Знание-сила, 2001 №03
Шрифт:
Такие резкие потепления палеоклиматологам хорошо известны. Два из них произошли еще в эпоху динозавров, 120 и 90 миллионов лет назад (мы писали об этом). Оба раза это было вызвано мощным и относительно быстрым выбросом метана из океанских глубин, своего рода «метановой отрыжкой океана». Теперь палеоклиматологи, исследуя пробы, поднятые с океанского дна вблизи мыса Канаверал во Флориде, обнаружили, что 55 миллионов лет назад Земля пережила третий такой же катаклизм, который по мощности и последствиям превосходил оба предыдущих и был едва ли не самым большим за последние сотни миллионов лет истории нашей планеты. Достаточно сказать, что в результате этого третьего выброса океанского метана среднегодовая температура на Земле за несколько тысяч лет поднялась на пять-шесть градусов, что почти вдвое больше, чем повышение температуры за два десятка тысяч лет, отделяющих нас от последнего ледникового
Результаты многолетних исследований американских и австралийских ученых, опубликованные в журнале «Сайенс», позволяют достаточно детально представить себе причины, ход и характер этой гигантской климатической катастрофы, разыгравшейся 55 миллионов лет назад на поверхности и в глубинах океана. Это проливает также свет на ход аналогичных катастроф в эпоху динозавров и отбрасывает неожиданный угрожающий отблеск на наше* собственное близкое будущее. Надо, однако, признать, что подлинное начало, подлинную первопричину всех этих сходных по характеру событий не сумела вскрыть и новая работа. Ее авторы исходят из предположения, что такая причина была и что именно она вызвала постепенное потепление океанских вод, начавшееся примерно 60 миллионов лет назад, после падения на Землю того астероида, который уничтожил динозавров и вызвал резкое похолодание на планете. Начиная с этого потепления, все остальное в «биографии катаклизма» ученым уже представляется вполне объяснимым и детерминированным.
Когда потепление воды достигло определенного порога, произошло неизбежное в таких случаях изменение циркуляции океанских течений. Оно привело к тому, что теплые поверхностные воды были «вдавлены» в глубины океана пришедшими им на смену холодными течениями. Прогревание глубинных вод привело к тому, что кристаллы заледеневшего метана, находившиеся в придонных слоях почвы, стали превращаться в газ. Пузыри метана, вырывающиеся из почвы, размыли ее и вызвали грязевые оползни. В результате кристаллы метана еще более обнажились для доступа теплой воды, и выделение газа пошло еще быстрее. Этот самоускоряющийся процесс вызвал постепенный подъем образовавшегося метана в верхние слои океана, а оттуда – выделение в атмосферу. Здесь, соединяясь с кислородом воздуха, метан начал образовывать углекислый газ, который, как известно, имеет парниковые свойства. Таким образом, конечным климатическим результатом всего процесса оказалось глобальное потепление Земли. Судя по данным авторов работы, этот процесс занял не более пяти-шести тысяч лет, то есть был действительно климатическим катаклизмом, а не постепенным, растянутым на миллионолетия изменением климата. (Косвенным подтверждением этого сценария являются последние данные о содержании углекислого газа в древней атмосфере, они показывают, что 50 – 55 миллионов лет назад его концентрация действительно резко возросла.)
Первым биологическим (экологическим) последствием этого климатического катаклизма была массовая гибель микроскопических живых видов, доселе обитавших в придонных слоях океана. Привыкшие к холодной воде, они не смогли так быстро приспособиться к ее нагреванию. По оценкам авторов, погибло около половины всех тогдашних глубоководных организмов. Вторым, еше более важным, но уже наземным последствием потепления были описанные выше распространение и эволюция млекопитающих. А какие же отблески все это происшествие бросает на наше будущее?
По подсчетам авторов, в ходе описанного катаклизма в атмосферу был выброшен миллиард миллиардов тонн метана. Сама по себе эта цифра не говорит ничего, но она немедленно начинает звучать зловеще, если вспомнить, что, согласно некоторым прогнозам, к 2100 году человечество выбросит в атмосферу около двух третей этого количества. Однако тот «порог», о котором говорят авторы нового исследования, и перейдя который процесс начал самоускоряться и приобрел характер необратимого катаклизма, может быть и сегодня перейден куда раньше, чем в атмосферу поступит все это количество метана, то есть даже раньше 2100 года.
Здесь много неясностей. В прошлом метан поступал в атмосферу через океан, сейчас он поступает в нее напрямую. Не ясно, как это различие влияет на скорость потепления, хотя можно думать, что просачивание метана через толшу воды замедлит этот процесс. Неизвестно, как влияли на ход потепления перемены в циркуляции океанских течений (авторы считают, что очень влияли), и не ясно, что происходит с этой циркуляцией сегодня. Неизвестно, каковы были концентрации метана и углекислого газа накануне древнего потепления, что делает неоднозначным его сравнение с нынешним. И так далее. Ясно лишь, что может быть все, что угодно, в том числе самое худшее – для человечества, разумеется. Ясно также,
Трудно быть маленьким. Приходится быть особенно осторожным.
Диляра Галина
Миокард впадает в спячку
Когда зима наступает и дни делаются все мрачнее, вылезти по утрам из постели становится просто невозможно. Тем не менее иногда это делать приходится… Интересно, как выглядела бы наша жизнь, если бы все мы, подобно многим животным, при неблагоприятных условиях впадали в настоящую спячку? В этом состоянии, которое называется гибернацией, тормозятся многие функции и замедляется обмен веществ. Впрочем, у людей такой механизм отсутствует. Но оказывается, отдельные клетки нашего организма способны на самую настоящую спячку. Особенно клетки его важнейшей структуры – сердечной мышцы, или миокарда. Гибернация клеток миокарда является защитной реакцией на постепенное ухудшение условий, а конкретно – на сокращение живительного кровотока.
Как известно, при снижении поступления крови в сосуды, питающие сердце, развивается ишемическая болезнь. Одна из главных причин ишемии – появление атеросклеротических бляшек, из-за которых просвет артерии сужается, и ткани начинают страдать от недостатка кислорода, ионов кальция и множества других необходимых веществ. В этих условиях у клеток миокарда – кардиоцитов есть два пути: выполнять свою основную задачу, то есть сокращаться – и вскоре погибнуть от истощения, или «замереть», перестать сокращаться и использовать скупые ресурсы лишь для собственного выживания. Второй путь и представляет собой гибернацию – состояние «спячки». Известно, что на сократительную работу клетка миокарда тратит примерно три четверти поступающих ресурсов. То есть, если остановить эту «разорительную» деятельность, ей удастся выжить в гибельных условиях ослабленного кровотока. Во время «спячки» сократительный аппарат (фибриллы, цистерны с кальцием, митохондрии, поставляющие энергию) постепенно разрушается. В клетке замедляется синтез белка и накапливается гликоген (запасной углевод). Но это состояние обратимо – если кровоток улучшится, клетки вновь могут заработать.
Переход к гибернации – непростой «выбор» для клеток сердечной мышцы. Ведь миокард – это не только двигатель кровяного насоса. Его функция существеннее: он поддерживает гомеостаз в целом организме. Прокачивая кровь с определенной скоростью, миокард влияет на стабильность концентрации ионов, от которой зависит нормальная работа белков, то есть сама жизнь. Какой путь выбрать кардиоцитам: спасать себя, но губить организм или работать на износ, предохраняя другие ткани (в первую очередь мозг) от недостатка питания? Это напоминает баланс на лезвии бритвы.
Конечно, не сама клетка решает по своей воле: «я впаду в спячку, но буду жить». Процесс гибернации запускается нарушением равновесия «доставка – потребность», высвобождающим химические регуляторы. Они стимулируют разрушение сократительного аппарата, снижение общего метаболизма, накопление запасов в кардиоцитах. Эти регуляторы «спячки» пока мало изучены. Кстати, животные тоже впадают в спячку не из-за недостатка пиши (в берлогу ложится как раз самый жирный медведь), а, в частности, из-за сокращения длины светового дня и снижения температуры – то есть команду дают не истощенные ткани, а нервная система. Сигнал «отправляться на покой» сердечные клетки получают целой группой, обычно объединенной с одним сосудом, который в данном случае и не справляется с задачей «доставки». Вообще-то клетки миокарда – одни из самых интегрированных в организме. Они образуют как бы единую гигантскую клетку (синцитий), одновременно сокращаются и постоянно обмениваются веществами внутренней среды через особые белковые каналы. Но в гибернированном миокарде клетки становятся более разобщенными, самостоятельными – можно сказать, что каждый выживает поодиночке.