Астрономы нашли объяснение одиночеству жизни на Земле
Отсутствие разумных цивилизаций в ближайших окрестностях Земли может объясняться тем, что жизнь на нашей планете появилась слишком рано с точки зрения космологии и законов эволюции Вселенной, заявляют астрономы в статье опубликованной в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
"Когда люди задумываются о том, когда вероятнее всего может возникнуть жизнь, они наивно думают, что эта эпоха уже наступила. Это не так – мы обнаружили, что шансы зарождения жизни будут гораздо выше в далеком будущем Вселенной", — заявил Абрахам Лоеб (Abraham Loeb) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра в Кембридже (США).
Лоеб и его коллеги уже много лет пытаются найти следы внеземной жизни в ближайших окрестностях Земли и в самых далеких уголках Вселенной. Также они пытаются понять, когда возникли подходящие условия для зарождения и существования жизни, когда последние очаги жизни исчезнут из Вселенной, и в том числе пытаются найти объяснение тому, почему мы до сих пор не встретились с "братьями по разуму".
Последние выкладки команды Лоеба показывают, что жизнь могла появиться на так называемых "алмазных" планетах, состоящих исключительно из углерода и других легких элементов, уже через 30-40 миллионов лет после Большого Взрыва, когда первые звезды Вселенной взорвались и "засеяли" ее тяжелыми элементами. Жизнь, по мнению ученых, исчезнет примерно через 100 триллионов лет, когда угаснут последние светила, небольшие красные карлики.
Это достаточно большой временной промежуток, и логично предположить, как отмечает Лоеб, что разумная или неразумная внеземная жизнь появлялась во время этой "эры живых существ" крайне неравномерным образом из-за различий в химическом составе галактик, частоте взрывов сверхновых и гамма-вспышек, и целого ряда других факторов.
Руководствуясь этой идеей, авторы статьи вычислили то, как много цивилизаций и просто внеземной жизни будет возникать во Вселенной в разные эпохи ее существования.
Как показал этот анализ, жизнь на Земле оказалась исключением из правил, своеобразным "ранним ребенком" Вселенной – в соответствии с расчетами Лоеба и его коллег, первые разумные существа в космосе должны появиться через несколько миллиардов лет, когда число красных карликов во Вселенной вырастет до более высоких значений.
Шансы на зарождение жизни у ближайших к нам звезд сегодня не превышают 0,1% в самом лучшем случае, что может объяснять то, почему мы до сих пор не встретились с "братьями по разуму". С другой стороны, шансы на зарождение жизни примерно через 10 триллионов лет будут максимальными, в тысячи раз больше, чем вероятность появления живых существ на планетах у солнцеподобных звезд сегодня.
По мнению астробиологов, планеты, вращающиеся вокруг красных карликов, будут главными кандидатами на зарождение и существование жизни. У них есть сразу несколько преимуществ в этом отношении – число таких звезд крайне велико, они отличаются "спокойным" характером и живут десятки миллиардов, если не триллионы, лет. Поэтому можно ожидать, что красные карлики, если их сверхсильное инфракрасное излучение не будет мешать зарождению жизни, будут самыми "живыми" светилами во Вселенной в далеком будущем.
Ученые: "виртуальный свет" поможет ускорить квантовые компьютеры
Итальянские физики выяснили, что одна частица света может одновременно воздействовать сразу на два атома, что можно использовать для повышения надежности кубитов, базовых ячеек квантовых компьютеров, и ускорения их работы, сообщает Live Science.
"Я не помню, что я конкретно делал, когда я увидел, что один фотон может воздействовать сразу на два атома, но коллеги говорят, что я радостно воскликнул и ударил кулаком в стену. Что еще более удивительное – данный процесс может идти в обратную сторону – два атома могут вместе перейти на более низкий уровень энергии и испустить один фотон. Это произойдет случайно, но, что самое важное, одновременно", — рассказывает Сальваторе Саваста (Salvatore Savasta) из университета Мессины (Италия).
Саваста и его коллеги открыли этот необычный феномен, который они назвали "виртуальным светом", изучая то, как одиночные фотоны могут взаимодействовать с единичными атомами, используя реалистичные компьютерные модели квантового мира.
Наблюдения в ходе предыдущих экспериментов натолкнули Савасту на мысль, что фотоны с точно выверенным уровнем энергии могут воздействовать не на один, а на два атома одновременно, "расщепляясь" между ними в момент взаимодействия. Возможность подобного исхода событий давно является предметом яростных споров среди физиков, большинство которых считает, что это не возможно в принципе.
Авторы статьи показали, что такое все же может происходить, если фотон и атомы будут находиться в особой "клетке", которая будет вибрировать на частоте в два раза большей, чем частота колебаний самой частицы света. При этом эта камера, представляющая собой особую конфигурацию из лучей лазера или микроволновых излучателей, должна быть способна переводить атомы в возбужденные состояния.
Если эти условия будут выполнены, то в камере будет проходить процесс, похожий на так называемые осцилляции Раби – циклическое испускание возбужденным атомом фотона и его почти немедленное поглощение. Подобные колебания сегодня активно используется для манипуляции содержимым кубитов – простейших вычислительных модулей квантовых компьютеров и основу их памяти, которые обычно представляют собой ионы различных атомов.
Подобное поведение фотона, по мнению авторов статьи, объясняется тем, что вакуум не является абсолютно пустым — в нем постоянно рождаются пары частиц и античастиц, которые сразу же аннигилируют и исчезают. Когда фотон "расщепляется", возникает два виртуальных фотона с половиной энергии их "прародителя", которые немедленно и одновременно поглощаются атомами, что позволяет обходить принцип "нерасщепимости" частиц света.
Открытый итальянскими физиками эффект, если его существование будет подтверждено на практике, можно будет использовать для более удобного получения "запутанных" частиц, используемых в квантовых компьютерах, и для увеличения точности их работы.
Биологи раскрыли главный секрет существования ДНК
Ученые из США нашли возможную причину того, почему генетический код жизни сегодня основывается на ДНК, а не на РНК, бывшей основой жизни в добелковую эпоху, во время так называемого "мира РНК", говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Structural and Molecular Biology.
"ДНК может принимать особую форму, образуя так называемые пары Хугстина, которые помогают молекуле сопротивляться повреждениям и оставаться целой. С другой стороны, появление подобных структурных модификаций в молекуле РНК приводит к разрушению ее двойной спирали", — заявила Хойцин Чжоу (Huiqing Zhou) из университета Дьюка в Дареме (США).
Чжоу и ее коллеги раскрыли тайну появления ДНК, изучая формирование так называемых Хугстиновских пар – альтернативного метода связывания генетических "букв"-нуклеотидов друг с другом, характерного для примерно 1% элементов в двойной спирали ДНК.
Как объясняют ученые, двойная спираль ДНК существует благодаря тому, что ее "половинки" скреплены друг с другом при помощи так называемых водородных связей – сил межатомного притяжения, возникающих между частично положительно заряженными и отрицательно заряженными атомами, к примеру, между кислородом и водородом, азотом и кислородом. Яркий пример этого – то, как соединены между собой молекулы воды.
Как правило, в молекуле ДНК подобные связи налажены между двумя главными частями ее "букв" – так называемыми азотистыми основаниями. Для "букв" А и Т число этих связей равно двум, а для букв Ц и Г – трем.
Некоторое время ученые считали, что "кирпичики" ДНК могут связываться друг с другом только таким образом, однако уже через 10 лет американский биолог Карст Хугстин обнаружил, что возможна и альтернативная конфигурация водородных связей, при появлении которой молекула азотистого основания буквальным образом переворачивается, меняя то, какие атомы вступают в водородные связи.
Для пар "А-Т" это почти не сказывается на их структуре, однако пары "Ц-Г" в результате этого теряют одну из трех связей и становятся нестабильными. Это искажает спиральную структуру ДНК и делает возможным формирование различных необычных структур, часть из которых исползуется в работе организма.
Чжоу и ее коллеги показали, что подобные Хугстиновские пары, постоянно появляющиеся и исчезающие в двойной спирали ДНК, защищают ее от повреждений, позволяя молекуле генетического кода сохранять гибкость при ее чтении белками или при появлении разрывов.
Открыв этот феномен, авторы статьи решили проверить, обладает ли таким свойством РНК. К их удивлению, первые же опыты показали, что появление пар Хугстина в РНК очень быстро приводило к дестабилизации молекулы и разрушению двойной спирали.
Почему это происходит? Как считают ученые, это связано с тем, что двойная спираль РНК "закручена" более туго, чем молекула ДНК, что мешает переворачиванию нуклеотидов во время образования Хугстиновских пар и приводит к поломке молекулы. Подобное поведение, по мнению биологов, говорит о том, что молекулы РНК крайне уязвимы к появлению мелких повреждений, что может объяснять то, почему эволюция в конечном итоге заменила их на пару "белки-ДНК", оставив РНК роль "служанки" и тех и других "молекул жизни".
Последние мамонты Земли вымерли от жажды, заявляют палеонтологи
Последние мамонты на Земле, жившие на побережье Аляски и на островах в Чукотском море, вымерли не в результате вырождения или охоты на них человека, а благодаря исчезновению источников пресной воды по мере отступления и таяния ледников, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.
"Наше исследование раскрыло ужасающую обстановку, в которой жили эти мамонты. То, что происходило с водой на этих островах, явно указывает на то, почему они попали в безвыходное положение и вымерли. Все это подчеркивает, что недостаток воды крайне редко рассматривается как вероятная причина вымирания, и что мы недооцениваем уязвимость фауны маленьких островов к изменению климата даже при отсутствии людей", — заявил Мэттью Вуллер (Matthew Wooller) из университета Аляски в Фейрбэнксе (США).
На сегодняшний день не существует общего мнения о причинах вымирания мегафауны Ледникового периода. Часть ученых считает, что мамонты, шерстистые носороги вымерли исключительно из-за изменения климата, тогда как другие палеонтологи придерживаются гипотезы равного "вклада" человека и климата в исчезновение гигантских животных в Азии и Америке.
Относительно недавно палеонтологи нашли в Сибири "молочные бивни" нескольких мамонтов, следы на которых однозначно показали, что в вымирании этих гигантов, живших на Таймыре и в Восточной Сибири, были замешаны люди-охотники.
Но по всей видимости, этот процесс протекал в разных уголках планеты, даже относительно близких друг к другу по разным причинам – Вуллеру и его коллегам удалось найти следы того, что мамонты на Аляске вымерли по климатическим причинам, изучая различные следы их пребывания на острове Святого Павла, где эти гиганты дотянули до времен древних египтян и минойцев и вымерли примерно 5,6 тысячи лет назад.
Как объясняют ученые, наличие столь крупных животных не проходит бесследно для флоры и фауны той экосистемы, где они живут. К примеру, экскрементами мамонтов питаются определенные грибки, споры которых сегодня встречаются только в местах обитания слонов в Африке и Азии, а видовой состав растительности меняется, когда крупные животные появляются или исчезают.
Все эти вещи, по словам Вуллера, хорошо "отпечатываются" в донных отложениях в древних озерах, существовавших во времена мамонтов. Используя образцы почвы из одного такого водоема на острове Святого Павла, авторы статьи вычислили время вымирания мамонтов, используя несколько разных методик и критериев – радиоуглеродный анализ спор грибков, анализ их ДНК и изменения в видовом составе пыльцы растений и костей других животных.
Все эти вещи указали на одну и ту же дату вымирания мамонтов – 5600 лет назад, плюс-минус 100 лет, что авторы статьи считают "самой точной датировкой вымирания в истории человечества". Эта дата, по их словам, рассказала о трагической истории исчезновения мамонтов.
Дело в том, что на этой же отметке, по сути, заканчивается и история озера, бывшего, как считают ученые, одним из немногих источников пресной воды на острове Святого Павла. Причиной его исчезновения, по всей видимости, был климат, однако сами мамонты ускорили его уничтожение и высыхания, раскапывая грунт у берегов водоема, где росли предположительно последние крупные растения острова.
В результате этого озеро быстро превратилось в лужу грязи, которую пить было невозможно, а растительный покров, защищавший воду от испарения, исчез. Это и привело к исчезновению последних мамонтов Америки и, возможно, Земли.
