Малое предтеча гибели великого
Деятели науки вновь доказывают, что малое не только создает великое, но и обладает роковой способностью нести ему гибель.
Неиссякаемая облачность над антарктическими водами Мирового океана создается микроскопическими водорослями, но выживаемость живых сообществ - умением противостоять инфекциям крупных и не очень многочисленных животных.
В исследованиях ученых подчас довольно причудливо открывается загадочная диалектика сущего: малое не только создает великое, но и обладает роковой способностью нести ему гибель.
Так, исследователи из Вашингтонского университета вместе коллегами из Университета Лидса, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории доказали, что именуемые фитопланктоном крохотные микроскопические водоросли в буквальном смысле создают великую постоянную облачность над антарктическими водами Мирового океана.
Однако другие исследователи в своих научных работах показали, что мировая история живых сообществ прямо зависит от умения крупных и не очень многочисленных животных с большой продолжительностью жизни, к которым относится и человек, противостоять инфекциям. Ибо вымирание сообщества обычно начинается именно с их неумения побеждать микроскопические вирусы и бактерии.
Об удивительной генерации облаков над антарктическими водами Мирового океана крохотными морскими водорослями в своей интерпретации содержания статьи в Science Advances рассказывает «Наука и жизнь».
«Над антарктическими водами Мирового океана почти никогда не рассеиваются облака, и причина тому, как оказалось, в фитопланктоне – местные микроскопические водоросли в буквальном смысле делают облака, выделяя в атмосферу аэрозольные частицы. Обычно, когда говорят про аэрозоли, то имеют в виду те, которые получаются в результате человеческой деятельности (дым из заводских труб и т. д.). Частицы сажи служат своеобразными «семенами», вокруг которых конденсируются пары воды – так и получаются капли, объединяющиеся в облако.
Но такие точки конденсации могут иметь и вполне природное происхождение: мельчайшие брызги воды, содержащие органические вещества и морскую соль, или сульфаты и соли аммония как продукты жизнедеятельности каких-нибудь живых организмов. О том, что море и его обитатели служат источником «натуральных аэрозолей», говорят давно, однако до сих пор мало кто пытался количественно оценить вклад морских экосистем в формирование облаков. Именно это попытались сделать Дэннис Хартманн (Dennis Hartmann) из Вашингтонского университета вместе коллегами из Университета Лидса, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории.
В работе были использованы данные спутников НАСА, позволившие оценить плотность облаков между 35° и 55° южной широты. Состояние облаков сравнивали с концентрацией хлорофилла а, который обычно служит маркером биологической активности в морях и океанах. В статье в Science Advances авторы пишут, что связь между облаками и уровнем хлорофилла была однозначной: чем больше было фотосинтезирующего пигмента (то есть чем больше было водорослей), тем облачней была погода.
Жизнь в океане ежегодно повышала количество облачных водяных капель на 60%; сильнее всего эффект был заметен летом. Облака, располагающиеся невысоко над землёй, отражают солнечный свет, и поверхность планеты под ними будет охлаждаться. («Запирание» тепла и парниковый эффект обуславливаются другими, высокоуровневыми облаками.) Летом уровень солнечной радиации возрастает, и одновременно же, как было сказано, увеличивается концентрация фитопланктона – по оценкам исследователей, активность водорослей приводит к тому, что количество отражённого солнечного излучения увеличивается на 10 ватт на квадратный метр. Это сравнимо с тем, что происходит в северном полушарии, за тем исключением, что на севере добавочное «облачное отражение» возникает из-за промышленного загрязнения атмосферы.
Как микроскопические водоросли могут повышать облачность? Первый способ: выделяя газообразный диметилсульфид, который в атмосфере превращается в остаток серной кислоты – сульфат, который, в свою очередь, очень хорошо конденсирует пары воды. Второй способ: за счёт органических остатков, поднимающихся в воздух на поверхности мельчайших пузырьков, оторвавшихся от воды. Такие пузырьки с органическими добавками тоже могут работать центрами конденсации облачных капель. Любопытно, что с 35° по 45° южной широты облака над океаном формируются преимущественно за счёт диметилсульфида, а с 45° по 55° – за счёт фитопланктонной органики.
Таким образом, предположения об активной климатической деятельности морских экосистем подтвердились – крохотные водоросли действительно могут делать облака. Мы привыкли полагать, что только человек обладает достаточным могуществом, чтобы по-крупному влиять на климат, однако, как видим, настоящее положение дел может быть сложнее. (И не только из-за фитопланктона – здесь же можно вспомнить работу сотрудников Гёттингенского университета, опубликованную в прошлом году в Angewandte Chemie: в ней описывается, как обычные хвойные деревья с помощью веществ, содержащихся в их смолах, помогают формироваться облакам.) Строя климатические модели, пытаясь оценить наше влияние на погоду на планете, мы должны учитывать и вклад природных производителей облакообразующих аэрозолей,- повествуется в материале на сайте «Науки и жизни».
В свою очередь «Элементы» представили свой пересказ опубликованного в журнале PNAS обзора научных работ, согласно которому биоразнообразие на планете в буквальном смысле весьма полезно для здоровья, а вымирание живых сообществ, как правило, начинается с неумения противостоять инфекциям крупных и не очень многочисленных животных с большой продолжительностью жизни. «К таким животным относится и человек,- отмечается в обзоре.
«Обобщающий анализ научных работ, исследовавших зависимость заражения паразитами от факторов среды, показал: чем выше разнообразие видов в сообществе, тем меньше страдают от инфекционных болезней его участники.
Экологи, любители живой природы и просто сердобольные люди переживают, когда узнают о том, что очередной вид живых организмов оказался под угрозой вымирания. Меж тем история жизни на Земле знала периоды, когда погибало подавляющее большинство видов. Во время самого массового из известных вымираний — на рубеже пермского и триасового периодов — исчезло около 95% морских видов и 70% наземных видов позвоночных. Как нам сейчас известно, биосфера справилась с таким ударом. Так стоит ли переживать из-за уменьшения разнообразия живых организмов? Новый обзор научных работ, опубликованный недавно в журнале PNAS, показал, что у сложных сообществ есть довольно неожиданное преимущество перед простыми. Оказывается, чем выше разнообразие видов в сообществе живых организмов, тем лучше защищены от инфекционных болезней его участники.
Отдельных работ, в которых демонстрировался такой эффект, уже было известно немало. Например, в 2014 году вышла статья немецких ученых, показавших, что растения, выращиваемые в монокультурах, чаще страдают от грибных инфекций, чем растения более сложных сообществ (T. Rottstock et al., 2014. Higher plant diversity promotes higher diversity of fungal pathogens, while it decreases pathogen infection per plant). И всё же не было общепринятой точки зрения, насколько распространен такой положительный эффект биоразнообразия на устойчивость к паразитам. Чтобы наконец внести ясность в этот вопрос, ученые с факультета интегративной биологии Южно-Флоридского университета в Тампе (США) разыскали все работы, в которых анализировалась связь биоразнообразия сообщества и тяжести паразитарных инфекций у его участников.
В зависимости от типа исследования под «зараженностью» понимались разные параметры: число обнаруженных в организме паразитов, их плотность или процент зараженных тканей. Значения всех этих параметров, измеренные у самых разных хозяев паразитов, падали с ростом биоразнообразия. Конечно, нашлось и несколько исключений (например, у одного вида растений зараженность грибковой пятнистостью листьев увеличивалась с ростом биоразнообразия его окружения; см. Ch. Mitchell et al., 2002. Effects of grassland plant species diversity, abundance, and composition on foliar fungal disease). Тем не менее в подавляющем большинстве исследований, сделанных на самых разных микро- и макропаразитах — от бактерий и вирусов до паразитических червей, с разным уровнем специализированности, заражающими человека, животных или растения, — зараженность хозяев действительно падала с ростом биоразнообразия их окружения. Интересно, что чем больше было биоразнообразие, тем больше был и ассортимент паразитов, но даже несмотря на это зараженность участников сообщества падала. Закономерность прослеживалась и в тех работах, где ученые просто наблюдали за живой природой, и в тех, где они ставили эксперименты. Получается, что улучшение защиты от инфекций у участников сложных сообществ — общее правило, действующее в самых разных условиях и биоценозах.Как разнообразие живых организмов может влиять на устойчивость к инфекциям? Есть несколько механизмов, через которые могут быть связаны эти два параметра. Во-первых, в сообществе, богатом видами, паразиту сложнее встретить оптимального хозяина. Паразит может попадать как в неоптимального хозяина (например, из тех, что долго живут и слабо размножаются), так и вообще в неподходящий организм. Поэтому чем выше разнообразие видов в сообществе, тем сложнее паразиту менять хозяев. Другой возможный механизм — это более жесткое регулирование численности особей каждого вида в сложном сообществе: никому не удается слишком сильно размножиться, поскольку система сбалансирована. Благодаря этому оптимальные хозяева паразита сами не размножаются слишком сильно и ему не позволяют слишком сильно увеличить численность.
Чтобы немного больше узнать о механизме влияния биоразнообразия на заражение паразитами, ученые проанализировали те работы выборки, в которых сравнивались различные значения плотностей и частот хозяев паразита в популяции. Оказалось, что эффект уменьшения заражения паразитами проявляется сильнее всего, когда уменьшается частота, с которой встречаются их хозяева. То есть даже если плотность оптимальных хозяев высокая, достаточное разбавление другими организмами всё равно позволяет ослабить пресс паразитов. Причем чем более разнообразными будут эти другие организмы, тем лучше.
Получается, что биоразнообразие имеет вполне утилитарное значение, препятствуя распространению инфекционных болезней в сообществе живых организмов. И если даже вымирание каждого отдельного вида не слишком важно, общее снижение разнообразия может печально закончиться для тех видов, которые не очень хорошо умеют противостоять инфекциям. В первую очередь к ним относятся крупные и не очень многочисленные животные с большой продолжительностью жизни — вымирание сообщества обычно начинается с них (см.: M. B. Joseph et al., 2013. Does life history mediate changing disease risk when communities disassemble?). К таким животным относится и человек,- повествуется в материале на сайте «Элементов».