Серия «Природа»

В Антарктиде, на территории безжизненных и бесснежных Сухих долин Мак-Мердо, находится одно из самых удивительных природных образований на Земле — озеро Дон-Жуан.

Его площадь — всего 0,3 км², а средняя глубина — 10 сантиметров. Но главная особенность озера не в скромных размерах, а в солености (содержании солей), которая достигает 44%. Это делает Дон-Жуан одним из самых соленых водоемов на планете.

Для сравнения: соленость Мирового океана — 3,47% (почти в 13 раз меньше!), а Мертвого моря — 35%.

Несмотря на то, что температура в регионе может опускаться до -50 градусов Цельсия, озеро никогда не замерзает. Связано это с чрезвычайно высокой концентрацией хлорида кальция (CaCl2), который снижает точку замерзания до -51°C.

Долгое время считалось, что жизнь в этом водоеме невозможна. Но в 2013 году ученые обнаружили микроорганизмы — археи и бактерии — живущие в микроскопических пленках между кристаллами соли. Жизнь, как всегда, нашла путь.

Озеро Дон-Жуан — это не просто чудо природы, а естественная лаборатория для понимания Марса. Концентрация и состав солей, найденных роверами NASA, очень напоминают аналогичные параметры Дон-Жуана. Если подтвердится существование подледных соленых озер на Красной планете, то они, определенно, будут рассматриваться как главные кандидаты на роль пристанища для внеземной жизни.

Вероятно, когда-то жизнь процветала на поверхности Марса, но катастрофические климатические изменения, растянувшиеся на миллионы лет, могли вынудить наиболее живучих ее представителей неторопливо мигрировать под поверхность с параллельной адаптацией.

Читайте также:

• Ровер NASA Perseverance нашел возможные следы жизни на Марсе.

• Темные полосы на Марсе: загадка решена, надежды на воду развеяны.

• Откуда мы знаем, что на Марсе когда-то была вода?

Это существо выглядит как порождение самых мрачных ночных кошмаров, вынуждающих просыпаться в холодном поту. Огромные глаза-трубки, светящиеся в темноте. Пасть, усеянная зубами-иглами. Способность заглатывать жертв крупнее себя. Нет, это не инопланетный монстр, а земная глубоководная рыба-телескоп (род гигантуры), один из самых жутких хищников океанских глубин.

Анатомия глубоководного кошмара

У рыбы-телескопа длинное стройное тело с массивной головой и заостренным рылом. При общей длине 15-20 сантиметров на хвостовую часть может приходиться до половины тела, что придает обладателю еще более зловещий вид.

Массивная пасть, усеянная тонкими острыми зубами для захвата добычи, занимает большую часть головы. Тело покрыто гуанином вместо чешуи, что придает ему специфический серебристый блеск.

Пожалуй, самая поразительная особенность рыбы-телескопа — цилиндрические трубчатые глаза. Эти органы зрения настолько увеличивают светопропускание, что позволяют видеть биолюминесцентную добычу с большого расстояния на глубинах 500-3000 метров. Кроме того, этот хищник может обнаруживать добычу сверху на фоне крайне слабого света, который едва проникает в морские глубины.

Охотничьи повадки хищника-одиночки

Во тьме океана рыба-телескоп передвигается вертикально головой вверх, высматривая добычу, которая излучает свет. Благодаря эластичным челюстям этот монстр, догнав жертву, заглатывает ее целиком. Часто жертвами становятся хаулиоды, гоностомовые рыбы и другие глубоководные виды, некоторые из которых превышают его по размеру (обычное дело для глубоководных хищников).

Где обитает морской ужас?

Рыба-телескоп встречается в водах тропических и субтропических зон всех океанов. Эти существа предпочитают обитать на экстремальных глубинах, поэтому наблюдать их в естественной среде весьма проблематично.

К счастью, рыба-телескоп не находится под угрозой исчезновения, так что глубоководные исследовательские аппараты будущего позволят нам познакомиться поближе с этим жутким хищником, наводящим ужас в океанских глубинах вдали от человеческих глаз.

Читайте также:

• Океаны Земли — потенциально огромный источник энергии. Почему мы этим не пользуемся?

• Сколько массовых вымираний было на Земле?

• 7 доисторических морских животных, которые дожили до наших дней.

За красивым названием "Восточная изумрудная элизия" (лат. Elysia chlorotica) скрывается морской слизень, обитающий у восточного побережья Северной Америки. Это создание выглядит скорее как плоский лист, чем как моллюск. А его необычный цвет является результатом одного из самых удивительных биологических "ограблений" в природе.

Elysia chlorotica питается нитчатыми желто-зелеными водорослями Vaucheria litorea. Но в отличие от обычных травоядных, слизень не просто переваривает пищу — он "ворует" у нее органеллы, отвечающие за фотосинтез. Хлоропласты из клеток водоросли встраиваются в клетки пищеварительной системы слизня и продолжают полноценно работать там месяцами.

Как работает биологическая кража

Хлоропласты не могут функционировать самостоятельно — им нужны сигналы от ядра клетки растения, которое содержит критически важные гены. Но эволюция вручила слизню решение этой проблемы: моллюск ворует не только хлоропласты, но и часть генетического кода водоросли.

Для успешного встраивания генов водоросли в геном Elysia chlorotica используется горизонтальный перенос генов. Это явление, когда генетический материал передается между организмами не через размножение, а напрямую — редкость для многоклеточных животных, но обычное дело для бактерий.

Благодаря этим украденным генам слизень начинает производить белки, необходимые для обеспечения работы хлоропластов. То есть животное научилось управлять растительной органеллой столь же качественно, как родительское растение.

Когда молодой слизень впервые съедает водоросль и "заражается" хлоропластами, он может обходиться без пищи до 10 месяцев — при условии доступа к солнечному свету. Хлоропласты используют энергию света для преобразования углекислого газа и воды в органические вещества, которые и идут на корм слизню.

Важно понимать, что это не симбиоз, когда два организма мирно сосуществуют на взаимовыгодных условиях. Это клептопластия — буквально "кража пластов" (в данном случае хлоропластов). Водоросль погибает, но ее органеллы продолжают какое-то время выполнять свои функции в теле нового хозяина.

Elysia chlorotica ставит под сомнение четкое разделение между животными и растениями. Да, перед нами, определенно, животное с пищеварительной и нервной системами, способное свободно передвигаться. Но при этом оно фотосинтезирует как растение и располагает растительными генами в своем геноме.

Эволюция — гораздо более творческая и гибкая штука, чем принято считать.

Читайте также:

• Сколько массовых вымираний было на Земле?

• Исследование: сверхновые стали причиной двух массовых вымираний на Земле.

• 7 доисторических морских животных, которые дожили до наших дней.

Стоит бросить щепотку соли в воду, и она растворится за секунды. Но если капнуть масло — оно останется плавать. Почему вода ведет себя так избирательно? Секрет в полярности.

Молекула воды (H2O) — это крошечный "магнит". Кислород тянет электроны на себя сильнее, чем водород, поэтому у него появляется легкий отрицательный заряд, а у двух атомов водорода — положительный. Получается "электрический перекос": одна часть молекулы отрицательная, другая — положительная.

Эта асимметрия позволяет воде взаимодействовать с ионными соединениями и полярными молекулами — противоположно заряженные части молекулы воды притягиваются к разным ионам вещества, разрушая его структуру.

Как вода "ломает" соль

Соль (NaCl) — это соединение с кристаллической решеткой (ионной решеткой кубической формы) из положительного натрия (Na⁺) и отрицательного хлора (Cl⁻). Как только соль попадает в воду, сразу же запускается реакция:

• Отрицательная часть молекул воды (кислород) притягивается к Na⁺;

• Положительная часть (атомы водорода) — к Cl⁻;

• Решетка разрушается, ионы растаскиваются в разные стороны.

Молекулы воды буквально отрывают ионы друг от друга и формируют вокруг каждого гидратную оболочку — слой из нескольких молекул воды, повернутых к иону противоположно заряженной частью, что препятствует их воссоединению. Так разрушается кристаллическая решетка, и ионы равномерно распределяются в объеме раствора.

Схожим образом вода связывается с полярными молекулами вроде сахаров, спиртов и кислот, образуя водородные связи.

Почему масло не растворяется?

Молекулы жиров и масел неполярные, так как состоят из длинных углеводородных цепей, где электроны распределены равномерно (отсутствуют заряженные участки). А вода, являющаяся полярной, не способна взаимодействовать с такой электрически нейтральной структурой, потому что ей просто не за что "зацепиться".

Когда масло попадает в воду, то молекулы воды "игнорируют" его, продолжая образовывать водородные связи между собой. Масло быстро вытесняется и собирается в капли на поверхности. В природе существует четкое правило: полярное растворяет полярное, неполярное растворяет неполярное.

Именно поэтому для удаления жирных загрязнений используют моющие средства — они содержат молекулы с двойной природой (амфифильные), которые могут одновременно взаимодействовать и с водой, и с жирами. У таких молекул одна часть (гидрофильная "голова") полярная и любит воду, а другая (гидрофобный "хвост") неполярная и притягивается к жирам. Когда моющее средство попадает в воду с маслом, его молекулы окружают жировые капли хвостами внутрь, а головами наружу — образуются мицеллы.

Таким образом капли жира обзаводятся полярными оболочками, позволяющими воде их "схватывать" и смывать.

Читайте также:

• Пять удивительных фактов о воде.

• Почему стекло прозрачное? Простое научное объяснение.

• Почему лед скользкий?

Ксеноботы — это синтетические организмы, представляющие собой микроскопических "роботов" из живых клеток, которые способны выполнять действия, предопределенные их создателями.

Первые ксеноботы были созданы в 2020 году учеными из Университета Тафтса (США), успешно объединившими биологию и робототехнику.

Как создают ксеноботов?

"Строительным материалом" ксеноботов являются стволовые клетки африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis — отсюда название).

С помощью компьютерного моделирования проектируется форма будущего существа, а после вручную "складывают" клетки в заданную структуру. В итоге получаются организмы, состоящие из 500-1000 клеток, но при этом их размер не превышает одного миллиметра.

Важно отметить, что ксеноботы не похожи ни на один живущий на Земле организм или естественно функционирующий орган.

Что они умеют?

• Перемещаться за счет сокращений сердечных клеток, которые используются при их создании;

• Транспортировать микрочастицы;

• Самоорганизовываться в группы;

• Быстро восстанавливаться после повреждений (клетки регенерируют).

Примечательно, что у ксеноботов отсутствует нервная система, они не способны размножаться, а их продолжительность жизни составляет всего 7-10 дней, после чего существа распадаются на отдельные клетки, утрачивая первоначально заданный функционал.

Зачем они нужны?

Ученые считают, что в обозримом будущем ксеноботы найдут применение в таких областях, как:

• Медицина. Крошечные существа будут доставлять лекарства к конкретным органам для минимизации побочных эффектов, очищать сосуды от бляшек и ускорять регенерацию тканей.

• Экология. Ксеноботы будут собирать микропластик в водоемах и очищать их от токсинов.

• Фундаментальная наука. Ксеноботы — прекрасная модель для изучения морфогенеза (откуда клетки "знают", какую часть тела им сформировать).

Ксеноботы — пример программируемой формы жизни: их поведение задается не генами, а формой, составом и желанием создателей. Они совершенно безопасны для окружающей среды (не оставляют следов, являясь биоразлагаемыми) и способны работать там, где наша техника бессильна (например, внутри тела).

Сейчас ученые стремятся создать устойчивых ксеноботов из клеток других видов, включая человека. Параллельно они пытаются "обучать" их сложным задачам и продлевать им жизнь.

Читайте также:

• Между жизнью и смертью может существовать «третье состояние».

• Ученые предлагают намеренно «заразить» другой мир земной жизнью, чтобы посмотреть, что произойдет.

• Самораспространение жизни: возможно, земная жизнь не является земной.

Международная команда исследователей, опираясь на возможности искусственного интеллекта (нейросетей, обучаемых на гигантских массивах данных), смогла выявить структуру языка китов, которая оказалась очень похожей на человеческую речь.

Следовательно, общение с другим видом — не фантастика, а вопрос времени.

Мечта становится реальностью

В 2020 году стартовал амбициозный проект CETI (Cetacean Translation Initiative — Инициатива по переводу китообразных). Ключевая цель казалась невероятной: расшифровать язык кашалотов и научиться говорить с ними.

Четыре года спустя в журнале Nature Communications было опубликовано исследование, авторами которого выступили ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и проекта CETI. Если очень кратко, то суть такова: исследователи обнаружили "фонетический алфавит" кашалотов — систему звуков, структурно похожую на человеческую речь.

"Коды" кашалотов

Кашалоты общаются друг с другом с помощью серий щелчков, которые ученые называют "кодами" (англ. codas). Громкость этих звуков может достигать 200 децибел — громче, чем взлетающая ракета.

Изначально считалось, что коды — это просто идентификационные сигналы, вроде позывных. Но исследования показали, что они на самом деле представляют собой полноценный язык с грамматикой, контекстом и смысловой нагрузкой.

Ученые выделили 156 различных кодов и их базовые компоненты — что-то вроде фонем в человеческой речи. Кроме того, обнаружились "гласные" и "дифтонги"* в китовых звуках.

*Дифтонги — это сложные гласные звуки, состоящие из двух разных гласных, произносимых как один слог без паузы. В латинском языке это, например, ae, oe и au.

Как ИИ помогает понять китов?

Основным инструментом исследователей стали технологии обработки естественного языка (NLP), которые являются фундаментом всем известного ChatGPT и других современных языковых моделей.

Было установлено, что структура китовой коммуникации меняется в зависимости от контекста разговора. Киты не просто повторяют одни и те же звуки (как кошки или собаки) — они выстраивают сложные комбинации, придавая им новые значения. Аналогичным образом мы складываем буквы в слова, а слова в словосочетания и предложения.

"Мы выявили структурированное информационное содержание, — заявила Даниэла Рус, директор Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) MIT. — Это бросает вызов преобладающему среди многих лингвистов убеждению, что сложная коммуникация уникальна для людей".

Технологии будущего в действии

Для сбора данных о китах, в рамках проекта CETI был разработан целый арсенал "деликатной робототехники":

• Беспилотные дроны отслеживают китов с воздуха;

• Подводные глайдеры (аппараты, приводимые в движение гидродинамическими силами за счет изменения плавучести) с микрофонами, которые бесшумно следуют за китами на глубине до двух километров;

• Биоинспирированные метки на присосках, прикрепляемые на тела китов, записывают звуки и отслеживают движения;

• Алгоритмы машинного обучения, которые с поразительной точностью предсказывают, где кит всплывет.

• Система AVATARS (Автономные средства для отслеживания и встречи с китами) отвечает за сбор данных в режиме реального времени, координируя все системы.

Сколько данных нужно для понимания?

Здесь начинается самое сложное. Для обучения языковой модели GPT-3 потребовалось около 175 миллиардов слов. Ученые CETI поставили перед собой цель собрать более миллиарда комбинаций кодов от кашалотов, включая полный контекст: кто с кем говорит, в какой ситуации развивается общение и какое действие следует за этим.

По состоянию на 2025 год собрано несколько миллионов записей (данные уточняются), но это огромный прогресс по сравнению со 100 000 в 2021 году. Уже сегодня создана уникальная база данных звуков и поведения кашалотов — единственная в истории.

Примечательно, что наибольшее количество данных обеспечивает одна группа кашалотов, проживающая у берегов острова Доминика в Карибском море. За ней наблюдают уже более 15 лет.

Почему именно кашалоты? Выбор неслучаен. У кашалотов:

• Самый большой мозг среди всех животных на планете;

• Сложная социальная структура — они живут тесными семейными группами, демонстрируя человекоподобную привязанность друг к другу;

• Развитая коммуникация — они учат своих детенышей "говорить". А еще перенимают особенности общения у других групп.

Это перевернет наше сознание

В 1960-х годах Роджер Пейн (29 января 1935 года — 10 июня 2023 года), американский биолог, а после советник CETI, записал "Песни горбатых китов". Эти записи вдохновили людей на создание движения "Спасем китов", которое привело к принятию Закона о защите морских млекопитающих в 1972 году и спасло несколько видов китов от вымирания.

И это огромное достижение стало возможно потому, что люди просто услышали звуки китов. Представьте, что произойдет, когда мы сможем понимать китов и отвечать им.

Что дальше?

Прямо сейчас команда CETI работает над несколькими направлениями:

• Расшифровка значений кодов. Ученые стремятся понять, есть ли у китов "слова" для конкретных объектов или действий (как они называют, например, море). Более того, исследователи хотят выяснить, как киты передают информацию между поколениями.

• Создание языковой модели, которая не только будет понимать китов, но и сможет генерировать ответы. Проведение экспериментов по воспроизведению китовых звуков и наблюдению за реакцией животных в их естественной среде обитания.

• Совместно с юридическим факультетом NYU разрабатываются этические принципы для коммуникации с другими видами. Как использовать эту технологию ответственно? Какие права появятся у китов, которые докажут свою разумность.

• Демонстрация человечеству, что киты — это не просто "ресурс" или "красивые животные", а разумные существа с языком, культурой, семьями и обществом.

Революция в восприятии природы

"Если мы обнаружим, что целая цивилизация, по сути, находится у нас под носом, возможно, это приведет к сдвигу в нашем отношении к окружающей среде", — говорит Майкл Бронштейн, руководитель направления машинного обучения в CETI.

Человечество стоит на пороге первого в истории осмысленного диалога с другим видом. И это не предположение со страниц научной фантастики, а реальность, к которой мы приближаемся, благодаря объединению биологии, лингвистики, робототехники и искусственного интеллекта.

В ближайшие годы мы услышим первый ответ от кашалотов. И что бы они ни сказали нам, это навсегда изменит наше понимание того, что значит быть разумным существом на этой планете.

Читайте также:

• Экзотическая гипотеза предполагает, что на Земле, возможно, скрывается неизвестная технологически развитая цивилизация.

• Если бы «Джеймс Уэбб» нашел точную копию Земли, то смог бы он обнаружить на ней цивилизацию?

• Внеземные цивилизации могут давно знать о нашем существовании.

При комнатной температуре (20 градусов Цельсия) в одном литре воды можно растворить максимум 360 граммов поваренной (пищевой) соли. После этого раствор достигнет предельного насыщения, а значит, если в него добавлять еще больше соли, то она будет просто оседать на дно, сколько бы вы ни размешивали.

Эта граница называется растворимостью, которая зависит от температуры. Если бы температура литра воды составляла 100 градусов, то в нем можно было бы растворить немного больше соли — максимум 391 грамм. Связано это с тем, что горячая вода "захватывает" больше молекул соли благодаря ускоренному движению частиц — это фундаментальный закон физики.

Примечательно, что обычный сахар растворяется намного лучше соли — до двух килограммов на литр при комнатной температуре. Поэтому сладкий сироп получается таким густым. А вот мел практически не растворяется — всего 0,013 грамма на литр.

Но вернемся к соли. Благодаря существующему пределу растворимости, океаны Земли не становятся бесконечно солеными, несмотря на то, что реки и вулканическая активность непрерывно доставляют в них минеральные соли.

Когда концентрация соли достигает максимума, ее избыток, как было сказано выше, выпадает в осадок, поэтому за миллионы лет на Земле появились огромные соляные месторождения.

Кстати, граница растворимости используется в промышленности для очистки веществ методом перекристаллизации: раствор нагревают, растворяют в нем максимум вещества, а затем охлаждают его, чтобы получить чистые кристаллы.

Читайте также:

• Почему железо считается самым стабильным элементом?

• Ученые нашли намек на существование пятой силы природы.

• Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии? Ученые нашли новую подсказку.