Что такое мариинская впадина
Марианская впадина
Марианская впадина
Марианская впадина или Марианский жёлоб (Marianas Trench), самая низкая и глубокая точка нашей планеты, вот уже много столетий таит в себе множество загадок, не подвластных полному исследованию даже самым современным научным оборудованием. Легенды и смелые теории относительно возникновения всего живого на Земле не раз основывались на реалиях этого уникального географического объекта, где чудовищное давление воды, казалось бы, ну никак не «располагает» к комфортному существованию живых организмов, но, тем не менее, они там есть!
Сэкономь на путешествии!
Видео: Кто живет на дне Марианской впадины?
Основные моменты
Марианская впадина располагается в западной части Тихого океана, неподалеку от Марианских островов, всего в двухстах километрах, благодаря соседству с которыми и получила такое название. Она представляет собой огромный морской заповедник в статусе национального памятника США, поэтому находится под охраной государства. Рыбалка и добыча полезных ископаемых здесь строжайше запрещена, а вот плавать и любоваться красотами можно.
По форме Марианская впадина напоминает грандиозных размеров полумесяц – 2550 км длиной и 69 км шириной. Самая глубокая точка – 10994 м ниже уровня моря – именуется «Бездной Челленджера».
Открытие и первые наблюдения
Марианскую впадину начали исследовать англичане. В 1872 году в воды Тихого океана зашел парусный корвет «Челленджер» с научными работниками и самым прогрессивным оборудованием тех времен. Проведя измерения, установили максимальную глубину – 8367 м. Значение, конечно, заметно отличается от верного результата. Но и этого хватило, чтобы понять: обнаружена самая глубокая точка земного шара. Так был «брошен вызов» очередной загадке природы (в переводе с английского «Челленджер» – «бросающий вызов»). Шли годы, и в 1951 году англичанами была проведена «работа над ошибками». А именно: глубоководный эхолот зафиксировал максимальную глубину 10863 метра.
Батискаф «Триест» перед погружением, 23 января 1960 года
Затем эстафетную палочку перехватили русские исследователи, направившие в район Марианской впадины научно-исследовательское судно «Витязь». В 1957 году с помощью специального оборудования они не только смогли зафиксировать глубину впадины, равную 11022 м, но и установили наличие жизни на более чем семикилометровой глубине. Тем самым совершив небольшой переворот в научном мире середины XX века, где бытовало устойчивое мнение, что столь глубоко живых существ нет и быть не может. Вот здесь-то и начинается самое интересное… Множество историй о подводных чудищах, огромных осьминогах, смятых в лепешку огромными лапами зверей невиданных батискафах… Где правда, а где ложь – попробуем разобраться.
Тайны, загадки и легенды
Первыми смельчаками, отважившимися погрузиться на «дно Земли», стали лейтенант ВМС США Дон Уолш и исследователь Жак Пикар. Погружались они на батискафе «Триест», который построили в одноименном итальянском городе. Весьма тяжелую конструкцию с толстыми 13-сантиметровыми стенками погружали на дно целых пять часов. Достигнув самой низкой точки, исследователи пробыли там 12 минут, после чего незамедлительно был начат подъем, занявший примерно 3 часа. На дне были обнаружены рыбы – плоские, похожие на камбалу, около 30 сантиметров длиной.
Исследования продолжались, и в 1995 году в «бездну» спустились японцы. Еще один «прорыв» был сделан в 2009 году с помощью автоматического подводного аппарата «Nereus»: это чудо техники не только сделало несколько фотографий в самой глубокой точке Земли, но и взяло пробы грунта.
В 1996 году в газете «Нью-Йорк Таймс» был опубликован шокирующий материал о погружении в Марианскую впадину оборудования с американского научного судна «Гломар Челленджер». Шарообразный аппарат для глубоководного путешествия команда ласково прозвала «ежом». Спустя некоторое время после начала погружения приборы зафиксировали ужасающие звуки, напоминающие скрежет металла по металлу. «Ежа» незамедлительно подняли на поверхность, и пришли в ужас: огромная стальная конструкция была смята, а прочнейший и толстый (20 см диаметром!) трос – будто подпилен. Объяснений нашлось сразу же множество. Одни говорили, что это «проделки» населяющих природный объект чудовищ, другие склонялись к версии о присутствии инопланетного разума, а третьи считали, что не обошлось без мутировавших осьминогов! Правда, доказательств никаких не было, и все предположения остались на уровне догадок и домыслов…
Такой же загадочный случай произошел с немецкой исследовательской командой, которая решила спустить в воды бездны аппарат «Хайфиш». Но он почему-то прекратил движение, а камеры беспристрастно выдали на экраны мониторов изображение шокирующих размеров ящера, который пытался разгрызть стальную «штуковину». Команда не растерялась и электрическим разрядом от аппарата «отпугнула» неведомого зверя. Тот уплыл, и больше не появлялся… Остается только сожалеть, что почему-то у тех, кому попадались такие уникальные обитатели Марианской впадины, отсутствовало оборудование, позволившее бы сфотографировать их.
В конце 90-х годов прошлого века, в момент «открытия» американцами чудовищ Марианской впадины, началось «обрастание» этого географического объекта легендами. Рыбаки (браконьеры) рассказывали о свечениях из ее глубин, бегающих туда-сюда огоньках, различных всплывающих оттуда неопознанных летающих объектах. Команды небольших кораблей сообщали о том, что суда в этом районе «буксирует с огромной скоростью» чудище, обладающее неимоверной силой.
Подтвержденные свидетельства
Наряду с множеством легенд, связанных с Марианской впадиной, имеют место и невероятные факты, подтвержденные неопровержимыми доказательствами.
Найденный зуб гигантской акулы
В 1918 году австралийские ловцы омаров рассказывали о прозрачно-белой рыбине около 30 метров в длину, увиденной ими в море. По описанию она похожа на древнюю акулу вида Carcharodon megalodon, обитавшую в морях 2 миллиона лет назад. Ученые из уцелевших останков смогли воссоздать облик акулы – чудовищного создания длиной 25 метров, весом 100 тонн и внушительной двухметровой пастью с зубами по 10 см каждый. Можете представить себе такие «зубики»! И именно они недавно были найдены океанологами на дне Тихого океана! Самому «молодому» из обнаруженных артефактов… «всего» 11 тысяч лет!
Эта находка позволяет быть уверенным, что не все мегалодоны вымерли два миллиона лет назад. Быть может, воды Марианской впадины скрывают от глаз людских этих невероятных хищников? Исследования продолжаются, глубины еще таят в себе много нераскрытых тайн.
Особенности глубоководного мира
Еще одна невероятная загадка глубоководного объекта – гидротермальный источник «Шампань», названный так в честь знаменитого французского (и не только) алкогольного напитка. Все дело в пузырьках, которые «бурлят» в водах источника. Конечно же, это отнюдь не пузырьки любимого шампанского – это жидкий углекислый газ. Таким образом, единственный во всем мире подводный источник жидкого углекислого газа находится именно в Марианской впадине. Такие источники зовутся «белыми курильщиками», их температура ниже температуры окружающей среды, и вокруг них всегда присутствуют испарения, похожие на белый дым. Благодаря этим источникам и родились гипотезы о зарождении всего живого на земле именно в воде. Низкая температура, обилие химических веществ, колоссальная энергия – всё это создавало отличные условия для древних представителей флоры и фауны.
Температура в Марианской впадине держится тоже весьма благоприятная – от 1 до 4 градусов по Цельсию. Об этом позаботились «черные курильщики». Являющиеся антиподом «белых курильщиков» гидротермальные источники содержат большое количество рудных веществ, а потому они темного цвета. Эти источники находятся здесь на глубине около 2 километров и извергают воду, температура которой около 450 градусов по Цельсию. Сразу вспоминается школьный курс физики, из которого мы знаем, что вода-то кипит при 100 градусах по Цельсию. Так что же происходит? Источник извергает кипяток? К счастью, нет. Все дело в колоссальном давлении воды – оно в 155 раз выше, чем на поверхности Земли, поэтому Н2О не закипает, зато изрядно «подогревает» воды Марианской впадины. Вода этих гидротермальных источников невероятно насыщена различными минералами, что также способствует комфортному обитанию живых существ.
Моллюски в Марианской впадине Гидротермальный источник «Шампань», который выпускает чистый жидкий углекислый газ
Невероятные факты
Сколько еще загадок и невероятных чудес таит в себе это невероятное место? Множество. На глубине 414 метров тут расположен вулкан Дайкоку, послуживший еще одним доказательством того, что жизнь зарождалась именно здесь, в самой глубокой точке земного шара. В кратере вулкана, под водой, расположено озеро чистейшей расплавленной серы. В этом «котле» сера бурлит при температуре 187 градусов по Цельсию. Единственный известный аналог такого озера находится на спутнике Юпитера – Ио. На Земле больше ничего подобного нет. Только в космосе. Немудрено, что большинство гипотез о происхождении жизни из воды связаны именно с этим загадочным глубоководным объектом на просторах Тихого океана.
Гигантская 10-сантиметровая амеба— ксенофиофора
Здешнее дно изучено довольно подробно и не представляет особого интереса – оно покрыто слоем вязкой слизи. Песка там нет, есть только остатки измельченных раковин и планктона, которые лежат там тысячи лет, и из-за давления воды давно уже превратились в густую грязь серовато-желтого цвета. А нарушают спокойствие и размеренную жизнь дна морского лишь батискафы исследователей, спускающиеся сюда время от времени.
Обитатели Марианской впадины
Исследования продолжаются
Все тайное и неизведанное всегда манило человека. И с каждой раскрытой тайной новых загадок на нашей планете не становилось меньше. Всё это в полной мере относится и к Марианской впадине.
В конце 2011 года исследователи обнаружили в ней уникальные природные образования из камня, по форме напоминающие мосты. Каждый из них простирался из одного конца на другой на целых 69 км. Ученые не сомневались: именно здесь соприкасаются тектонические плиты – тихоокеанские и филиппинские, и каменные мосты (всего их четыре) сформировались на их стыке. Правда, самый первый из мостов – Dutton Ridge – был открыт еще в конце 80-х годов прошлого века. Он впечатлил тогда своими размерами и высотой, которые были с небольшую гору. В своей самой высокой точке, расположенной как раз над «Бездной Челленджера», этот глубоководный «хребет» достигает двух с половиной километров.
Зачем природе понадобилось сооружать такие мосты, да еще и в таком загадочном и малодоступном для людей месте? Предназначение названных объектов до сих пор остаётся неясным. В 2012 году в Марианскую впадину совершил погружение Джеймс Кэмерон, создатель легендарного фильма «Титаник». Уникальное оборудование и мощнейшие камеры, установленные на его батискафе DeepSea Challenge, позволили снять величественное и пустынное «дно Земли». Неизвестно, сколько времени он наблюдал бы местные пейзажи, не возникни на аппарате некоторые неполадки. Чтобы не рисковать своей жизнью, исследователь вынужденно поднялся на поверхность.
Мосты в Марианской впадине Джеймс Кэмерон в батискафе DeepSea Challenge
Совместно с The National Geographic талантливый режиссер создал документальный фильм «Вызов бездне». В своем рассказе о погружении он назвал дно впадины «границей жизни». Пустота, тишина, и – ничего, ни малейшего движения или волнения воды. Ни солнечного света, ни моллюсков, ни водорослей, ни тем более чудищ морских. Но это только на первый взгляд. В пробах грунта дна, которые взял Кэмерон, обнаружено свыше двадцати тысяч различных микроорганизмов. Огромное количество. Как они выживают под таким невероятным давлением воды? До сих пор загадка. Среди обитателей впадины обнаружен также креветкообразный амфипод, производящий уникальное химическое вещество, которое тестируется учеными как вакцина от болезни Альцгеймера.
Во время пребывания в самой глубокой точке не только мирового океана, но и всей Земли Джеймс Кэмерон не встретил ни страшных монстров, ни представителей вымерших видов животных, ни базы инопланетян, не говоря уже о каких-то невероятных чудесах. Ощущение, что он здесь совершенно один, повергло в настоящий шок. Океанское дно казалось пустынным и, как говорил сам режиссер, «лунным… одиноким». Ощущение полной изоляции от всего человечества было таким, что не передать словами. Однако он все же постарался это сделать в своем документальном фильме. Ну, а тому, что Марианская впадина безмолвствует и шокирует своей пустынностью, не стоит, наверное, удивляться. Ведь она просто свято хранит тайну происхождения всего живого на Земле…
Марианская впадина: глубина, расположение, интересные факты
Марианская впадина: глубина, расположение, интересные факты: Wikimedia
Марианская впадина — одна из самых малоизученных точек планеты. О причинах ее возникновения и обитателях впадины ходит немало фантастических легенд, она часто становится предметом домыслов и фантазий. Расставим точки над «і», изучив известные научные факты о Марианском желобе.
Что известно науке о Марианской впадине
Мировой океан исследован всего на 5%. Марианский желоб остается одним из самых таинственных его уголков.
Что такое Марианская впадина?
Марианская впадина — глубоководный желоб, который известен как самая глубокая точка на Земле. Впадина (разлом в земной коре) образована в месте стыка двух тектонических плит — Тихоокеанской и Филиппинской.
Желоб виден на большинстве карт мира. Где находится Марианская впадина? Она расположилась на западе Тихого океана и получила свое название благодаря Марианским островам, находящимся поблизости. Впадина имеет форму полумесяца, обрамляющего Филиппинское море, и простирается на 2500 километров в длину. Ширина желоба достигает в среднем 69 километров.
Марианская впадина на карте: Wikipedia/Hellerick
Какая глубина Марианской впадины? По разным данным, глубина желоба варьируется между 10 028 и 11 034 метра ниже уровня моря. Если Эверест (самая высокая гора на планете) поместить на дно Марианской впадины, ее вершина окажется на несколько километров под водой.
Согласно официальным данным, максимальная глубина Марианской впадины составляет 10 994 ± 40 метров. Джеймс В. Гарднер с коллегами дают более точный показатель с учетом всех погрешностей — 10 984 ± 25 метров. Эта точка на дне океана называется Бездна Челленджера в честь английского судна «Челленджер», который смог впервые зафиксировать глубину впадины.
История открытия Марианской впадины
Огромная глубина разлома обуславливает высокое давление под водой. На дне этот показатель достигает 108,6 Мпа, что в тысячу раз выше, чем на поверхности Земли. Проводить исследования в таких условиях крайне сложно, поэтому долгое время глубина и рельеф дна желоба оставались загадкой.
Открытие и первые исследования Марианской впадины датируются 1875 годом. Оборудование того времени было ограничено в возможностях: максимальная глубина, которую смогли установить британцы, немного превышала 8 тысяч километров. В 1951 году английская экспедиция снова отправилась изучать желоб. С помощью эхолота удалось зафиксировать глубину 10 863 метра.
В 1960-м состоялось первое погружение на дно впадины. Батискаф «Триест» опустился на глубину 10 915 метров. Приборы регистрировали странные звуки и тени, а сам батискаф получил множество повреждений, хоть и считался сверхпрочным. Это дало почву для многих фантастических домыслов о том, что может обитать на дне Марианской впадины. Однако научных объяснений, что тогда произошло с батискафом, нет до сих пор.
Батискаф «Триест» перед погружением: Wikipedia/U.S. Navy
Впервые рельеф желоба картографировали в 2010-х гг. Исследования университета Нью-Гэмпшира (США) выявили на поверхности дна четыре горных хребта высотой около 2,5 километров.
Интересные факты о Марианской впадине
Что скрывает самое таинственное место на Земле? Ученые не так давно изучают Марианский желоб, и он до сих пор скрывает множество тайн. За 60 с лишним лет исследователям удалось открыть много интересного.
Как образовалась Марианская впадина?
Глубокий желоб сформировался много миллионов лет назад в результате сдвига тектонических плит. Один пласт погрузился под другой, ушел в мантию Земли и образовал впадину.
Изучив гористое дно траншеи, участники океанографической экспедиции из Нью-Гэмпшира предположили, что местным горным хребтам около 180 миллионов лет. Более массивная Тихоокеанская плита «подползает» под Филиппинскую, образуя складчатость.
Температура и давление воды в Марианской впадине: Pixabay
Температура и давление воды
На дно Марианской впадины никогда не проникал солнечный свет, здесь царит вечная тьма. Температура воды на дне впадины близка к точке замерзания и составляет +1–4 °С. Ниже температура не опускается благодаря гидротермальным источникам — так называемым «черным курильщикам». Вода, которую они извергают, богата минералами, рудными веществами (из-за которых и приобретает темный цвет) и нагревается до 450 °С. Мощное давление не дает воде вскипеть, поэтому она становится благоприятной средой обитания для местных организмов.
Кто обитает в Марианской впадине?
Выжить без солнечного света и под невообразимым давлением воды до недавнего времени считалось невозможным. Однако многочисленные исследования подтвердили: на дне Марианского желоба есть жизнь. Местные обитатели приспособились к неблагоприятным условиям, поэтому обладают необычными расцветками и формами.
Фауну Марианской впадины составляют глубоководный удильщик (морской черт), морские огурцы (голотурии), рак-отшельник, светящаяся шарообразная медуза, мегалодикопия, двухметровые черви, плоские камбалообразные рыбы и другие организмы, которые сегодня мало изучены. Обитают здесь и осьминоги мутанты, у которых нет щупалец, а только тело в форме юбки. Такое строение позволяет им выдерживать сильное давление. С той же целью некоторые виды обзавелись плотной пленкой.
Обитатели Марианской впадины: YouTube/Необыкновенная Вселенная
Человек на дне впадины
Первыми людьми, побывавшими на дне Марианской впадины, были лейтенант ВМС США Дон Уолш и исследователь Жак Пикар. В 1960 году на батискафе «Триест» им удалось опуститься на небывалую глубину — 10 915 метров. Главным достижением той экспедиции было открытие жизни в Марианском желобе, что прежде считалось невозможным.
Третьим человеком в истории, который покорил впадину, стал режиссер Джеймс Кэмерон в 2012 году. В одиночку он достиг глубины 10 908 метров, сумел взять образцы пород и живых организмов. С помощью 3D-камер Кэмерон снял удивительные кадры, вошедшие в научно-документальный фильм National Geographic «Джеймс Кэмерон: Путешествие к центру Земли».
Джеймс Кэмерон: YouTube/Необыкновенная Вселенная
В 2019-м американец Виктор Весково погрузился на рекордную глубину 10 928 метров. Он стал первым человеком, покорившим и самую высокую вершину мира Эверест, и глубочайшую впадину.
Марианская впадина интересна ученым первозданными тайнами, которые и сегодня остаются загадкой для человека. Новые исследования доказывают, что она хранит еще множество секретов, которые предстоит узнать людям.
Уникальная подборка новостей от нашего шеф-редактора
Марианская впадина: куда пропадают тонны воды?
В то время, как на самой высокой точке планеты, Эвересте, побывали тысячи человек, на дно Марианской впадины спустились лишь трое. Это самое малоизученное место на Земле, вокруг него существует множество загадок. На прошлой неделе геологи выяснили, что за миллион лет через разлом на дне впадины в недра Земли проникло 79 млн т воды.
Что произошло с ней после этого, неизвестно. «Хайтек» рассказывает о геологическом строении самой низкой точки планеты и о странных процессах, которые происходят на ее дне.
Без солнечных лучей и под колоссальным давлением
Марианская впадина — не вертикальная бездна. Это желоб в форме полумесяца, растянувшийся на 2,5 тыс. км к востоку от Филиппин и к западу от Гуаме, США. Самая глубокая точка впадины, бездна Челленджера, находится на расстоянии 11 км от поверхности Тихого океана. Эвересту, окажись он на дне впадины, до уровня моря не хватило бы 2,1 км.
Карта Марианской впадины.
Марианский желоб (как еще принято называть впадину) — часть глобальной сети прогибов, пересекающих морское дно и образовавшихся в результате древних геологических событий. Они возникают при столкновении двух тектонических плит, когда один пласт погружается под другой и уходит в мантию Земли.
Подводную траншею обнаружил британский исследовательский корабль «Челленджер» во время первой глобальной океанографической экспедиции. В 1875 году ученые попытались измерить глубину диплотом — веревкой с привязанным к ней грузом и метровой разметкой. Веревки хватило только на 4 475 морских саженей (8 367 м). Спустя почти сто лет судно «Челленджер II» вернулось к Марианской впадине с эхолотом и установило нынешнее значение глубины — 10 994 м.
Дно Марианской впадины скрыто в вечной темноте — солнечные лучи не проникают на такую глубину. Температура всего на несколько градусов выше нуля — и близка к точке замерзания. Давление в бездне Челленджера составляет 108,6 МПа, что примерно в 1 072 раза больше нормального атмосферного давления на уровне Мирового океана. Это в пять раз больше давления, которое создается при ударе пули о пуленепробиваемый объект и примерно равно давлению внутри реактора для синтеза полиэтилена. Но люди нашли способ добраться до дна.
Человек на глубине
Первыми людьми, побывавшими в бездне Челленджера, стали американские военные Жак Пиккар и Дон Уолш. В 1960 году на батискафе «Триест» они за пять часов спустились на 10 918 м. На этой отметке исследователи провели 20 минут и почти ничего не увидели из-за облаков ила, поднятых аппаратом. Кроме рыбы из вида камбалообразных, на которую попал луч прожектора. Наличие жизни под таким высоким давлением стало главным открытием миссии.
До Пиккара и Уолша ученые считали, что в Марианском желобе не могут жить рыбы. Давление в нем настолько велико, что кальций может существовать только в жидком виде. Это значит, что кости позвоночных должны буквально растворяться. Нет костей, нет и рыб. Но природа показала ученым, что они ошибаются: живые организмы способны адаптироваться даже к таким невыносимым условиям.
Множество живых организмов в бездне Челленджера обнаружил батискаф Deepsea Challenger, на котором в 2012 году на дно Марианской впадины в одиночку спустился режиссер Джеймс Кэмерон. В образцах грунта, взятых аппаратом, ученые нашли 200 видов беспозвоночных, а на дне впадины — странных полупрозрачных креветок и крабов.
На глубине 8 тыс. м батискаф обнаружил самую глубоководную рыбу — нового представителя вида липаровых или морских слизней. Голова рыбы напоминает собачью, а ее тело очень тонкое и эластичное — во время движения она напоминает полупрозрачную салфетку, которую несет течением.
На несколько сотен метров ниже живут гигантские десятисантиметровые амебы, называемые ксенофиофоры. Эти организмы демонстрируют удивительную устойчивость к нескольким элементам и химическим веществам, таким как ртуть, уран и свинец, которые убили бы других животных или человека за несколько минут.
Ученые считают, что на глубине существует еще множество видов, ожидающих открытия. Кроме того, до сих пор не ясно, как такие микроорганизмы — экстремофилы — могут выживать в столь экстремальных условиях.
Ответ на этот вопрос приведет к прорыву в биомедицине и биотехнологиях и поможет понять, как зародилась жизнь на Земле. Например, исследователи из Университета Гавайев полагают, что грязевые термальные вулканы вблизи впадины могли обеспечить условия для выживания первых организмов на планете.
Вулканы на дне Марианской впадины.
Что за разлом?
Впадина обязана своей глубиной разлому двух тектонический плит — тихоокеанский пласт уходит под филлипинский, образуя глубокий желоб. Регионы, в которых произошли такие геологические события, называют зоной субдукции.
Толщина каждой плиты составляет почти 100 км, а глубина разлома — по меньшей мере 700 км от самой нижней точки бездны Челленджера. «Это айсберг. Человек даже не был на вершине — 11 ничто по сравнению с 700, скрывающимися на глубине. Марианская траншея — это граница между пределами человеческих знаний и реальностью, которая недоступна человеку», — рассказывает геофизик Роберт Стерн из Техасского университета.
Плиты на дне Марианской впадины.
Ученые предполагают, что через зону субдукции в мантию Земли попадает вода в больших объемах — скалы на границах разломов действуют, как губки, поглощая воду, и транспортируют ее в недры планеты. В результате вещество оказывается на глубине от 20 до 100 км ниже морского дна.
Геологи из Университета Вашингтона выяснили, что за последний миллион лет через стык в недра земли попало более 79 млн т воды — это в 4,3 раза больше предыдущих оценок.
Главный вопрос — что происходит с водой в недрах. Считается, что водный цикл замыкают вулканы, возвращая воду в атмосферу в виде водяного пара во время извержений. Эта теория подтверждалась предыдущими измерениями объемов воды, проникающих в мантию. Вулканы выбрасывали в атмосферу примерно равный поглощенному объем.
Новое исследование опровергает эту теорию — подсчеты свидетельствуют о том, что Земля поглощает больше воды, чем возвращает. И это действительно странно — при условии, что уровень Мирового океана за последние несколько сотен лет не только не уменьшился, но и вырос на несколько сантиметров.
Возможное решение — отказ от теории равных пропускных возможностей всех зон субдукции на Земле. Вероятно, условия в Марианском желобе более экстремальные, чем в других частях планеты, а через разлом в бездне Челленджера в недра проникает больше воды.
«Зависит ли количество воды от особенностей строения зоны субдукции, например, от угла изгиба плит? Мы предполагаем, что аналогичные разломы существуют на Аляске и в Латинской Америке, но пока человеку не удалось обнаружить более глубокой структуры, чем Марианская впадина», — добавил ведущий автор исследования Даг Винес.
Вода, скрывающаяся в недрах Земли, — не единственная загадка Марианской впадины. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) называет регион парком развлечений для геологов.
Это единственное место на планете, где углекислый газ существует в жидкой форме. Он выбрасывается несколькими подводными вулканами, расположенными за пределами Окинавского прогиба вблизи Тайваня.
На глубине 414 м в Марианской впадине находится вулкан Дайкоку, который представляет собой озеро чистой серы в жидкой форме, которая постоянно кипит при температуре 187 °С. На 6 км ниже располагаются геотермальные источники, выбрасывающие воду при температуре 450 °С. Но эта вода не кипит — процессу мешает давление, оказываемое 6,5-километровым водным столбом.
Океаническое дно на сегодня изучено человеком меньше, чем Луна. Вероятно, ученым удастся обнаружить разломы глубже Марианской впадины или, по меньшей мере, исследовать ее строение и особенности.
Материалы по теме
А вот ещё:
Есть ли «мусор» в человеческой ДНК?
Геном рыбы фугу примерно в восемь раз меньше, чем геном человека, и в 330 раз меньше, чем геном двоякодышащей рыбы протоптер. Какие «призраки» живут на «кладбищах геномов», и сколько мусора в нашей с вами ДНК?
Известный молекулярный биолог Дэвид Пенни из Центра молекулярной экологии и эволюции Аллена Вилсона в новозеландском Университете Массей как-то сказал: «Я бы весьма гордился работой в группе, которая разработала геном кишечной палочки. Однако я бы никогда не признался, что участвовал в проектировании генома человека. Ни в одном университете этот проект не смогли бы настолько испортить». Тема о количестве мусора в нашей ДНК — одна из самых «горячих» тем в научном сообществе. Вокруг этого вопроса среди ученых разгораются настоящие словесные баталии.
Репликация (от лат. replicatio — возобновление) — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской. При следующем за этим делении каждая из дочерних клеток получает по одной копии молекулы ДНК, идентичной ДНК исходной материнской клетки. Репликацию ДНК осуществляет реплисома — сложный ферментный комплекс, состоящий из 15−20 различных белков.
Немного молекулярной генетики
Напомним, что в основе передачи наследственной информации лежит двухцепочечная молекула ДНК. Она представляет собой полимер из четырех типов мономеров (нуклеотидов): аденина (A), тимина (T), цитозина (С) и гуанина (G) — и уложена в хромосомы. У человека 23 пары расположенных в ядре хромосом (22 пары неполовых и одна пара половых). Они и составляют основу нашего генома (еще 37 генов содержат кольцевые ДНК митохондрий). Если бы мы взяли одну клетку человека, сшили весь диплоидный (парный) набор хромосом вместе и вытянули в нить, то получили бы молекулу длиной в два метра, состоящую из шести миллиардов пар оснований (нуклеотидов). Три миллиарда от папы и три — от мамы.
Плодовая муха дрозофила Drosophila melanogaster. Геном модельной мухи. Геном: 120 млн пар оснований. Генов: 13 500.
Наиболее изученный тип функциональных последовательностей ДНК — гены, кодирующие белки. С таких генов считывается молекула РНК, которая затем играет роль матрицы для синтеза белков и определяет их аминокислотную последовательность. Кодирующая часть молекулы РНК может быть разделена на тройки нуклеотидов (кодоны), которые либо соответствуют некоторой аминокислоте, либо определяют место окончания синтеза белка (стоп-кодоны). Правило соответствия кодонов аминокислотам называется генетическим кодом. Например, кодон GCC кодирует аминокислоту аланин.
Частично синтетическая бактерия Mycoplasma laboratorium. Синтетический геном, в котором закодированы имена синтезировавших его ученых. Геном: 580 000 пар оснований. Генов: 381.
Померимся генами?
Когда-то думали, что у столь сложного организма, как человек, должно быть очень много генов. Когда проект «Геном человека» подходил к завершению, ученые даже устроили тотализатор: сколько генов будет обнаружено? Каково же было их удивление, когда оказалось, что количество генов у человека и маленького круглого червя Caenorhabditis elegans примерно одинаковое. У червяка около 20 000 генов, а у нас — 20−25 тысяч.
Для «венца творения» факт довольно обидный, особенно если учесть, что существует много организмов как с бОльшим по размеру геномом (геном двоякодышащей рыбы протоптер, Protopterus aethiopicus, в 40 раз больше человеческого), так и с бОльшим количеством генов (у риса — 32−50 тысяч генов).
Свободноживущая нематода Caenorhabditis elegans. Маленький модельный геном животного. Геном: 100 млн пар оснований. Генов:
Но на самом деле у человека менее 2% генома кодируют какие-либо белки. Для чего же нужны остальные 98%? Может, там скрывается секрет нашей сложности? Оказалось, что существуют важные некодирующие участки ДНК. Например, это участки промоторов — последовательностей нуклеотидов, на которые садится фермент РНК-полимераза и откуда начинается синтез молекулы РНК. Это участки связывания транскрипционных факторов — белков, регулирующих работу генов.
Это теломеры, защищающие концы хромосом, и центромеры, необходимые для правильного расхождения хромосом по разным полюсам клеток при делении. Известны некоторые регуляторные молекулы РНК (например, микроРНК, препятствующие синтезу белков соответствующих генов на матричной РНК — копии гена-исходника), а также молекулы РНК, входящие в состав важных ферментативных комплексов — например, рибосом, которые собирают из отдельных аминокислот белки, передвигаясь по матричной РНК. Есть и другие примеры важных некодирующих участков ДНК.
Резуховидка Таля Arabidopsis thaliana. Маленький модельный растительный геном. Геном: 119 млн пар оснований. Генов:
Тем не менее бОльшая часть нашего генома напоминает пустыню: повторяющиеся последовательности, останки «мертвых» вирусов, которые когда-то давно встраивались в геномы наших предков; так называемые эгоистичные мобильные элементы — последовательности ДНК, способные перескакивать из одного участка генома в другой; различные псевдогены — нуклеотидные последовательности, утратившие способность кодировать белки в результате мутаций, но все еще сохранившие некоторые признаки генов. Это далеко не полный список «призраков», обитающих на «кладбище генома».
Вдвое умнее мух
Идея тотализатора по поводу числа человеческих генов пришла в голову доктору Эвану Бирни в баре при лаборатории в Колд-Спринг-Харбор незадолго до завершения проекта «Геном человека». По мере приближения к финалу, с 2000 по 2002 год, ставки выросли с 1 доллара до 20. В результате банк разделили «на троих»: Пол Дир из Британского совета по медицинским исследованиям, который еще в 2000 году поставил на дату своего рождения — 27.04.1962 — 27 462, Ли Роуэн из Института системной биологии в Сиэтле — в 2001 году она поставила на число 25 947, и Оливер Джейлон из французской компании Genoscope (26 500).
Когда главного победителя — доктора Дира — спросили, как ему удалось еще три года назад, когда все думали, что генов у человека не меньше 50 000, угадать число с такой точностью, он ответил: «Дело было в баре, глубокой ночью. Наблюдая за поведением пьющих людей, я подумал, что оно мало отличается от поведения мух-дрозофил, у которых 13500 генов, а потому мне показалось, что удвоенного числа мушиных генов людям вполне достаточно».
Минимальная мышь
Существует точка зрения, что бОльшая часть генома человека нефункциональна. В 2004 году журнал Nature опубликовал статью, описывавшую мышей, из генома которых были вырезаны значительные фрагменты некодирующей ДНК размером в 0,8 и даже 1,5 млн нуклеотидов. Было показано, что эти мыши не отличаются от обычных строением тела, развитием, продолжительностью жизни или способностью оставлять потомство.
Разумеется, какие-то отличия могли остаться незамеченными, но в целом это был серьезный аргумент в пользу существования «мусорной ДНК», от которой можно избавиться без особых последствий. Конечно, было бы интересно вырезать не пару миллионов нуклеотидов, а миллиард, оставив только предсказанные последовательности генов и известные функциональные элементы. Удастся ли вывести подобную «минимальную мышь», и сможет ли она нормально существовать? Может ли человек обойтись геномом длиной лишь в полметра?
Возможно, когда-нибудь мы об этом узнаем. Тем временем еще один важный аргумент в пользу существования мусорной ДНК — наличие достаточно близких организмов с очень разными размерами геномов. Геном рыбы фугу примерно в восемь раз меньше, чем геном человека (хотя генов в нем примерно столько же), и в 330 раз меньше, чем геном уже упомянутой рыбы протоптер. Если бы каждый нуклеотид в геноме был функционален, то непонятно, зачем луку геном в пять раз больший, чем у нас?
На колоссальные различия в размерах геномов сходных организмов обратил внимание эволюционный биолог Сусуму Оно. Считается, что именно Оно ввел термин «мусорная ДНК» (junk DNA). Еще в 1972 году, задолго до того, как был прочитан геном человека, Оно высказал правдоподобные представления как о количестве генов в геноме человека, так и о количестве «мусора» в нем
В своей статье «Столько мусорной ДНК в нашем геноме» он отмечает, что в геноме человека должно быть около 30000 генов. Это число, на тот момент совсем не очевидное, оказалось удивительно близко к реальному, которое узнали десятки лет спустя. Кроме того, Оно приводит оценку функциональной доли генома (6%), объявляя более 90% генома человека мусором.
Мимивирус Acanthamoeba polyphaga mimivirus. Самый большой известный геном вируса. Геном: 1 181 404 пар оснований. Генов: 979.
Находка или мусор?
Вызов представлению о существовании мусорной ДНК бросил проект ENCODE — The Encyclopedia of DNA Elements, «Энциклопедия элементов ДНК» (первые его результаты опубликованы в журнале Nature в 2012 году).
Получив многочисленные экспериментальные данные о том, какие части генома человека взаимодействуют с различными белками, участвуют в транскрипции — синтезе РНК-копий генов для последующей трансляции (синтеза белка из аминокислот на матрице информационной РНК) — или других биохимических процессах, авторы пришли к выводу, что более 80% генома человека так или иначе функциональны. Разумеется, данный тезис вызвал бурное обсуждение в научном сообществе.
Двоякодышащая рыба протоптер Protopterus aethiopicus. Самый большой известный геном. Геном: 133 млрд пар оснований. Генов: много.
Одна из наиболее ироничных статей, опубликованная Дэном Грауром, специалистом по молекулярной эволюционной биоинформатике, профессором Хьюстонского университета, и его коллегами в 2013 году в журнале Genome biology and evolution, называется так: «О бессмертии телевизоров: «функция» в геноме человека по лишенному эволюции Евангелию от ENCODE». Ее авторы отмечают, что отдельные члены консорциума ENCODE расходятся в том, какая часть генома функциональна.
Так, один из них вскоре уточнил в журнале Genomicron, что речь идет не о 80% функциональных последовательностей в геноме, а о 40%, а другой (в статье в Scientific American) и вовсе снизил показатель до 20%, но при этом продолжал настаивать, что термин «мусорная ДНК» нужно устранить из лексикона.
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Быстро меняющийся геном вируса иммунодефицита человека. Геном: 9749 пар оснований (но уже мутировал). Генов: 9, но они кодируют 18 белков.
По мнению авторов статьи «О бессмертии телевизоров», члены консорциума ENCODE слишком вольно интерпретируют термин «функция». Например, существуют белки, которые называют гистонами. Они могут связывать молекулу ДНК и помогают ей компактно укладываться. Гистоны могут подвергаться определенным химическим модификациям.
Согласно ENCODE, предположительная функция одной из таких модификаций гистонов — «предпочтение находиться в 5′-конце генов» (5′-конец — это конец гена, от которого движутся ферменты ДНК- и РНК-полимеразы при копировании ДНК или при транскрипции). «Примерно так же можно сказать, что функция Белого дома — занимать площадь земли по адресу 1600, Пенсильвания-авеню, Вашингтон, округ Колумбия», — отмечают оппоненты.
Каша ехала на мотоцикле
Иногда в СМИ можно услышать некорректную фразу «генетический код мутировал». Но мутации происходят не в коде, а в молекуле ДНК (в геноме). В результате меняются нуклеотидные последовательности. Это можно сравнить с заменой буквы в слове. Например, фраза «Маша ехала на мотоцикле» превращается во фразу «Саша ехала на мотоцикле», если одна буква М «мутировала» в букву С.
Изменение генетического кода намного серьезней — это как изменение алфавита. Представим, что во всем тексте буква М внезапно превратилась в букву К. Теперь у нас «Каша ехала на котоцикле». Понятно, что такие изменения приводят к значительным последствиям и поэтому в природе происходят крайне редко. Но происходят! Например, у некоторых инфузорий один из стоп-кодонов может кодировать аминокислоту глутамин. Но это скорее исключение, чем правило. У большинства организмов один и тот же генетический код: например, у человека, у червяка или огурца. А вот геномы у этих организмов различаются очень сильно. Тот же алфавит, но другой текст.
Возникает проблема и с приписыванием функции участкам ДНК. Предположим, что к определенному участку ДНК способен прикрепляться важный для функционирования клетки белок, и поэтому ENCODE приписывает этому участку «функцию». Например, некоторый транскрипционный фактор — белок, инициирующий синтез информационной (матричной) РНК — связывается со следующей последовательностью нуклеотидов: TATAAA. Рассмотрим две идентичные последовательности TATAAA в разных частях генома.
После того как транскрипционный фактор связывается с первой последовательностью, начинается синтез молекулы РНК, служащей матрицей для синтеза другого важного белка. Мутации (замены любого из нуклеотидов) в этой последовательности приведут к тому, что РНК будет считываться плохо, белок не будет синтезирован, и это, скорее всего, негативно скажется на выживании организма. Поэтому правильная последовательность TATAAA будет поддерживаться в данном месте генома с помощью естественного отбора, и в этом случае уместно говорить о наличии у нее функции.
Рыба фугу Fugu rubripes. Самый маленький известный геном позвоночного. Геном: 390 млн пар оснований. Генов: 20–28 тысяч.
Другая последовательность TATAAA возникла в геноме по случайным причинам. Поскольку она идентична первой, с ней тоже связывается транскрипционный фактор. Но никакого гена рядом нет, поэтому связывание ни к чему не приводит. Если в этом участке возникнет мутация, ничего не изменится, организм не пострадает.
В данном случае говорить о функции второго участка TATAAA нет смысла. Впрочем, может оказаться, что наличие в геноме большого количества последовательностей TATAAA вдали от генов нужно просто для того, чтобы связывать транскрипционный фактор и уменьшать его эффективную концентрацию. В таком случае отбор будет регулировать число таких последовательностей в геноме.
Лук репчатый Allium cepa. Один из самых больших растительных геномов. Геном: 16 млрд пар оснований. Генов: неизвестно.
Чтобы доказать, что некоторый участок ДНК функционален, недостаточно показать, что в этом участке происходит некий биологический процесс (например, связывание ДНК). Члены консорциума ENCODE пишут, что функцией обладают участки ДНК, которые вовлечены в транскрипцию. «Но почему нужно акцентировать внимание на том, что 74,7% генома транскрибируется, в то время как можно сказать, что 100% генома принимает участие в воспроизводимом биохимическом процессе — репликации!», — снова шутит Граур.
Антарктические бескрылые комары-звонцы Belgica antarctica. Самый маленький геном членистоногих. Геном: 99 млн пар оснований. Генов:
Хорошим критерием функциональности участка ДНК является то, что мутации в нем достаточно вредны и значительные изменения этого участка не наблюдаются из поколения в поколение. Как определить такие участки? Здесь на помощь и приходит биоинформатика, современная наука на стыке биологии и математики об анализе последовательностей генов и белков. Мы можем взять геномы человека и мыши и найти в них все похожие участки ДНК. Окажется, что у этих двух видов какие-то участки последовательностей нуклеотидов очень похожи.
Например, гены, необходимые для синтеза рибосомальных белков, довольно консервативны, то есть мутации в них достаточно вредны, чтобы носители новых мутаций вымирали, не оставляя потомства. Про такие гены говорят, что они находятся под отрицательным отбором, очищающим от вредных мутаций. Другие участки геномов будут иметь значительные расхождения между видами, что указывает на то, что мутации в этих участках, скорее всего, безвредны, а значит, их функциональная роль невелика или не определяется конкретной последовательностью нуклеотидов.
В ряде работ оценили долю участков ДНК человека, находящихся под давлением отрицательного отбора. Оказалось, что к ним относятся только около 6,5−10% генома, причем некодирующие участки, в отличие от кодирующих, гораздо меньше подвержены отрицательному отбору. Получается, что с точки зрения эволюционных критериев функциональны менее 10% генома человека. Обратите внимание, как близок к этой оценке был Оно в 1972 году!
Бактерия Hodgkinia cicadicola. Самый маленький известный геном бактерии. Бактерия-симбионт с нестандартным генетическим кодом. Геном: 144 000 пар оснований. Генов: 189.
Мусорная крепость
Но неужели остальные 90% генома человека — мусор, от которого лучше избавиться? Не совсем так. Есть соображения, что большой размер генома может быть полезен сам по себе. У бактерий репликация генома служит серьезным ограничивающим фактором, требующим значительных затрат энергии. Поэтому их геномы, как правило, маленькие, а от всего лишнего они избавляются.
У крупных организмов, как правило, репликация ДНК делящихся клеток вносит не столь большой вклад в общее количество энергозатрат организма на фоне расходов на работу мозга, мышц, органов выделения, поддержания температуры тела и т. д. В то же время большой геном может быть важным источником генетического разнообразия, увеличивая шансы на появление новых функциональных участков из нефункциональных за счет мутаций, потенциально полезных в процессе эволюции.
Мобильные элементы могут переносить регуляторные элементы, создавая генетическое разнообразие в регуляции работы генов. То есть организмы с крупными геномами теоретически могут быстрее адаптироваться к условиям среды, расплачиваясь сравнительно небольшими дополнительными затратами на репликацию более крупного генома. Подобный эффект мы не обнаружим у отдельного организма, но он может играть важную роль на уровне популяции.
Человек разумный Homo sapiens. Геном предположительно на 90% состоит из мусора. Геном: 3 млрд пар оснований. Генов: 20–25 тысяч.
Наличие крупного генома может также уменьшать вероятность того, что какой-нибудь вирус встроится в функциональный ген (что может привести к поломке гена и в ряде случаев к раку). Иными словами, не исключено, что естественный отбор может действовать не только на поддержание конкретных последовательностей в геноме, но на сохранение определенных размеров генома, нуклеотидного состава в некоторых его участках и т. д.
Впрочем, хотя идея, что только 80% или даже 20% генома человека функциональны — спорна, это вовсе не значит, что критике подлежит весь проект ENCODE. В его рамках получено огромное количество данных о том, как разные белки связываются с ДНК, информации о регуляции генов и т. д. Эти данные представляют большой интерес для специалистов. Но едва ли в ближайшее время удастся избавиться от «мусора» в геноме — как от концепции, так и от самих ненужных последовательностей.