цвет вместо привычного нам сине-голубого. Появление цианобактерий, способных к фотосинтезу, привело к увеличению выработки кислорода в океанах, откуда он поступал в атмосферу. С наступлением ВКС жизнь на Земле кардинально изменилась.

Авторы исследования считают, что в конечном итоге атмосфера Земли вернется к этому древнему состоянию, снова став бедной кислородом и богатой метаном. Ученые также прогнозируют, что эта трансформация произойдет задолго до того, как вся поверхностная вода испарится из-за возросшего солнечного излучения. Так что наша планета может стать непригодной для жизни людей и большинства других сложных форм жизни намного быстрее, чем предполагалось ранее.

Трансформация атмосферы

Так почему же это должно произойти? Связано это с тем, что наше Солнце стареет, становясь ярче и горячее. Из-за этого постепенно будет усиливаться распад углекислого газа в нашей атмосфере, который критически необходим для фотосинтеза. Это в конечном итоге приведет к сокращению количества растений, производящих кислород, и, таким образом, положит конец жизни на Земле в ее привычном виде.

Исследователи прогнозируют падение уровня кислорода в миллион раз ниже сегодняшнего. Изменения будут происходить настолько стремительно по геологическим меркам, что у кислородозависимых организмов и целых экосистем, зависящих от аэробной жизни, не будет времени на адаптацию.

Несмотря на это, микробная жизнь, как ожидается, выживет. Земля будущего окажется под властью анаэробных организмов — бактерий и архей, которые чувствуют себя замечательно в бескислородной среде и в условиях экстремальных температур. Эти простейшие существовали задолго до ВКС, существуют сегодня и, вероятно, продолжат процветать после исчезновения кислорода.

Согласно прогнозу ученых, у нас в запасе примерно один миллиард лет — достаточно времени, чтобы найти новый дом для нашего вида (если человечество все еще будет существовать, конечно). Колонизация других планет, создание искусственных биосфер или даже поиск способов продлить пригодность Земли для жизни — все это вызовы, с которыми столкнется научное сообщество будущего.

Да, конец кислородной эпохи означает гибель для большинства форм жизни на Земле в том виде, в каком мы ее знаем. Однако это лишь продолжение истории постоянно меняющейся планеты, на которой уже неоднократно происходили массовые вымирания. Земля, непременно, выстоит, но продолжит свое существование во мраке Вселенной без нас.

Читайте также:

• Под поверхностью Марса достаточно кислорода для поддержания жизни.

• Откуда на Марсе кислород?

• На Каллисто, спутнике Юпитера, гораздо больше кислорода, чем мы можем объяснить.