You are here

Как выжить в Антарктиде?

Sunday, 31. August 2014 - 16:31

Когда слышишь вопрос, заданный в заголовке, сразу понимаешь, что сейчас речь пойдет о пингвинах. И действительно, исследование немецких ученых (Герум и другие), опубликованное недавно в New Journal of Physics, посвящено выяснению вопроса о способах выживания императорских пингвинов в суровых условиях Южного континента.

Императорские пингвины – уникальные в своем роде животные. Самки несут яйца во время суровейшей зимы, при температурах порядка минус 45 градусов и при ветре до 200 км в час! Эти яйца охраняют и вынашивают самцы, самки тем временем поголовно уходят на зимнюю морскую охоту. Все это время, порядка 110-120 дней, самцы проводят без всякой пищи. Чтобы сберечь энергию и сохранить температуру тела, они около трети времени суток проводят, собираясь в огромные толпы и предельно плотно прижимаясь друг к другу. В результате внутри такой толпы температура никогда не опускается ниже нуля и может составлять до 18-20 градусов (это показали датчики, прикрепленные экспериментаторами к пингвиньим телам).

Но как сделать, чтобы не замерзали те самцы, которые находятся на периферии? Ведь эти пингвины все время подставлены ледяному урагану. Этот вопрос та же группа ученых изучала два года назад. Тогда немецкие ученые наблюдали за поведением большой толпы пингвинов, содержавшей около 2000 самцов. Последующий анализ сделанных снимков показал, что пингвины решают задачу «равенства прав на тепло» с помощью непрерывной перестройки: пингвины, оказавшиеся на периферии, спустя короткое время покидают это место, обегают толпу сбоку и пристраиваются к ней позади, образуя новый последний ряд. А так как за ними вскоре пристраиваются следующие «беглецы», этот ряд спустя короткое время оказывается внутри толпы, то есть в тепле.

Те же съемки показали исследователям, что кроме этой перестройки за счет перебежек периферийных пингвинов вся пингвинья толпа движется еще и как единое целое. Заинтересовавшись этим, немецкие ученые провели компьютерный анализ такого движения. В каком-то смысле это напоминало задачу о движении автомашин в случае огромного затора, только более сложную, потому что на дороге автомашины выстроены линейно, а толпа пингвинов имеет и длину, и ширину. И вот что показала такая компьютерная модель при подстановке в нее различных параметров толпы.

Оказалось, что при достижении некой критической плотности все пингвины, не имея уже возможности двигаться по отдельности, переходят к координированному движению. Это происходит так: каждые 30-60 секунд один из пингвинов в ряду делает маленький шажок вперед, после этого такой же шажок делают соседние с ним пингвины – слева, справа, спереди и позади, затем это движение передается пингвинам в следующих рядах и колоннах, все дальше и шире. И в результате по всей толпе начинает расширяться волна смещений, которая приводит к тому, что вся пингвинья толпа сдвигается на один шаг вперед.

Это означает, что движение отдельных индивидов, каждый из которых практически не имеет свободы перемещения, превращается в координированное движение толпы как целого, при котором взаимное расположение отдельных ее членов не меняется и каждый пингвин остается в том же окружении. (Интересно, что такое сохранение структуры толпы в целом за счет координированного движения ее членов, которое превращается в коллективное движение всей толпы, природа повторяет и в случае многих других толп, которые в силу каких-то причин могут достичь критической плотности, - например, в стае рыбьих мальков, в толпе марширующих крабов или клеток какой-нибудь растущей ткани). Это движение, как видим, весьма отличается от движения автомашин в заторе. Прежде всего волны в пингвиньей толпе могут зарождаться в любом ее месте, то есть движение может начинать любой пингвин, а во-вторых (как показала компьютерная модель), даже если двигаться начнут сразу несколько пингвинов, фронты образованных ими волн смещения вскоре сливаются в единую волну, охватывающую всю толпу, и это препятствует превращению коллективного движения в хаотическое.

Любопытно, что критическое расстояние между пингвинами, при котором движение отдельных пингвинов перестает быть свободным и начинает порождать коллективные волны, составляет, как показали расчеты, около двух сантиметров. Это как раз такое расстояние, при котором перьевое оперение каждого пингвина только прикасается к оперениям всех соседей, но не сминается. Благодаря этому каждый пингвин сохраняет термоизоляцию, которую создает ему этот перьевой покров. При меньшем расстоянии будет смята перьевая термозащита, при большем шажок пингвина не вызовет сдвиг соседа и не породит волну.

Как суммируют авторы, «волны смещения позволяют всей толпе пингвинов не только двигаться как целое, но и упорядоченно сливаться с другими такими же толпами». Но главное, по их мнению, что инициатором волны может быть любой пингвин. Эта особенность очень важна, потому что она означает, что рождение волн связано с какой-то потребностью сделать шажок, которую может вдруг ощутить любой пингвин. Что же это за потребность? Как полагают немецкие исследователи, такой причиной может быть необходимость повернуть яйцо, которое пингвин держит внизу, под перьями, на лапах. Прикрытое только сверху и с боков, яйцо непременно остывает снизу, и поэтому у пингвина действительно может время от времени возникать потребность сделать шаг, чтобы яйцо повернулось на лапах холодной стороной вверх. Впрочем, это пока лишь предположение, так что и на этот раз у неутомимых немецких пингвиноведов осталось чем заниматься.

Рафаил Нудельман
"Окна", 28.9.14

************************************************************

Кто, где, когда?

На первый вопрос заголовка ответ уже известен. О том, что наши предки вступали в половые контакты с неандертальцами и в результате заполучили от них заметное количество генов (как благодетельных, так и вредных), знает сегодня каждый школьник. Но два других вопроса все еще не имеют надежного решения. Судя по древним стоянкам на израильском хребте Кармель (и некоторым другим данным), первые вылазки наших предков из Африки начались уже 120 тысяч лет назад, и уже тогда на том же Кармеле они могли встретиться с неандертальцами, поскольку в тех же местах найдены и их стоянки.

Image

Но за этими первыми вылазками (скорее всего, отдельных небольших групп гомо сапиенс) последовал более массовый исход из Африки, который, по мнению ученых, начался 80-70 тысяч, а то и 60 тысяч лет назад и происходил вдоль берегов южных морей (южное побережье Аравии и Персии и далее в Юго-Восточную Азию). На всем этом пути наши предки не могли встретить неандертальцев, поскольку те обитали много севернее (по всей Европе вплоть до Алтая), поэтому повторная встреча с ними могла произойти лишь 45-40 тысяч лет назад, когда в ходе своего расселения по земле наши предки двинулись из Китая на северо-восток и вступили в Западную Сибирь.

Так где же и когда произошли первые предосудительные контакты –в Леванте или в Сибири? Возможный - и неожиданный – ответ на эти вопросы подсказали ученым доложенные на недавнем (март 2014 г.) симпозиуме «Эволюция современного человечества» результаты нового исследования группы Пээбо, прославившейся своими анализами древних геномов. На сей раз (как и в случае со знаменитыми костями из Денисовской пещеры на Алтае) Пээбо помог случай. В 2008 году российский охотник за мамонтами Перистов нашел в устье реки Ишим (Юго-Западная Сибирь) кости древнего человека. Тщательное изучение показало, что их возраст составляет около 45 тысяч лет. Это редкая находка. До нее самыми древними были кости мальчика из сибирской деревни Мальта возрастом 24 тысяч лет. Усть-ишимский человек жил в те времена, когда племена гомо сапиенс только-только вступили в Сибирь. И теперь группа Пээбо получила возможность выяснить, имелись ли уже в геноме этого человека неандертальские гены.

Если принять, что первые такие гены наши предки заполучили уже в Леванте, за 75 тысяч лет до времени жизни усть-ишимского человека, то в его геноме эта примесь должна была присутствовать весьма широко, примерно так же, как она присутствует в геномах нынешних людей (от 1 до 3%). Но исследование Пээбо показало, что у усть-ишимского человека неандертальских генов было несколько больше и они были распределены иначе, чем у современных людей: они не были, как у нас сейчас, рассеяны по всему геному, а были собраны в довольно большие группы. Это означает, что чужие гены были получены сравнительно недавно, потому что с каждым новым поколением в ДНК происходит перемешивание генов и очередной распад таких больших групп.

Исходя из полученных результатов, Пээбо оценивает время первого «скрещивания» в 50-60 тысяч лет. Это намного позже времен возможной встречи людей и неандертальцев на хребте Кармель, и тем антропологам, которые все еще настаивают на «левантийском скрещивании», придется теперь искать следы много более позднего и одновременного пребывания неандертальцев и людей в Леванте. Но и сторонникам «сибирского скрещивания» тоже придется нелегко, поскольку свидетельств появления людей в Сибири уже 60 тысяч лет назад пока не имеется, равно как нет и свидетельств пребывания неандертальцев там, где люди наверняка находились 60 тысяч лет назад (то есть в Юго-Восточной Азии и Китае).
Любопытная складывается ситуация. Интересно будет узнать, как же (где же и когда же) наши герои все-таки сумели впервые друг с другом «скреститься».

Рафаил Нудельман
"Окна", 28.9.14