Институт Макса Планка

Брачные хитрости турухтанов помогают их самцам обманывать конкурентов, но одновременно мешают размножаться самкам.

Самец турухтана, "независимая морфа"

Три морфы самцов туруханов

Один из примеров — кулики турухтаны. У них есть три типа самцов:

- У первых — так называемая форма (или морфа) Independents, или «независимые» — есть характерный брачный наряд, по которому их легко отличить от самок. «Независимые» относительно велики и агрессивны, они энергично защищают свою территорию, стараясь произвести впечатление на слоняющихся вокруг турухтаних.

- У второй формы самцов, которые называются Satellites, или «спутники», брачный наряд окрашен светлее, по размеру они несколько мельче «независимых», но при этом часто состоят в альянсе с «независимыми» и выглядят более внушительно — во всяком случае, судя потому, что самки нередко предпочитают именно их.

- Третья форма самцов, Faeders, («выцветшие»), или, лучше сказать, «скрывающиеся», просто похожи на самок, и благодаря этому сходству они шныряют между брачными аренами других самцов, украдкой уводя у них потенциальных брачных партнёрш. Нарядные и агрессивные конкуренты не обращают на них внимания, принимая их за самок, и не гонят от себя — так и получается, что самцам Faeders тоже перепадают брачные радости и, соответственно, шанс оставить потомство.

Все три формы закреплены генетически. Изначально у турухтанов все самцы были в форме «независимых». Около четырёх миллионов лет назад большой кусок ДНК в их геноме поменял ориентацию, или, говоря, иначе, произошла инверсия, начало и конец поменялись местами — так появились «скрывающиеся» самцы. Инвертированный фрагмент оказался довольно большим, в нём содержится примерно сотня генов, чья активность после инверсии заметно изменилась (что хорошо видно по внешнему виду и поведению «скрывающихся» самцов). Потом у некоторых птиц этот кусок ДНК особым образом смешался с таким же куском, но в прежней ориентации — так получились самцы-«спутники».

Инвертированная ДНК у турухтанов находится не в половых хромосомах, а значит, что все геномные изменения коснулись и самок тоже. Но как именно коснулись? Внешне самки всех трёх форм неотличимы друг от друга. Исследователи из Института орнитологии Общества Макса Планка пишут в Nature Communications, что отличия можно увидеть в особенностях размножения: самки типа Faeders откладывают меньше яиц, сами яйца у них меньше размером, чем у других, и у птенцов, вылупившихся из таких яиц, меньше шансов выжить.

Две самки турухтана в период размножения, принадлежащие к разным морфам

Тем не менее, форма Faeders не исчезла под давлением отбора, то есть у неё есть какие-то преимущества. С помощью математических моделей исследователи показали, что при очень больших минусах для самок, ДНК Faeders довольно выгодна для самцов. «Скрывающихся» самцов не должно быть много, иначе их тактика потеряет смысл. Среди турухтанов должно быть побольше агрессивных «независимых», которые воюют исключительно друг с другом, чтобы между ними могли спокойно сновать «скрывающиеся» (кстати, то же самое касается и «спутников» — чтобы быть успешными в глазах самок, они должны красоваться на фоне «независимых»).

То есть даже репродуктивный «минус» для самки может быть «плюсом» для самца. Кроме того, на примере трёх форм самцов турухтанов видно, как разные генетические приспособления, конкурируя между собой, всё же не могут обойтись друг без друга. То есть «независимые» может и могли бы обойтись без двух других, но они заняты сами собой и на «спутников» со «скрывающимися» не обращают внимания. А успех обманных стратегий продолжается только до тех пор, пока есть те, на чьём фоне ты можешь демонстрировать свои хитрости.

Автор: Кирилл Стасевич отсюда

Колония на Марсе: как сделать из рассола топливо и пригодный для дыхания воздух

30 ноября 2020 г., The Conversation

David Rothery, Professor of Planetary Geosciences, The Open University

NASA планирует высадить экипаж на Луну к 2024 году , а затем? возможно, в 2030-х годах на Марс. Когда-нибудь в обоих мирах у нас будут базы с постоянным экипажем. В отличие от первоначальных краткосрочных визитов, долгосрочные базы должны быть самодостаточными по как можно большему числу предметов первой необходимости.

Многие исследования были посвящены подготовке к использованию ресурсов на месте (ISRU), которые могли бы помочь в строительстве и поддержании лунной базы. Теперь аналогичные идеи для Марса выдвигает новое исследование, опубликованное в PNAS, предлагающее способ использования рассола, обнаруженного на Марсе, для создания топлива и пригодного для дыхания воздуха.

«Жить за счет земли» [за счет местных ресурсов] на Марсе будет даже важнее, чем на Луне, потому что Марс находится гораздо дальше, что соответственно увеличивает транспортные расходы и время на доставку [всего необходимого].

Одна из основных проблем с ресурсами — как обеспечить экипаж марсианской базы кислородом. У Марса только тонкая атмосфера с поверхностным давлением менее одной сотой земного. Хуже того, это 96% углекислого газа и всего около 0,1% кислорода. Атмосфера Земли на 21% состоит из кислорода. Марсоход NASA Mars 2020, Perseverance , который уже находится на пути к Марсу, содержит эксперимент под названием MOXIE , название которого изобретательно придумано в рамках эксперимента Mars OXygen In situ.

Научные инструменты на марсоходе Perseverance

Изображение: NASA/JPL (кликабельно)

Кислород из марсианского рассола

Однако появился новый способ, при котором для производства того же количества кислорода потребуется в 25 раз меньше электроэнергии. Независимо от того, используете ли вы солнечные элементы или радиоактивный источник для выработки электроэнергии, доступная мощность ограничена, поэтому это важное преимущество.

В новом исследовании команда из Вашингтонского университета в США демонстрирует, как можно эффективно использовать электролиз для одновременного получения кислорода и водорода из рассола. Оказывается, когда вы используете концентрированный раствор перхлората магния, довольно легко разделить водный компонент рассола на кислород и водород с помощью электролиза. Это может показаться экзотическим, но перхлорат магния — это то, что, по-видимому, содержит соленая вода на поверхности Марса и вблизи нее. Это видно, например, когда капли жидкости появились на опорах спускаемого аппарата NASA Phoenix , который приземлился на крайнем севере Марса в 2008 году. Марсоход Curiosity также обнаружил следы рассола перхлората кальция к югу от марсианского экватора.

https://thealphacentauri.net/69528-koloniya-na-marse-kak-sde...

Капли, предположительно представляющие собой раствор перхлората магния, на стойке посадочного модуля «Феникс» через восемь дней (слева), 31 день (в центре) и 44 дня (справа) после приземления. Фото: NASA / Лаборатория реактивного движения — Калифорнийский технологический институт / Аризонский университет / Институт Макса Планка.

https://www.nasa.gov/mission_pages/phoenix/main/index.html

Соли перхлоратов хорошо поглощают воду из сухой атмосферы, отсюда и капли на ногах посадочного модуля Phoenix. Они могут понижать температуру замерзания жидкости до −70°C, что предотвращает замерзание концентрированных перхлоратных рассолов даже при низких температурах на поверхности Марса. Есть места, где появление темных влажных полос считается сезонным выносом рассола на поверхность.

https://theconversation.com/nasa-streaks-of-salt-on-mars-mea...

Темные полосы на стене Juventae Chasma, возможно, сезонные просачивания рассола. Фото: NASA / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны

Новое исследование утверждает, что если вы приземлитесь там, где есть рассол, вы сможете производить столько кислорода, сколько захотите, при условии, что у вас неограниченное количество рассола и энергии. Прорыв в эффективности электролиза перхлоратного солевого раствора связан с составлением электрода, производящего кислород. Для этого в исследовании использовался ряд минералов под названием пирохлор , в данном случае состоящий из оксида свинца и рутения. Пирохлоры имеют широкий спектр технологических применений, включая, как в данном случае, «электрокатализатор», ускоряющий и упрощающий электролиз.

Практические варианты

Еще неизвестно, окажется ли электролиз марсианского углекислого газа методом MOXIE или электролиз марсианских рассолов с использованием пирохлора более практичным способом получения кислорода на Марсе. Водород от электролиза рассола — это бонус, который нельзя получить при электролизе углекислого газа, и, как указывается в исследовании, его можно использовать в качестве ракетного топлива. На самом деле, если вы хотите это сделать, вам нужно будет использовать кислород в качестве дополнительного компонента топлива. Но, по крайней мере, это дает вам выбор: дышать кислородом или использовать его в топливной смеси водород-кислород.

Ни один из вариантов не будет доступен в течение нескольких месяцев путешествия на Марс и обратно, для которого необходимо будет найти решения по переработке, как сегодня на Международной космической станции. Это также было бы важно на поверхности Марса.

Переработка расходных материалов на Международной космической станции.

Изображение: NASA (кликабельно)

https://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2005/mars...

Конечно, есть еще один способ пополнить запасы кислорода — выращивать растения на марсианской базе. Они могли бы поглощать углекислый газ, выдыхаемый экипажем, и высвобождать кислород путем фотосинтеза. Члены экипажа также могли бы есть некоторые растения, которые были бы желанным источником свежей пищи.

Это перевод статьи Mars colony: how to make breathable air and fuel from brine – new research

Дополнительная информация:

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=...

Новая технология позволит получить кислород и топливо из марсианских рассолов

Найдена зеркальная копия нашей Земли и Солнца

Звезда Kepler-160 и ее спутник KOI-456.04 больше напоминают систему Солнце-Земля, чем любая ранее известная пара звезда-экзопланета.

Звезда Kepler-160 вероятно имеет на орбите планету, которая почти в два раза больше Земли. Расстояние от звезды до планеты позволяет допускать температуру поверхности планеты, способствующую развитию жизни. Недавно обнаруженная группой ученых во главе с Институт Макса Планка по исследованию Солнечной системы (MPS) в Геттингене (Германия), экзопланета представляет собой нечто большее, чем просто потенциально обитаемый мир.

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=...

Одним из ключевых свойств, делающим этот мир похожим на систему Солнце-Земля больше, чем на любой другой ранее известный мир, является его звезда, похожая на Солнце. Большинство известных до сих пор похожих на Землю экзопланет находят на орбите вокруг слабых звезд - красных карликов, излучающих свою энергию в основном в виде инфракрасного излучения, а не видимого света. Однако свет излучаемый звездой, подобной Солнцу, очень похож на дневной свет на нашей родной планете. Более того, орбитальный период KOI-456.04 вокруг звезды почти идентичен земному году.

Космические телескопы, такие как CoRoT, Kepler и TESS, позволили ученым открыть около 4000 внесолнечных планет (планет вокруг далеких звезд) за последние 14 лет. Большинство этих планет имеют размер газового гиганта планеты Нептун, примерно в четыре раза больше Земли, которые находятся на относительно близких орбитах вокруг своих звезд-хозяев.

Ученые также обнаружили несколько маленьких экзопланет, как Земля, которые потенциально могут быть каменистыми. Горстка этих маленьких планет также находится на правильном расстоянии от своих звезд, чтобы потенциально иметь умеренные поверхностные температуры для присутствия жидкой поверхностной воды - основного ингредиента жизни на Земле.

«Полная картина обитаемости планет включает в себя также взгляд на качества звезды», - объясняет ученый MPS и ведущий автор нового исследования доктор Рене Хеллер. До сих пор почти все экзопланеты в два раза большие чем Земля, которые потенциально могут иметь мягкую температуру на поверхности, находятся на орбите вокруг красных карликов.

Красные карлики известны своей чрезвычайно долгой жизнью. Жизнь на экзопланете на орбите вокруг старого красного карлика может потенциально продолжаться вдвое дольше, чем жизнь на Земле - для формирования и развития. Но излучение от звезды красного карлика в основном инфракрасное, а не видимый свет, как мы его знаем.

Многие красные карлики также известны тем, что излучают высокоэнергетические вспышки и жарят свои планеты, которые впоследствии становятся непригодными для обитания.

Более того, их слабость требует, чтобы любая обитаемая планета находилась настолько близко к звезде, что звездная гравитация начинает существенно деформировать планету. В результате приливного нагревания на планете может произойти смертельный глобальный вулканизм. Обитаемость планет вокруг красных карликов широко обсуждается в научном сообществе.

В своей новой исследовательской статье группа ученых из MPS, Обсерватории Соннеберг, Геттингенского университета, Калифорнийского университета в Санта-Круз и из НАСА сообщили об обнаружении кандидата на планету, которая в два раза больше Земли и с умеренным освещением от солнечной звезды.

Звезда Кеплер-160 находится на расстоянии чуть более 3000 световых лет от Солнечной системы. Она постоянно находилась в поле зрения основной миссии телескопа Кеплера и постоянно наблюдалась с 2009 по 2013 год. Ее радиус 1,1 радиуса Солнца, а температура поверхности 5200 градусов по Цельсию (на 300 градусов меньше, чем у Солнца). Она имеет очень похожую на Солнце звездную светимость, что делает ее астрофизическим снимком нашей собственной звезды.

Звезда Кеплер-160, как известно, является звездой-хозяином двух экзопланет, называемых Кеплер-160b и Кеплер-160с. Обе эти планеты значительно больше Земли и находятся на относительно близких орбитах вокруг своей звезды.

Их поверхностная температура, безусловно, делает их более жаркими, чем печь для выпечки. Но крошечные изменения в орбитальном периоде планеты Kepler-160c дали ученым надежду на открытие третьей планеты.

Команда немецких и американских ученых вернулась к архивным данным с телескопа Kepler, чтобы найти дополнительные планеты вокруг этой звезды и проверить планетарное происхождение орбиты Kepler-160c. Хеллер и его коллеги ранее успешно обнаружили 18 забытых экзопланет по старым данным Кеплера.

При поиске экзопланет ученые обычно ищут повторяющиеся изменения яркости звезд. Эти временные затемнения, обычно составляющие всего один процент или менее от видимой яркости звезд, могут быть вызваны тем, что планеты проходят через диски своих звезд - если смотреть с Земли.

Их новый алгоритм поиска имел решающее значение для обнаружения нового кандидата на транзитную планету KOI-456.04. «Наш анализ показывает, что Kepler-160 имеет не две, а четыре планеты», - резюмирует Хеллер новое исследование.

Одна из двух планет, найденных Хеллером и его коллегами, - это Кеплер-160d, ранее подозреваемая планета, ответственная за искаженную орбиту Кеплера-160с. Kepler-160d не показывает никаких переходов на кривой блеска звезды, и это было подтверждено косвенно.

Другая планета, формально кандидат на планету, - KOI-456.04, вероятно, транзитная планета с радиусом 1,9 радиуса Земли и периодом обращения 378 дней. Принимая во внимание его солнцеподобную звезду, очень похожий на Землю орбитальный период, очень похожее на Землю расстояние от звезды - как с точки зрения количества получаемого света, так и с точки зрения цвета света.

Свет от Кеплера-160 является видимым светом, очень похожим на солнечный свет. Учитывая все это, планета KOI-456.04 находится в обитаемой зоне звезды - диапазон расстояний вокруг звезды, допускающий наличие жидкой воды на поверхности.

«KOI-456.01 является относительно большой по сравнению со многими другими планетами, которые считаются потенциально обитаемыми. Но именно сочетание этого размера планеты и звезды-хозяина солнечного типа делает ее такой особенной и знакомой», - поясняет Хеллер.

Как следствие, условия поверхности на KOI-456.04 могут быть аналогичны тем, которые известны на Земле, при условии, что ее атмосфера не слишком массивна и похожа на Землю. Количество света, получаемого от звезды-хозяина, составляет около 93 процентов солнечного света, получаемого Землей. Если KOI-456.04 имеет в основном инертную атмосферу с мягким, похожим на Землю парниковым эффектом, то температура его поверхности будет в среднем +5 градусов Цельсия, что примерно на десять градусов ниже средней глобальной температуры Земли.

В настоящее время нельзя полностью исключить, что KOI-456.04 на самом деле является статистической случайностью или систематической ошибкой измерения вместо реальной планеты. Команда оценивает шансы наличия планеты KOI-456.04 в 85%, а для получения официального статуса планеты требуется 99%.

В то время как некоторые из самых мощных наземных телескопов Земли могли бы подтвердить этого кандидата наблюдениями во время одного из его предстоящих транзитов, есть также надежда, что будущая космическая миссия PLATO (ЕКА) сможет это сделать. Планируется, что PLATO будет запущен в 2026 году, и одной из его главных научных целей является открытие планет размером с Землю вокруг звезд, похожих на Солнце.

В настоящее время MPS строит центр данных PLATO и активно участвует в миссии PLATO. Если PLATO будет ориентирован таким образом, чтобы пересматривать данные основной миссии Kepler, то KOI-456.04 будет иметь возможность стать подтвержденной планетой и быть изученной PLATO еще более подробно.

Наше солнце менее активно, чем похожие звезды

По космическим меркам солнце необычайно однообразно, пришли к выводу исследователи из Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы. Впервые ученые сравнили Солнце с сотнями других звезд с аналогичными периодами вращения. Большинство звезд дает гораздо более сильные вариации. Это поднимает вопрос о том, проходило ли Солнце необычайно спокойную фазу в течение нескольких тысячелетий.

Степень, в которой изменяется солнечная активность (и, следовательно, количество солнечных пятен и яркость Солнца), может быть реконструирована с использованием различных методов, по крайней мере, в течение определенного периода времени. Например, с 1610 года были достоверные записи о солнечных пятнах, покрывающих Солнце.

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=...

Распределение радиоактивных разновидностей углерода и бериллия в древесных кольцах и ледяных кернах позволяет сделать выводы об уровне солнечной активности за последние 9000 лет. За этот период времени ученые обнаруживают регулярно повторяющиеся колебания сопоставимой силы, как в течение последних десятилетий. «Однако, по сравнению со всей продолжительностью жизни Солнца, 9000 лет - это мгновение ока», - говорит ученый MPS доктор Тимо Рейнхольд, первый автор нового исследования. Ведь нашей звезде почти 4,6 миллиарда лет. «Возможно, что в течение тысячелетий Солнце проходило спокойную фазу, и поэтому мы имеем искаженное представление о нашей звезде», - добавляет он.

Поскольку невозможно определить, насколько активно Солнце было в первобытные времена, ученые могут прибегнуть только к звездам: вместе с коллегами из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии и Школы космических исследований в Южной Корее исследователи MPS выяснилось, ведет ли себя Солнце "нормально" по сравнению с другими звездами. Это может помочь классифицировать его текущую деятельность.

Для этого исследователи отобрали звезды-кандидаты, которые по своим свойствам напоминают Солнце. Помимо температуры поверхности, возраста и доли элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, исследователи прежде всего смотрели на период вращения. «Скорость, с которой звезда вращается вокруг своей оси, является критически важной переменной», - объясняет профессор доктор Сами Соланки, директор MPS и соавтор новой публикации. Вращение звезды способствует созданию ее магнитного поля в динамическом процессе внутри нее. «Магнитное поле является движущей силой, ответственной за все колебания активности», - говорит Соланки. Состояние магнитного поля определяет, как часто Солнце испускает энергетическое излучение и швыряет частицы с высокой скоростью в космос при сильных выбросах, как много темных пятен и ярких областей на его поверхности - и, следовательно, также как ярко светит Солнце.

Полный каталог, содержащий периоды вращения тысяч звезд, был доступен только за последние несколько лет. Он основан на данных измерений космического телескопа НАСА «Кеплер», который зафиксировал флуктуации яркости приблизительно 150000 звезд главной последовательности (то есть тех, которые находятся в середине их отрезке жизни) с 2009 по 2013 год. Исследователи изучили этот огромный каталог и выбрали звезды, которые совершают один оборот вокруг своей оси в течение 20-30 дней. Солнцу для этого нужно около 24,5 дней. Исследователи смогли дополнительно сузить эту выборку, используя данные европейского космического телескопа Gaia. В итоге осталось 369 звезд, которые также напоминают Солнце по другим фундаментальным свойствам.

Точный анализ изменения яркости этих звезд с 2009 по 2013 год показывает четкую картину. В то время как между активной и неактивной фазами солнечное излучение колебалось в среднем всего на 0,07 процента, другие звезды демонстрировали гораздо большие колебания. Их колебания обычно были примерно в пять раз сильнее. «Мы были очень удивлены тем, что большинство похожих на Солнце звезд гораздо более активно», - говорит доктор Александр Шапиро из MPS, который возглавляет исследовательскую группу «Соединение солнечной и звездной вариативностей».

Однако невозможно определить период вращения всех звезд, наблюдаемых телескопом Кеплер. Чтобы сделать это, ученые должны найти определенные периодически повторяющиеся провалы в световой яркости звезды. Эти провалы можно проследить до звездных пятен, которые затемняют поверхность звезды, поворачиваются за пределы поля зрения телескопа, а затем снова появляются через определенный промежуток времени. «Для многих звезд такие периодические потемнения не могут быть обнаружены; они теряются в шуме измеренных данных и в перекрывающих колебаниях яркости», - объясняет Рейнхольд. Если смотреть через телескоп Кеплера, даже Солнце не выдаст период своего вращения.

Поэтому исследователи также изучили более 2500 похожих на Солнце звезд с неизвестными периодами вращения. Их яркость колебалась намного меньше, чем у другой группы.

Эти результаты допускают две интерпретации. Может быть все еще необъяснимое фундаментальное различие между звездами с известным и неизвестным периодом вращения. «Также возможно, что звезды с известными и подобными Солнцу периодами вращения показывают нам фундаментальные колебания активности, на которые способно Солнце», - говорит Шапиро. Это будет означать, что наша звезда была необычайно слаба в течение последних 9000 лет и что на очень больших временных масштабах также возможны фазы с гораздо большими колебаниями.

Однако нет причин для беспокойства. В обозримом будущем нет никаких признаков такой солнечной «гиперактивности». Напротив: в течение последнего десятилетия Солнце проявляло себя довольно слабо, даже по своим низким стандартам. Прогнозы активности на следующие одиннадцать лет показывают, что это скоро не изменится.

Способность узнать свое отражение в зеркале, опознать себя, только кажется нам привычной мелочью. В реальности это привилегия высокоразвитых существ, к которым относятся обезьяны, дельфины, слоны и несколько видов птиц. Даже люди получают эту способность только с 15-месячного возраста, но недавно ученые обнаружили ее и у рыб.

Исследователи из Института Макса Планка, Университета Констанца и Городского университета Осаки выбрали в качестве подопытных рыбок вида губанов-чистильщиков. Они хорошо различают инородные вещи на телах других рыб и удаляют их, но сможет ли рыбка проделать то же самое с собой? Для этого на них поставили яркие точки краской в таких местах, чтобы увидеть их можно было только в отражении в зеркале. Всех рыбок разрисовали по-разному и начали наблюдать.

Оказалось, что рыбки моментально замечают отметки и начинают тереться о камни и другие предметы в попытке избавиться от них. А потом проверяют результат в зеркале и не путают себя с другими особями. Ученые заменили краску прозрачным лаком и рыбки перестали чистить себя – это говорит о том, что они реагируют на изменения во внешнем виде, а не на сам факт маркировки. Дальше больше, ученые ставили метки на зеркало или заменяли его прозрачным стеклом, размещая по одну сторону рыбок с метками, а по другую без. И во всех этих случаях губаны не реагировали, когда краски не было на них самих, не допуская ошибок.

Выводы по итогам эксперимента противоречивы, ученые в своей массе отказываются признавать наличие у рыб самосознания. Да, они распознают именно свое отражение в зеркале, но не является ли это результатом работы каких-то неизвестных механизмов, основанных на голых инстинктах? Что же, тогда еще хуже – под сомнение ставится сам тест с зеркалом, возможность определить наличие самосознания у животных таким способом.