p4hshok

Тибетское нагорье — одно из самых суровых населенных мест на Земле. Вопрос о том, когда здесь впервые стали жить люди, остается открытым. Детальное изучение палеолитического местонахождения Нвия Деву, расположенного в северной части нагорья на высоте 4600 метров, показало, что верхнепалеолитические охотники-собиратели жили здесь уже 30–40 тысяч лет назад. На сегодняшний день это самая древняя надежно датированная высокогорная стоянка палеолитических людей. Отсутствие человеческих костей не позволяет точно установить видовую принадлежность древних тибетцев. Возможно, это были сапиенсы, получившие от скрещиваний с денисовцами гены, помогающие выживать в условиях высокогорья.

Рис. 1. Местонахождение Нвия Деву находится на Тибетском нагорье немного южнее озера Силинг-Цо. Карта из обсуждаемой статьи в Science

Палеолитическое местонахождение Нвия Деву (Nwya Devu, рис. 1), расположенное в северной части Тибетского нагорья на высоте 4600 метров, было найдено в 2013 году и с тех пор тщательно изучается китайскими археологами. Тысячи каменных орудий найдены здесь в трех последовательных слоях общей мощностью около 1,7 м. Эти слои, состоящие в основном из песка и гальки, сформировались благодаря водным потокам, по-видимому, довольно бурным, но эфемерным. Самый древний третий слой содержит раковины пресноводных моллюсков и в целом указывает на более теплый и влажный климат, чем слой 2, предположительно сформировавшийся в условиях очень холодного климата.

Каменные артефакты найдены во всех трех слоях: в первом, самом молодом — 3124 изделия, во втором — 223, в третьем — 336 (рис. 2). Никаких различий между орудиями из разных слоев исследователи не обнаружили. По их мнению, орудия составляют единый комплекс, исходно происходящий из слоя 3. Впоследствии этот слой подвергался эрозии и размывался паводками. В результате часть его материала смешалась с песком и галькой более поздних слоев 1 и 2.

Рис. 2. Каменные орудия с высокогорной палеолитической стоянки Нвия Деву. А — скребки (scrapers), B — отщепы (flakes), C — нуклеусы — ядрища, от которых откалывались пластины (blade cores), D — пластины (blades). Орудия c, d, i, j, n–p, t–v происходят из самого древнего слоя 3, возраст которого составляет 30–40 тысяч лет. Остальные орудия найдены в двух верхних, более молодых слоях, однако, скорее всего, исходно они происходят из слоя 3, откуда впоследствии были вымыты водными потоками. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Уровень развития каменных технологий древних тибетцев соответствует началу верхнего палеолита. Например, нуклеусы (рис. 2, С), от которых однонаправленными ударами откалывались многочисленные удлиненные пластины (рис. 2, D), указывают на прогрессивные методы обработки камня, характерные для верхнего палеолита. В среднем палеолите такого «массового производства» пластин, откалываемых от одного ядрища, приобретавшего при этом призматическую форму, еще не было (преобладала леваллуазская технология). В целом набор каменных артефактов из Нвия Деву больше всего напоминает находки, сделанные на стоянках начала верхнего палеолита в Сибири и Монголии, что указывает на возможную связь древних тибетцев с популяциями этих районов.

К сожалению, человеческих костей в Нвия Деву не нашли, равно как и костей каких-либо других позвоночных. Ни очагов, ни иных признаков жилья там тоже нет. Учитывая, что все орудия сделаны из черного сланца, добытого поблизости (в 800 м от места раскопок), авторы заключают, что здесь, скорее всего, находилась «мастерская под открытым небом», где древние тибетцы занимались изготовлением орудий.

Рис. 3. Раскоп в Нвия Деву и датировки, полученные методом оптически стимулируемого люминесцентного датирования (OSL) вмещающей породы и радиоуглеродного датирования раковин пресноводных моллюсков, выполненного при помощи ускорительной масс-спектрометрии (AMS). Пробы для оптического датирования (OSL sample) были взяты вдоль трех вертикальных линий, отмеченных на схеме как Sequence 1–3. Датированные раковины (AMS 14C sample) происходят из слоев 1 и 3. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Возраст отложений определяли методом оптически стимулируемого люминесцентного датирования, который показывает, как давно крупица кварца или полевого шпата в последний раз находилась на свету (см. Luminescence dating). Кроме того, радиоуглеродным методом удалось определить возраст двух раковин пресноводных улиток Gyraulus из слоев 1 и 3.

Оба метода дали сходные результаты, которые к тому же хорошо согласуются с характеристиками слоев 1–3, указывающими на условия, в которых они формировались. Получилось, что слой 1 образовался от 13 до 4 тысяч лет назад, то есть в основном в голоцене. Возраст второго слоя — 18–25 тысяч лет. Таким образом, этот слой сформировался во время последнего ледникового максимума, когда на Тибетском нагорье было еще холоднее, чем сейчас. Наконец, третий слой, из которого, по мнению авторов, происходят все каменные орудия, имеет возраст 40–30 тысяч лет. В это время условия жизни на плато были такими же или чуть лучше, чем в наши дни.

Таким образом, получается, что уже 40–30 тысяч лет назад посреди Тибетского нагорья, на высоте четырех с половиной километров над уровнем моря, жили некие люди, обладавшие весьма передовыми по тем временам верхнепалеолитическими каменными технологиями. Способность выжить в условиях сухого холодного климата и недостатка кислорода, на высокогорном плато, где мало растительности и продуктивность экосистем невысока, говорит о высокой приспособляемости азиатских охотников-собирателей начала верхнего палеолита.

Что это были за люди? Скорее всего, конечно, это были сапиенсы, возможно даже прямые предки современных тибетцев. Прежде, чем поселиться на Тибетском нагорье, они могли получить от денисовцев генетическую примесь, способствующую выживанию в условиях высокогорья (см.: Тибетцы унаследовали от денисовских людей ген, спасающий от гипоксии, «Элементы», 10.07.2014). Но нельзя полностью исключить и другую интригующую возможность. Что если это были денисовцы? Ведь они, возможно, были адаптированы к гипоксии и могли жить в горах. Вероятность того, что денисовцы перед вымиранием успели освоить верхнепалеолитические технологии, представляется низкой, но всё же не нулевой. В конце концов, верхнепалеолитические изделия, наряду со среднепалеолитическими, были обнаружены в Денисовой пещере в одном слое с фалангой пальца денисовского человека (см.: Человек из Денисовой пещеры оказался не сапиенсом и не неандертальцем, «Элементы», 27.03.2010). Впрочем, скорее всего, это результат позднейшего перемешивания слоев. Так что лучше пока остановиться на более правдоподобной версии о том, что первые тибетцы были сапиенсами, и подождать новых открытий китайских археологов.

Источник: X. L. Zhang, B. B. Ha, S. J. Wang, Z. J. Chen, J. Y. Ge, H. Long, W. He, W. Da, X. M. Nian, M. J. Yi, X. Y. Zhou, P. Q. Zhang, Y. S. Jin, O. Bar-Yosef, J. W. Olsen, X. Gao. The earliest human occupation of the high-altitude Tibetan Plateau 40 thousand to 30 thousand years ago // Science. 2018. V. 362. P. 1049–1051. DOI: 10.1126/science.aat8824.

Александр Марков

http://elementy.ru/novosti_nauki/433386/Lyudi_zhili_na_Tibet...

Пена — удивительная субстанция, без неё нельзя ни толком помыться, ни хлеб испечь, ни пастилу приготовить, ни пожар потушить. Использовать пену в своих целях могут не только люди (см. «Наука и жизнь» № 3, 2008 г., статья «Лёгкая, как воздух, жидкая, как вода»), но и животные, особенно те, чья жизнь напрямую зависит от их способности к её производству. Они делают это так искусно, что вполне могут соревноваться с человеком

Самец бойцовой рыбки маскирует икру в слое пузырьков. Фото: Flapper 212 / Wikimedia Commons / CC A-SA 4.0

На первый взгляд, пену довольно трудно представить в качестве объекта научного исследования: как можно изучать мыльные пузыри? На самом деле можно и нужно. Пена давно привлекала внимание физикохимиков. Сначала бельгийский физик Жозеф Плато (1801–1883) обнаружил, что она состоит из многогранников, разделённых рёбрами — каналами, заполненными жидкостью. Вслед за ним своё исследование опубликовал британский физик и механик высокочтимый лорд Кельвин (1824–1907), в честь которого названа одна из семи основных физических единиц СИ — градус Кельвина. На основании сложных расчётов он показал: ячейки, сформированные пузырьками пены, возможно рассматривать как элементарные многогранники, на которые разбивается пространство. Этот процесс называется замощением (по аналогии с замощением булыжниками дороги). Проводить его надо таким образом, чтобы объём ячеек был одинаковым, а площадь стенок минимальной. Спустя столетие, в 1993 году, учёным из Тринити-колледжа в Дублине Дэнису Уэйру и Роберту Фелану удалось уточнить решение Кельвина. Они предложили замощать пространство многогранниками с 12 и 14 гранями меньшей площади.

Пена состоит из множества пузырей, которые соприкасаются друг с другом. Наиболее выгодной формой мыльного пузыря в составе пены с точки зрения минимизации поверхностного натяжения оказался додекаэдр. На рисунке: пена Уэйра — Фелана. Каждый её пузырь напоминает угловатый шар, образованный из 12 соединённых гранями пятиугольников. Фото: Tomruen / Wikimedia Commons / PD

Пена возникает при добавлении к воде не только мыла, но и жёлчи или вытяжек некоторых растений — мыльнянки, левантского корня (гипсофилы), панамской коры (квилайи). Но почему одни вещества вызывают пенообразование, а другие нет? Ответ на этот вопрос в прямом смысле слова лежал, а точнее, плавал на поверхности.

Фобии и филии

Вспомните, как выглядят капли росы. Порой кажется, что росинки на листьях отлиты из стекла, настолько идеальна их форма. Совершенство формы объясняется тем, что молекулы воды (как и любой другой жидкости) испытывают взаимное притяжение. Те из них, что находятся вблизи поверхности капли, не имеют «соседей» снаружи, поэтому суммарная сила их притяжения направлена к центру капли. Это приводит к тому, что поверхность как бы стягивается. В физике такое явление называют поверхностным натяжением.

Жан-Батист Шарден. Мыльные пузыри. 1734 год

Близкие к форме шара росинки чаще всего образуются на листьях манжетки, жимолости, многих водных растений (кувшинки, кубышки, лотоса), а также на плодах сливы или айвы. Листья и плоды этих растений покрыты тонким слоем растительных восков, которые, в силу особенностей строения молекул, отталкивают воду. Про такие вещества говорят, что они гидрофобны (от греч. hydros — ‘вода’ и phobos — ‘боязнь’).

Другие вещества, напротив, «любят» воду, поэтому они получили название гидрофильных (в переводе с греческого philia — ‘любовь’). Отличить их несложно: как правило, гидрофильные вещества растворяются в воде, а их молекулы полярны, то есть одна часть молекул несёт слабый положительный заряд, другая — слабый отрицательный. Капля воды (её молекулы тоже полярны), попав на гидрофильную поверхность, сразу растекается, стремясь занять как можно большую площадь.

Наконец, существуют молекулы, имеющие одновременно и гидрофильные, и гидрофобные группы,— их назвали амфифильными (в переводе с греческого amphys — ‘оба’). Они образуют на поверхности воды тонкий слой, в котором гидрофильные участки обращены к воде, а гидрофобные — к воздуху. За счёт этого наружные молекулы воды в капле приобретают гидрофильных соседей, поверхностное натяжение уменьшается и образуется пена. По сути, мыльный пузырь представляет собой тонкую прослойку воды между двумя слоями амфифильных молекул. Но не только мыло или шампунь обладают такими свойствами. Амфифильны также большинство липидов, из которых построены мембраны клеток всех живых организмов, молекулы почти всех белков, без которых нельзя представить сам феномен жизни. Об этих молекулах следует сказать особо.

Поведение капли воды при попадании на гидрофобную (а), гидрофильную (б) поверхности и при добавлении к ней амфифильного вещества — лаурилсульфата (в). Красным цветом показана заряженная часть его молекулы. Рисунки Ильи Конышева. Фото a: Steffan Enborm / Wikimedia Commons / CC BY 2.0. Фото б: Konstanttin / ru.depositphotos.com. Фото в: brianguest / ru.depositphotos.com

Не только зефир

Как различить два раствора — белковый и солевой при условии, что они находятся в колбах без надписей? Любой студент-биохимик скажет, что нужно просто потрясти ёмкости: там, где есть белок, немедленно возникнет пена. Конечно, способ не лишён недостатков, но на практике используется не так уж и редко. С белковым пенообразованием мы сталкиваемся и в обычной жизни: опытные кулинары добавляют белки куриных яиц в тесто для пышности, готовят из них меренги, безе, пастилу и зефир, с ними взбивают сливки.

Пенные «сугробы» в Чили, вызванные нашествием оболочника из рода Pyura. Фото: ncbi.nlm.nih.gov

Молекулы белков очень крупные: молекулярная масса среднего белка в 3000 раз больше, чем у молекулы воды, и построены они, как бусы, из 20 видов аминокислот. От взаимного расположения и чередования аминокислотных остатков зависят свойства и функции каждого белка. Как правило, в водных растворах гидрофобные аминокислоты спрятаны внутри белкового клубка, а гидрофильные расположены на поверхности. Но природа придумала ряд исключений, весьма полезных для тех, кого она ими наградила.

Речь идёт о так называемых белках-сурфактантах. Их аминокислотная цепочка уложена таким образом, что гидрофобные и гидрофильные участки оказываются резко разграниченными. Примерно то же самое наблюдается в молекуле входящего в состав шампуней лаурилсульфата. Благодаря «двуличию» белок-сурфактант формирует на поверхности жидкости своего рода плёнку толщиной всего в одну молекулу. Такой белок покрывает поверхность альвеол наших лёгких, препятствуя их спадению. Если бы сурфактанта не было, альвеолы расправлялись бы так же тяжело, как, например, мокрый полиэтиленовый пакет, и дышать было бы невозможно.

Пенные гнёзда

В один из дней лета 1987 года группа биологов, прибывшая в Южную Африку, обнаружила на стволах деревьев, а также на берегах соседнего озера густые клочья пены размером в несколько десятков сантиметров. На ощупь пена ничем не отличалась от мыльной, но откуда было взяться мылу в безлюдной местности, да ещё на деревьях? Очевидно, это были чьи-то гнёзда. И действительно, сняв верхний слой с одного из пенных образований, исследователи увидели кладку икры: буроватые шарики утопали в белой сердцевине. Ближе к вечеру удалось отыскать тех, кто отложил икру в пену. Это оказались серые африканские лягушки вида Chiromantis xerampelina.

Пенное гнездо цикады пенницы ивовой. Фото: John Tann / Wikimedia Commons / CC A 2.0

Сам факт образования пены живыми организмами был известен и раньше. Натуралисты подметили эту способность у самцов некоторых рыб ещё в ХIХ веке. Чуть ранее известный систематик природы Карл Линней описал цикад, которые опутывали своё тельце слоем пены, по объёму превосходящим насекомое в несколько раз. Что касается пены лягушки-хироманта, то она привлекла внимание исследователей своими удивительными свойствами: гнёзда из пены сохранялись в условиях тропической жары до 10 дней, лишь незначительно подсыхая по краям; пена хорошо удерживала воду и не подвергалась гниению. Химический анализ показал наличие в лягушачьей пене белка, который получил название ранаспумин (от лат. rana — ‘лягушка’ и spuma — ‘пена’). Вместе со сложными сахарами, содержащимися в секретах лягушачьих желёз, этот белок формирует «каркас» пены, не позволяя ей высыхать до тех пор, пока из икринок не разовьются головастики.

Африканская лягушка-хиромант. Фото: Kapenta / Wikimedia Commons / CC A-SA 4.0

Пенное гнездо африканской лягушки-хироманта. Фото: Bernard Dupont / Wikimedia Commons / CC A-S A 2.0

Гнёзда азиатских домовых лягушек вида Polypedates leucomystax не столь белоснежные, как у африканских собратьев, но у них похожее строение и они содержат необычный синий белок ранасмурфин. Белок синего цвета встречается в природе крайне редко. Видимо, поэтому учёные решили назвать его в честь синих персонажей американско-бельгийского мультсериала «Смурфики», хотя гнёзда лягушек из-за низкой концентрации белка и многократного преломления света в пене выглядят, скорее, зеленовато-серыми.

Кристаллы ранасмурфина под микроскопом. Фото: ncbi.nlm.nih.gov

Некоторые морские организмы, например оболочники, формирующие крупные колонии на дне, образуют такое количество пены, что она покрывает всё побережье. Так было, например, в 2005 году в Чили, когда скалы оказались под метровым слоем пенного «мусса». Оболочники ведут сидячий образ жизни, поэтому вымётывают половые клетки в воду вместе с белками-пенообразователями. Функцию миксера выполняет в данном случае океанический прибой, а сама пена, как мы помним, понижает поверхностное натяжение, поэтому оплодотворённые яйцеклетки легко опускаются на дно.

Ещё один белок — латерин, содержащийся в поту и слюне лошадей, до недавнего времени считали лишь аллергеном, провоцирующим у чувствительных людей зуд и чихание после контакта с животными. К слову, аллергию на кошек, или, как обычно говорят, на «кошачью шерсть», вызывает похожий белок, содержащийся в слюне пушистых питомцев

Модель молекулы латерина — белка, секретируемого потовыми железами лошади при беге. Остатки лейцина выделены жёлтым цветом, изолейцина — оранжевым. Фото: ncbi.nlm.nih.gov

Исследователи выяснили, что в составе латерина необычно высокое содержание двух гидрофобных аминокислот — лейцина и изолейцина: на них приходится 71 остаток из 228, составляющих молекулу. Теоретически латерин должен быть похож на ранаспумин. Так оно и есть. Выделяясь с потом, этот белок образует на коже лошади тончайшую плёнку, увеличивающую её смачиваемость. Благодаря плёнке пот равномерно распределяется по телу и более интенсивно испаряется. Это позволяет животному быстрее охлаждаться во время бега. В поте человека больше солей, чем белков, поэтому он хуже смачивает кожу и выступает в виде капель, а значит, испаряется дольше. Кроме того, латерин, содержащийся в слюне лошадей, обволакивает жёсткие волокна растений, которыми питается животное, что облегчает их дальнейшее переваривание.

Изучение белковых молекул продолжается. Они настолько многообразны, удивительны и непредсказуемы, насколько переливчат и непредсказуем летящий мыльный пузырь.

Автор Илья Конышев

«Наука и жизнь» №11, 2018

http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434435/Pe...

На фото — вскрытый яйцевой кокон паука-кругопряда аргиопы Брюнниха (Argiope bruennichi). Снаружи яйца защищены двумя плотными оболочками с толстым рыхлым слоем между ними. На фото наружная оболочка кокона удалена и рыхлый слой хорошо видно. Эти слои состоят из особых типов паутины и защищают кладку от механических и температурных воздействий, а также от высыхания. Сама аргиопа Брюнниха тоже солнечно-желтая, за яркую предостерегающую окраску ее часто называют пауком-осой.

Аргиопа Брюнниха с коконом. Фото © Michael Hohner с сайта mhohner.de

Яйца всех пауков относительно крупные, богатые желтком, покрыты желточной оболочкой и хорионом. Самка обычно делает кладку через несколько дней или недель после спаривания, при этом количество отложенных яиц сильно варьирует в зависимости от вида паука. Так, в крошечном коконе пиренейского паука Telema tenella спрятано всего-навсего одно яйцо, но обычно кладка пауков побогаче и содержит 30–50 яиц. А у некоторых видов в кладках бывают и сотни яиц (например, все у той же аргиопы Брюнниха).

Так как яйца пауков находятся в коконе, увидеть их удается редко. А посмотреть там есть на что: можно собрать коллекцию яиц всех цветов радуги! Это и сделали в лаборатории Гленна Кинга Центра исследований боли Университета Квинсленда (Австралия). Ученые изучают разнообразные яды в надежде использовать их для лечения расстройств нервной системы. Выяснилось, что яйца пауков могут быть токсичными и смертельно опасными для млекопитающих, причем уровень токсичности не коррелирует с ядовитостью самого паука. Про окраску яиц известно меньше: пока неясно, каков механизм ее формирования и биологический смысл.

Паучьи яйца из коллекции Центра исследований боли. Слева — яйца паука рода Holconia (семейство Sparassidae), справа — яйца паука Cyrtophora (семейство пауки-кругопряды). Фото из твиттера Гленна Кинга (Glenn King)

Многообразие яйцевых коконов велико и зависит от образа жизни паука. Самки пауков, обитающих в норках, там и откладывают яйца. Самка вначале делает из паутины специальную плотную пластинку, на которую и помещает все яйца, а потом накрывает другой, аккуратно и прочно скрепляя все части кокона по краю. У представителей некоторых семейств такие уплощенные коконы надежно крепятся к почве или к стенке гнезда (например, у пауков семейств воронковые пауки, трубковые пауки, гнафозиды, мешкопряды, бокоходы). Пауки-волки отрывают готовый кокон, состоящий из двух пластинок, от субстрата и делают поверх дополнительный слой паутины, в итоге у них получается кокон в форме шара, который самка носит с собой, прикрепляя паутиной к концу брюшка.

Паук-охотник из семейства Sparassidae несет в хелицерах плоский кокон. Фото © Melvyn Yeo с сайта deviantart.com

Самки пауков рода Pisaura (семейство пизауриды) делают весь шарообразный кокон из основной пластинки, оставляя наверху небольшое отверстие для откладки яиц, которое впоследствии закрывают крохотной кроющей пластинкой. Пауки-тенетники плетут кокон, находясь на паутине. У многих видов тенетников кокон шаровидный, с неразличимыми швами между основной и кроющей пластинками и состоит из рыхлой, похожей на вату паутины. Поверх такой рыхлой оболочки самка паука может делать второй защитный слой из более плотной паутины. Коконы могут иметь и более сложное строение. Например, у Agroeca brunnea (семейство лиокраниды) бокаловидный кокон, прикрепленный ножкой к стеблю или ветке растения, он делится поперечной перегородкой на яйцевую и выводковую камеры. В первую самка помещает яйца, а во вторую переходят паучата, где находятся еще 2–3 недели после вылупления и линяют.

Кокон Agroeca brunnea снаружи и схема разреза, где видно камеру с яйцами, перегородку и выводковую камеру. Фото с сайта en.wikipedia.org, рисунок с сайта entomologa.ru

В строении кокона прослеживается такая закономерность: его стенки тонкие и непрочные, если кладка находится внутри надежного и прочного гнезда или самка носит ее с собой. В остальных случаях яйцам нужна дополнительная защита в виде плотной толстой оболочки — как у аргиопы, помещающей кокон открыто, на своей паутине. Однако, такая мощная стенка кокона может служить серьезным препятствием для вылупившихся паучат. Но паучата аргиоп могут растворять внутренние волокна кокона с помощью ферментов. А самки тарантулов сами раскрывают кокон с помощью хелицер, тем самым помогая паучатам выбраться. Напомним, что пауки-волки, к которым относятся тарантулы, носят кокон с собой и активно его защищают.

Если яйца пауков могут быть окрашены в яркие цвета, то коконы чаще всего белые (паутина-то белая), хотя могут иметь разные оттенки. У аргиопы Брюнниха коконы имеют темно-зеленые полоски, у пауков рода Zelotes (семейство гнафозиды) розоватые коконы, у пауков-кругопрядов Cyrtarachne и некоторых видов рода Araneus, а также у кругопрядов-нефил — золотистые, у Cyrtophora — зеленоватые, а у пауков-волков рода Pardosa — зеленовато-синие коконы с белым швом посередине. Ученые пока не знают, каким путем достигается такая окраска, известно только, что паутина ловчих сетей может содержать пигменты, придающие ей цвет (но обычно она непигментирована).

Чтобы замаскировать кокон, некоторые пауки могут инкрустировать его частичками почвы и растений, делая его практически незаметным на фоне субстрата (так делает, например, Agroeca brunnea). Делать коконы незаметными могут и спектральные свойства паутинной оболочки. Например, у многих видов пауков (например, Peucetia viridans из семейства пауки-рыси) спектр отражения паутины кокона сильно смещен в красный диапазон, что придает коконам коричневатый вид. Это позволяет им слиться с опавшими листьями, среди которых пауки их прячут. У пауков, обитающих в условиях хорошего освещения (например, Zosis geniculata из семейства улобориды), паутина практически не отражает ультрафиолет, что позволяет замаскировать кокон на фоне субстрата. Все эти «хитрости», вероятно, дополнительно помогают паукам спрятать коконы от потенциальных хищников (например, муравьев) и паразитоидов — наездников, откладывающих свои яйца в кокон.

Разнообразие форм и расцветок коконов пауков Коста-Рики. Изображение из статьи G. Barrantes et al., 2013. Variation and possible function of egg sac coloration in spiders

Есть мнение, что изначально коконы пауков формировались для удержания кладки на субстрате, а их защитная роль вторична. Но, так или иначе, со временем маскирующая и защитная роль вышли на первый план. Плотный слой паутины защищает кладку не только от механических, температурных воздействий и высыхания, но также от бактерий и грибков — паутина обладает бактерицидными и фунгицидными свойствами.

Фото с сайта nashzeleniymir.ru.

Ира Демина

http://elementy.ru/kartinka_dnya/775/Yaytsa_i_kokony_paukov

Для оценки глобальных климатических изменений чрезвычайно важно, чтобы цифровые модели, на основе которых строятся прогнозы, учитывали все значимые источники парниковых газов, одним из которых является метан. Недавно обнаружилось, что огромное количество этого парникового газа выделяется ледником Соульхеймайёкюдль в Исландии. Ученые разобрались в причине и выяснили, что это явление вызвано тем, что ледник находится в зоне вулканической активности и под ним создаются благоприятные условия для бактерий, которые и производят метан.

Рис. 1. Извержение вулкана Катла, прорывающее ледниковый покров. Фото 1918 года с сайта icelandmag.is

Группа английских и американских ученых во главе с Ребеккой Бернс (Rebecca Burns) из Университета Ланкастера, исследуя состав талых вод, вытекающих из-под ледника Соульхеймайёкюдль (Sólheimajökull), обнаружила существенную обогащенность этих вод метаном. В летние месяцы талые воды ежедневно выносят до 41 тонны метана, который затем выделяется в атмосферу. Эти выбросы метана по количеству значительно превосходят аналогичные поступления из любых наземных водных источников сопоставимого объема (за исключением болот) и, например, почти в 20 раз превышают объемы поступлений из газов всех вулканов Европы вместе взятых.

Задачей ученых было выяснить источник происхождения метана в талых водах ледника Соульхеймайёкюдль и объяснить, в каких процессах он там появляется. Полевые работы проводились в течение 5 лет — с 2013 по 2017 год. Сначала авторы провели сравнение состава субгляциальных (вытекающих из-под ледника) вод с водами внешних источников в районе, водами из прогляциальных озер (озер, остающиеся на месте отступающих ледников, см. proglacial lake), а также с супрагляциальными водами (водами, стекающими по поверхности ледника), и убедились в том, что повышенное содержание метана характерно только для субгляциальных потоков. Не был обнаружен метан и в образцах окружающих пород и почв.

Результаты анализов однозначно указывают на биогенное происхождение СН4 в субгляциальных водах. На рис. 2 хорошо видно, что все пробы субгляциальных вод попадают в область биогенных процессов продуцирования метана. Все остальные пробы воды, отобранные в ходе обсуждаемого исследования, попали в области естественных геологических процессов, то есть имеют геогенную природу.

Рис. 2. Диаграмма изотопных значений углерода и дейтерия метана из различных источников. Кружочками обозначены пробы из прогляциальных озер; квадратами — талые и родниковые воды из открытых источников; белыми ромбами — субгляциальные воды; темными ромбами — краевой сток с ледников; большими крестами — дренажные воды; малыми крестами (соединены на диаграмме пунктирной линией) — результаты анализа метана, полученного в лабораторных условиях. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Особенностью ледника Соульхеймайёкюдль, расположенного на юге Исландии, является то, что его верхняя часть находится над действующим вулканом Катла, а язык — спускается вниз по долине (рис. 3).

Рис. 3. Карта района вулкана Катла. Кальдеры вулканов обозначены линией со штрихами, направленными внутрь. Оранжевой штриховкой показаны места предыдущих извержений этого вулкана. Жирными красными метками отмечены места извержения вулкана Эйяфьядлайёкюдль в 2010 году. Ледник Соульхеймайёкюдль (Sólheimajökull) расположен в левой нижней части карты. Карта с сайта strokkur.raunvis.hi.is

Вулкан Катла извергается примерно раз в 80–100 лет. В период между извержениями в зоне активности вулкана продолжают выделяться горячие газы, прогревающие ледник снизу. Из-за этого в основании ледника формируется гидрологический слой, в котором в условиях постоянного прогрева активно развиваются бактерии, выделяющие метан.

В открытых водоемах биогенное образование метана обычно компенсируется окислением метана кислородом с образованием углекислого газа (который выделяется в атмосферу) и воды. В случае подледной гидросистемы, непроницаемая крышка льда препятствует проникновению в гидрологическую зону атмосферного кислорода, метан не окисляется, а выносится на поверхность из-под ледника вместе с талыми водами, где уже выделяется в атмосферу. При этом надо отметить, что парниковый потенциал метана в 28 раз выше, чем у углекислоты.

В случае нахождения ледника в зоне вулканической активности, ложе (основание) ледника обладает идеальными условиями для производства метана. При этом сам вулкан не является источником метана, но обеспечивает условия, позволяющие микроорганизмам процветать. Кроме того, вулканические газы создают восстановительную среду во всей гидросистеме, в которой метан сохраняется в неокисленном состоянии. При попадании в такую восстановительную среду, теряют свой окислительный потенциал даже те поверхностные (супрагляциальные) воды, которые просачиваются вниз сквозь толщу ледника.

В этом плане совместная гидрологическая система вулкана Катла и накрывающей его ледяной шапки ледника Соульхеймайёкюдль является гигантским природным инкубатором микроорганизмов, продуцирующих метан в подледном субстрате. В холодное и теплое время года эта система функционирует немного по-разному (рис. 4).

Рис. 4. Схематическая модель функционирования гидрологической системы Катла–Соульхеймайёкюдль в летне-осенний (a) и зимне-весенний (b) периоды. Условные обозначения: 1 — выделения метана; 2 — гидрологический слой в основании ледника; 3 — породы основания ледника; 4 — ледник; 5 — снежный покров. Над жерлом вулкана находится подледная зона таяния ледника. Формирующиеся в этой зоне щелочные воды стекают вниз по ложу ледника. За счет поступающих снизу вулканических газов в системе поддерживается восстановительная среда, поэтому метан, не разлагаясь в результате окисления, доносится субгляциальными водами до выхода на поверхность из-под толщи ледника. В теплый период года этот процесс более интенсивный, так как гидрологическая система ледника обильно пополняется за счет дренажных вод, образующихся при поверхностном таянии льда и снега. В холодный же период может периодически нарушаться связь с геотермальной областью над жерлом вулкана, и тогда в субгляциальных водах вблизи языка ледника окислительные процессы начинают идти более активно, а в выходящих на поверхность водах, метан практически отсутствует. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Данная статья — первое опубликованное исследование, темой которого стало масштабное выделение метана в зонах ледников. Помимо вулкана Катла, есть еще много других вулканов в Исландии, обладающих активной гидротермальной системой и перекрытых сверху ледниками. Их метаногенный потенциал абсолютно не изучен. Все больше данных появляется и о зонах сильной геотермальной активности (которая часто является одним из проявлений вулканической активности) под западной частью Антарктического ледяного щита. И везде, где есть сочетание таких факторов, как геотермальная активность, наличие непроницаемой ледниковой шапки, препятствующей проникновению к основанию ледника кислорода, и активность метанобразующих бактерий, возможно ожидать открытие обширных зон метаногенеза.

При этом, на сегодняшний день неизвестно, сколько метана уже накоплено в закрытых (пока не имеющих выхода на поверхность) подледных гидрологических системах этих регионов, и как быстро он будет высвобождаться по мере отступления ледников и сокращения толщины ледниковых покровов, если климат на Земле и дальше будет теплеть: будет ли наблюдаться резкий выброс метана или его медленное выделение по мере вскрытия от льда подледных водоемов.

Источник: R. Burns, P. M. Wynn, P. Barker, N. McNamara, S. Oakley, N. Ostle, A. W. Stott, H. Tuffen, Zheng Zhou, F. S. Tweed, A. Chesler, M. Stuart. Direct isotopic evidence of biogenic methane production and efflux from beneath a temperate glacier // Scientific Reports. 2018. DOI: 10.1038/s41598-018-35253-2

Владислав Стрекопытов

http://elementy.ru/novosti_nauki/433383/Ledniki_raspolozhenn...