Текст уведомления здесь

Планктономешалка

Как перемешать океан живыми существами?

Можно ли перемешать воду в океане? Участвуют ли в этом процессе животные организмы и какой размер у них должен для этого быть? «Чердаку» это объясняет кандидат биологических наук Егор Задереев, ведущий научный сотрудник ФИЦ Красноярского научного центра СО РАН.
Добавить в закладки
Комментарии

— Несколько недель назад в журнале Nature вышла статья, в которой ученые утверждают, что маленькие рачки могут перемешивать океан. Здесь, конечно, интересен даже не сам научный повод — что рачки перемешивают океан, а весь флер вокруг этой истории. Статья пролежала в журнале примерно три года.

Первая работа, которую опубликовала эта группа ученых, была сделана просто в стакане с водой. В этом стакане, конечно же, вся вода была однородной с точки зрения распределения плотности, но они показали, что действительно, когда маленькие рачки начинают плавать, там каким-то образом появляются небольшие турбулентные завихрения, которые могут перемешать содержимое данного стакана. Вероятно, когда они отправили эту работу в Nature, им сказали: «Нет, ребята, это слишком просто. В чем вообще проблематика?»

Если мы говорим про океаны или озера, да про любые достаточно крупные водоемы, там практически всегда толща воды стратифицирована, то есть разделена на слои разной плотности. В самом простом виде: вверху теплая, менее соленая и «легкая» вода, а внизу более соленая, холодная, «тяжелая» вода. И два этих слоя ведут себя как две разные жидкости. Они не перемешиваются. И все, что попало вниз, вверх уже попасть не может. И это имеет важные последствия для всех циклов биогенных элементов или поведения экосистемы.

Нет никаких факторов (кроме очень мощного ветра, который перемешает эту толщу воды и поднимет что-то снизу наверх), которые могут повлиять. Соответственно, возникает вопрос: а могут ли рачки, которые в океане регулярно поднимаются вверх ночью, чтобы поесть, и уходят вниз, в глубину, чтобы спастись от хищников, плавая туда-сюда, как-то это все закрутить? Ученые стали оценивать турбулентность, которая возникает после плывущего рачка, — рассчитывать, с одной стороны, а с другой — измерять в лаборатории, как это влияет на весь процесс перемешивания. Я так подозреваю, что их первую статью «завернули», потому что там было мало доказательств. Поэтому они стали привлекать лазерную подсветку, какие-то красивые визуализации, очень сложные расчеты, частички, имитирующие взвесь, которую можно заснять с помощью режима быстрой съемки. Поэтому в статье самое интересное — это пять роликов, которые показывают, как возникает турбулентность.

Если совсем просто, то один рачок, плывущий в воде, создает небольшую турбулентность после себя. Конечно, она очень слабая и быстро гасится той разностью в плотности между легкой водой и тяжелой водой. Но когда за этим рачком плывет второй рачок, а за вторым — третий, а за третьим — четвертый, то в конце концов эти турбулентные потоки усиливаются. И действительно (по крайней мере, в лабораторном сосуде, который использовали ученые), возникает небольшое течение, которое может так или иначе вынести с нижних слоев наверх то, что туда осело и было разделено гидрофизикой. Здесь очень много таких тонких моментов. Ну, например, они зачем-то использовали рачка, который живет не в океане, а в очень соленых озерах. Рачок artemia salina. Ученые сказали, что им важен размер, а не близкая видовая принадлежность к реальным объектам, которые находятся в океане. Все-таки можно фантазировать на тему того, что турбулентность от разных рачков тоже будет разной — в зависимости от того, как они себя ведут. В целом, конечно, все равно это лабораторные оценки, лабораторные сосуды, и такие large scale, то есть масштабные течения на 100 метров они пока еще не оценили. Все-таки я думаю, что не будут рачки перемешивать океан.

Но здесь еще интересна сдвижка фокуса в нашем исследовании: если 20 лет назад мы говорили про планктон как просто про некую большую биомассу, которая участвует в динамике экосистемы… то есть, скажем, большая биомасса планктона (рачков) съела большую биомассу фитопланктона (водорослей). Потом эта большая биомасса послужила кормом для рыбы, ну и что-то они эксекретировали и насытили воду своими выделениями.

Мы пытаемся понять, как одно животное в зависимости от его «настроения» — голодный этот рачок или сытый, захотелось ли ему сегодня размножится, или он откладывает этот захватывающий процесс на завтра — как эти индивидуальные различия влияют на поведение всей системы? Красноярские ученые делали похожую работу несколько лет назад. Мы оценивали уже не совместные миграции рачков, а, наоборот, их индивидуальные синхронные перемещения.

Когда рачки плывут днем в глубину, а ночью — к поверхности в океане, у них есть конкретные стимулы. Это хищник, который их ест, и корм, который находится вверху. Во многих озерах нет хищника, и тогда этого стимула нет. Тогда рачкам не нужно в принципе носиться туда-сюда каждый день. Но они все равно плавают. Да, они плавают хаотично, однако мы пытались измерить эти хаотичные передвижения, а потом понять, как они влияют на поведение экосистемы. И оказался очень интересный факт: те, кто плывут наверх, в тепло, скажем так, голодны. Те, кто плывут вниз, в холод, — сытые. То есть рачки не все находятся в одинаковом физиологическом состоянии. Кто-то голодный, кто-то сытый. И они в зависимости от этого плывут в разные стороны. Но когда они плывут наверх — туда, где тепло, в тепле у них метаболизм протекает намного быстрее. Соответственно, они там не только едят, но и выделяю то, что они съели. И там скорость выделения тоже выше, чем в холоде. И получается, что за счет таких достаточно хаотичных миграций в озере выделяется, формируется однонаправленный поток элементов снизу вверх. То есть рачки перетаскивают снизу питательные вещества вверх, чего в принципе в наших классических представлениях не происходило, потому как — что обычно происходит в озерах или в океанах? Водная толща разделилась на два слоя. Вверху были какие-то питательные вещества. Их фитопланктон съел. Потом этот фитопланктон послужил кормом для зоопланктона. И потом все это оседает вниз. Как только оно осело в тяжелую воду, соответственно, никакого потока «обратно» нет.

Чаще всего вверху у нас не очень много питательных элементов и очень невысокая биомасса того же самого планктона. Например, мы знаем, что открытый океан называют пустыней. Почему? Потому что там нечем питаться фитопланктону, поэтому там достаточно низкая биомасса. Так вот, рачки способны часть тех питательных элементов, которые осели внизу, перетащить обратно наверх. И вот этот поток в противоположную сторону как раз стал… мы его смогли оценить только тогда, когда посмотрели на планктон не как на огромную тупую биомассу, которую течением куда-то переносит, а сама она ничего не способна делать, а дошли до уровня крошечного (миллиметрового и сантиметрового) организма и попытались понять, как его чаяния и нужды влияют на поведение всей экосистемы.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Истина где-то внизу

На Марсе нашли органику и подтвердили сезонные колебания метана в атмосфере. Теперь в поисках марсианской жизни придется копать глубже

Ученые окончательно доказали наличие органических молекул в грунте марсианского кратера Гейла. Теперь мы не только знаем, что 3,5 миллиарда лет назад на этом месте было озеро, а условия сопоставимы с земными в момент зарождения жизни, но и можем говорить о том, что когда-то в этом озере было все необходимое для жизни. А подтверждение сезонных колебаний концентрации метана в атмосфере Марса указывает на то, что его источник находится под поверхностью планеты. Не исключено, что происхождение газа имеет биологическую природу. Но для установления этого нужны скважины посерьезнее.
Добавить в закладки
Комментарии

Сегодня международная группа ученых представила новые результаты исследования осадочных пород из кратера Гейла — 154-километрового ударного образования вблизи экватора планеты. Образцы, собранные марсоходом Curiosity в трех местах неподалеку от посадки ровера, однозначно указывают на наличие сложных органических соединений.

Органика была обнаружена при помощи установленной на борту марсохода Curiosity установки SAM (Sample Analysis on Mars). Внутри этого прибора образец грунта нагревается и выделяет газы, которые пропускаются через хроматограф, разделяются в нем на фракции, а затем попадают в масс-спектрометр — прибор, позволяющий определить соотношение массы ионов с их зарядом. У разных веществ это соотношение разное, поэтому масс-спектрометрия используется для определения состава чего угодно: такие спектрометры используют и в промышленности, и в медицине, и даже для поиска следов запрещенных веществ в багаже авиапассажиров.

SAM перед установкой на марсоходе. Серебристый цилиндр на переднем плане — лазерный спектрометр, который не участвовал в поиске органических молекул, но позволил совершить другое открытие: подтвердить сезонные колебания концентрации метана в атмосфере Марса. Фото: NASA / GSFC / SAM
SAM перед установкой на марсоходе. Серебристый цилиндр на переднем плане — лазерный спектрометр, который не участвовал в поиске органических молекул, но позволил совершить другое открытие: подтвердить сезонные колебания концентрации метана в атмосфере Марса. Фото: NASA / GSFC / SAM

Три года назад команда SAM уже рапортовала об обнаружении органики в грунте кратера Гейла, но они были подпорчены наличием в пробах перхлоратов, что оставляло место для скепсиса. Теперь же и пробы, взятые в других точках кратера, «почище», да и подтверждение это — второе. (Не просто так в 2015 году статья вышла в Journal of Geophysical Research: Planets, а эта — уже в одном из самых престижных научных журналов, Science!) [ ... ]

Читать полностью

Пережившие апокалипсис

Довелось ли нашим предкам жить во времена настоящей Долгой Ночи

Горстка людей бредет по бескрайним пустошам, заваленным пеплом. Лучи багрового солнца с трудом пробиваются сквозь мутное небо — даже в этих краях, никогда не знавших холода, вечное лето сменилось тревожной прохладой. Нет, эти строки описывают не наше постапокалиптическое будущее — уже состоявшееся прошлое человечества.
Добавить в закладки
Комментарии

Биологические виды постоянно появляются и исчезают. Несмотря на то что видовое разнообразие биосферы в среднем неуклонно возрастает, статистика неумолима: более 99% когда-либо существовавших видов вымерло. Не остались в стороне и люди. Из примерно полутора десятков описанных видов рода Homo в живых остался лишь один, наш с вами — Homo sapiens. При этом уже не одно десятилетие обсуждается гипотеза о том, что и наши предки побывали на самой грани вымирания, едва не разделив судьбу своих менее везучих современников — коренастых неандертальцев, загадочных денисовцев и прочих странных ребят вроде островитян-полуросликов Homo floresiensis.

В нашем митохондриальном геноме довольно ясно вырисовываются следы резкого сокращения численности, произошедшего, по меркам эволюции, буквально на днях — в позднем плейстоцене, не позднее чем 50 тысяч лет назад. Что же случилось с нашим видом в эти тяжкие годы?

Для того чтобы подступиться к этому захватывающему вопросу, нам придется начать издалека. Давайте разберемся в том, как вообще генетики узнают о численности вида тысячелетия спустя.

Молекулярные часы и бутылочные горлышки [ ... ]

Читать полностью

От теплоэнергетики — к космосу и климату

Большое интервью с лауреатом «Глобальной энергии — 2018», теплофизиком Сергеем Алексеенко

Одним из лауреатов международной премии «Глобальная энергия» в этом году стал академик РАН, экс-директор Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко (опередивший десяток других финалистов, в том числе Илона Маска). Ученый рассказал корреспонденту «Чердака» о том, как получать энергию из земли, какое физическое явление привело к аварии на Саяно-Шушенской ГЭС и как теплофизика связана с астрономией и космической погодой.
Добавить в закладки
Комментарии

— Сергей Владимирович, вы стали лауреатом премии «Глобальная энергия». Поздравляю!

— Спасибо! Это было неожиданным, несмотря на то что я, по-моему, в пятый раз попадаю в шорт-лист. Мне даже уже показалось, что мое время прошло. Я считаю, что это очень престижная премия, я очень высоко это ценю.

— Эту премию вам вручили по сумме заслуг?

— Я представляю академическую науку. В отличие от крупных компаний, которые доводят разработки до коммерческого продукта, мы занимаемся фундаментальными основами технологий. Я действительно получаю награду по совокупности работ. Мы работаем фактически по всем направлениям энергетических технологий. Это и теплоэнергетика на органическом топливе, и возобновляемые источники энергии, причем почти все виды — солнце, ветер, геотермальное тепло, горючие отходы, ГЭС, накопители энергии и энергосбережение. Почему так много направлений? Дело в том, что главная фундаментальная дисциплина, которая обеспечивает энергетику необходимыми исследованиями, это теплофизика, которую я и представляю. [ ... ]

Читать полностью