От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем

Современная геология связывает вулканизм с глобальной тектоникой плит. Новые «океанические» плиты рождаются в Срединных океанических хребтах, глубоко под водой. Они сложены основными, базальтовыми лавами. Медленно расползаясь в стороны от места рождения, они сталкиваются с «континентальными» плитами, где преобладают породы кислого (гранитного) состава. В месте стыка плит идет активное горообразование, в земной коре накапливаются огромные напряжения, часть породы выдавливается вниз (где она расплавляется), а часть – вверх (где она извергается на поверхность в виде лавы). Для людей это выглядит как землетрясения и вулканизм.

    Дмитрий Орешкин, географ

№ 4. Где на самом деле у Земли низ, а где верх?

Представим себе, что мы проснулись в комнате, у которой стены, пол и потолок выкрашены в один цвет. Как понять, где верх, а где низ? Возьмем какой-нибудь предмет, например железную гайку, и уроним ее. Куда гайка упадет, там и низ. Но где верх, а где низ, мы можем узнать и без груза. У человека и других животных есть специальное устройство – вестибулярный аппарат. И гайка, и вестибулярный аппарат чувствуют, куда направлена сила земного притяжения. А сила земного притяжения направлена к центру Земли.

У белого медведя, который стоит на льдине на Северном полюсе, внизу под лапами находится Южный полюс. А у пингвина на Южном полюсе под ногами Северный. То есть если бы Земля была прозрачной, то оба, и медведь и пингвин, смотрели бы друг на друга сверху вниз.

Помните, как у Льюиса Кэрролла Алиса попала в Страну чудес? Она упала в глубокий колодец, а пока падала, размышляла о том, что будет, если пролететь Землю насквозь.

Если бы удалось прорыть колодец сквозь всю Землю, можно было бы быстро путешествовать в любую точку земного шара. Заглянув в такой колодец, мы увидели бы небо. А прыгнув туда, примерно через 40 минут оказались бы на противоположной стороне Земли. Как же удивятся наши антиподы, когда мы вылетим из колодца вверх ногами!

К сожалению, сквозной колодец, или, как его называют ученые, гравитационный лифт, сделать пока невозможно. До сих пор самый глубокий колодец, выкопанный людьми, – Кольская сверхглубокая скважина – чуть больше 12 километров в глубину. А до центра Земли – более 6000!

Итак, у Земли нет ни верха, ни низа.

Но верха и низа нет даже у глобуса или карты. Мы привыкли видеть на карте север вверху. Хотя это всего лишь условность. В Австралии, расположенной в южном полушарии, любят рисовать карту мира наоборот – южным полюсом вверх. Для нас это непривычно, но ничего неправильного в этом нет.

А что же в космосе? В космосе нет ни верха, ни низа, ни севера, ни юга. Космонавты, находясь на орбите в невесомости, могут видеть в иллюминаторе Землю над головой или под ногами. В невесомости наш вестибулярный аппарат не работает, предметы никуда не падают и понятия верха и низа исчезают. На космической станции можно работать и на полу, и на потолке. Вот только спать в невесомости поначалу тяжело – голову положить на подушку не получается.

    Ольга Возякова, астроном

№ 5. Как и почему зародилась жизнь? Почему произошла эволюция?

Эволюция – это изменение живых существ в результате конкуренции с другими живыми существами. Если не эволюционировать, то твое место рано или поздно займет кто-то более приспособленный (тот, кто эволюционировал, в отличие от тебя). Поэтому можно сказать, что жизнь без эволюции почти невозможна. Эволюция должна была появиться вместе с жизнью. Однако никто точно не знает, как зародилась жизнь. Некоторые ученые думают, что жизнь могла всегда существовать в космосе и попала на нашу планету с метеоритами. Другие считают, что жизнь зародилась на Земле – через некоторое время после формирования нашей планеты, когда покрывавший ее океан достаточно остыл. Точно мы знаем только, что жизнь зародилась в воде.

Основное свойство живой материи – способность к воспроизведению, то есть к сохранению информации. Когда мы говорим о жизни, то важная для нас информация – это то, как устроено живое существо. Все живое состоит из клеток, которые, в свою очередь, сделаны из белков, но проблема в том, что белки обычно не могут воспроизводить сами себя. Им нужна информация о клетке, то есть о всех белках, из которых она сделана. Такая информация содержится в нуклеиновых кислотах, которые, в отличие от белков, способны к самовоспроизведению. Самая известная нуклеиновая кислота – это ДНК (сокращение от «дезоксирибонукле?иновая кислота»), но очень важную роль в клетке также играет другая кислота, называемая РНК (рибонуклеиновая кислота).

ДНК и РНК различаются своим химическим составом, но в целом довольно похожи. ДНК может воспроизводить себя только с помощью специальных белков и РНК, поэтому она не могла существовать самостоятельно. Зато у РНК есть замечательное свойство – она может копировать себя сама. Поэтому считается, что когда-то вся жизнь на Земле могла быть представлена только цепочками РНК, которые сами себя копировали, используя химические вещества, растворенные в окружающей воде. Такой гипотетический (то есть предполагаемый) эпизод в истории формирования жизни называют «мир РНК».

Уже в мире РНК могла быть конкуренция: некоторые молекулы РНК воспроизводили себя быстрее других и таким образом не оставляли ресурсов для других кислот. В результате «выживали» только те РНК, которые могли быстро и эффективно себя копировать, а другие исчезали, потому что не оставляли потомков. И это уже была эволюция.

Со временем в результате конкуренции между собой некоторые РНК научились копировать себя еще быстрее – для этого они стали использовать белки. Эти белки сохранились во всех современных клетках, они и сейчас помогают копировать нуклеиновые кислоты.

Из белков и жиров со временем могла получиться оболочка, которая бы защищала РНК от разрушительного воздействия окружающей среды. Такие РНК, завернутые в оболочку, получали преимущество, потому что гораздо лучше выживали, чем свободно плавающие. И их уже можно назвать протоклеткой.

Потом РНК научились создавать ДНК, которая в современном мире сохраняет почти всю информацию об устройстве клетки. С появлением ДНК закончился так называемый мир РНК и началась современная эволюция, где живые существа соревнуются между собой, сохраняя информацию в ДНК.

Однако такая последовательность событий – всего лишь гипотеза, хотя и весьма вероятная.

    Никита Зеленков, зоолог

№ 6. Почему звуковая волна может уничтожить, хотя ее не видно?

Начну со встречного вопроса: «А что вы хотели увидеть?» Звуковая волна – это движущийся набор чередующихся уплотнений и разрежений воздуха. Воздух практически абсолютно прозрачен, то есть почти не рассеивает свет, а пропускает его. Напомню, что мы видим предметы тогда, когда рассеянный (отраженный) ими свет попадает нам в глаз. То есть звуковую волну нельзя увидеть потому, что ее возникновение и распространение практически не вызывают изменений в процессе прохождения света через воздух. Просто воздух мы ведь не видим. А вот насчет уничтожить – это без проблем. Звуковая волна движется в обычных условиях со скоростью более 300 м/с (быстрее авиалайнера), и если уплотнения воздуха в ней достаточно велики, то велика и энергия, которую волна обрушивает на встретившееся препятствие. Отсюда и разрушения.

    Григорий Крученицкий, физик

№ 7. Почему на Земле есть люди?

Человек – это результат процесса, который длился миллионы лет. Условия на Земле менялись так, что человек мог появиться. И он появился. Сначала на нашей планете стала возможна жизнь, и зародилась она в воде. Первые бактерии при дыхании выдыхали кислород, а не углекислый газ, как мы. И вот 800 миллионов лет назад они уже надышали его столько, что получилась кислородная атмосфера. В этих новых условиях появились крупные многоклеточные существа. Некоторые из них были похожи на сегодняшних рыб, и постепенно из них получились рыбы.

400 миллионов лет назад, в девонском периоде, стало очень жарко и появились наземные растения. За ними из воды вышли пауки и насекомые, а за ними – рыбы, ставшие амфибиями.

В конце следующего, карбонового периода амфибии научились не высыхать, а из икры появилось несохнущее (в скорлупе или кожистой оболочке) яйцо: так возникли рептилии. Среди них были зверообразные.

Следующий период – пермский, он был очень холодным и сухим. Зверообразные рептилии приспособились к такому климату, став теплокровными и покрывшись шерстью, и в следующем, триасовом периоде они превратились в млекопитающих.

В юрском периоде они перестали откладывать яйца и начали рожать детенышей. В конце мелового периода динозавры, которые им мешали, вымерли и млекопитающие стали очень разнообразными. Среди них появились древолазящие – плезиадаписы, наши предки. Они прыгали по ветвям и ели в основном насекомых. Сначала они были преимущественно ночными.

Примерно 40 миллионов лет назад они стали дневными и фруктоядными, это уже первые обезьяны. Около 20 миллионов лет назад некоторые обезьяны увеличились в размерах, из-за этого у них исчез хвост, который стал не нужен, и так возникли человекообразные обезьяны.

7 миллионов лет назад из-за исчезновения африканских лесов часть их вымерла, а часть приспособилась к жизни в саванне, встав на две ноги. Это были австралопитеки. 2,5 миллиона лет назад они стали есть много мяса и делать каменные орудия – и это уже первые люди. Примерно 1,8 миллиона лет назад они вышли из Африки. А 50 тысяч лет назад они уже были почти неотличимы от нас – это наш вид, «человек разумный».

На Земле есть люди, потому что живые существа постоянно приспосабливались к меняющимся условиям. И сами менялись так, что это привело к появлению людей.

    Станислав Дробышевский, антрополог

№ 8. Сколько человек умерло?

Все знают: столько, сколько родилось за все время существования человечества, за исключением ныне живущих. Но сколько же родилось? Вопрос, не имеющий достоверного ответа. Система учета смертей и рождений, регулярного проведения переписей населения возникла совсем недавно, а распространилась по миру – по меркам человеческой истории – вчера. Да и то сейчас в некоторых странах такого учета нет, а в ряде других он охватывает не все население. Тем не менее демографы ООН, ведающие подсчетом населения Земли, сделали свои оценки по всем странам мира с 1950 года. Так что человечество с приемлемой точностью знает свою численность за последние 65 лет. Чем глубже в прошлое, тем менее надежны данные и тем их меньше.

Сведений о числе рождений нет, но их можно вывести, зная численность населения. Усилиями биоархеологов, историков, демографов оценки-догадки о численности населения Земли добираются к началу неолита, но неопределенность велика. Так, на 10 000 год до н. э. минимальная оценка (1 миллион человек) меньше максимальной в 10 раз, на 5000 год до н. э. – в 4 раза (то есть от 5 до 20 миллионов). И все же в настоящее время сложился общий взгляд на динамику численности мирового населения.

Другая проблема: от появления какого «человека» считать. Homo habilis (человек умелый) появился около 2,5 миллионов лет назад, наш вид, Homo sapiens, – 50-100 тысяч лет назад. Среди ученых по этому поводу согласия нет. Наш соотечественник, знаменитый ученый и просветитель Сергей Петрович Капица, отвечая на этот вопрос, счел нужным рассматривать период в 4,5 миллиона лет, и получилось, что к 2005 году на Земле прожило и умерло 90 миллиардов человек. Он использовал математическую модель роста численности населения Земли, теоретически обосновав ее.

Другие известные нам подходы основаны на догадках и упрощениях, но тоже взятых из научного опыта. Например, по мнению крупнейшего современного демографа и социолога Карла Хауба, к 2011 году, помимо 7 миллиардов ныне живущих, на Земле побывало еще 100 миллиардов человек, из них 47 миллиардов – в последние 2000 лет. Хауб взял общепринятые оценки численности населения, самая далекая из которых относится к 8000 году до н. э. (5 миллионов человек), а возникновение Homo sapiens отнес к 50 000 году до н. э. Далее он предположил, что в тот момент на Земле было два человека (Адам и Ева?) и численность людей в каждый следующий период росла с постоянной скоростью. Так Хауб получил численность людей в каждом году. Теперь число рождений можно оценить, задав общий коэффициент рождаемости, то есть частоту рождений на 1000 живущих в данном году. Для периода от Адама и Евы и до XIII века Карл Хауб установил этот показатель равным 80 на 1000, для 1200-1750 годов – 60. О дальнейшей динамике – после 1750 года – демография имеет довольно точное представление. Но как Карл Хауб вывел значения коэффициента рождаемости для далекого прошлого? Из догадок-оценок.

Дело в том, что мы знаем, насколько высокими были рождаемость и смертность еще недавно, и знаем, что в прошлом они были еще выше. Скажем, Хауб исходил из того, что до XIII века величина ожидаемой продолжительности жизни при рождении была ниже 13 лет.

И все же не стоит относиться к этим вычислениям чересчур серьезно. Потому что все полученные результаты округляются, и к тому же неизвестно, сколько все-таки было людей в самом начале. Да и сам автор предостерегает: при полном отсутствии надежной информации в достатистическую эру расчеты неизбежно носят полунаучный характер. Впрочем, польза от них несомненна: они иллюстрируют необычный и крайне важный момент в развитии человечества – его стремительный рост. Если в 1750 году за спиной каждого живущего (по выражению Артура Кларка, автора романа «2001: Космическая одиссея») стояло по призраков, то в 1950 году – 40, а сейчас – менее 15.

    Сергей Васин, демограф

№ 9. Какое время на Южном полюсе?

Время на планете Земля – явление в значительной мере условное. В том смысле, что люди уславливаются, как его измерять. Вроде понятно: солнце встало – значит, утро. Село – значит, вечер. Но почему в сутках именно 24 часа? Ведь время оборота планеты вокруг оси можно было бы разделить не на 24, а, скажем, на 20 или 10 равных интервалов. Ничего, кроме условностей и привычек, от этого не изменилось бы. Однако весь мир делит сутки на 24 интервала, а год – на 12 месяцев, ничуть не переживая, что это отголосок древней двенадцатиричной системы счета. Раньше люди предпочитали оперировать не десятками, а дюжинами и круглой цифрой считалось не 10, а 12. Две дюжины – 24. Тогда это было естественным. А почему в часе 60 минут? С точки зрения современного счета удобнее было бы иметь 50, при том что каждая «минута» была бы немного длиннее. Но календари и система отсчета времени создавались древними звездочетами, которые были воспитаны на шестидесятиричной системе (60 – это 5 дюжин, возможно по числу пальцев на руке). Эта система была известна еще в древнем Шумере, оттуда перешла к Вавилону, затем к древним грекам и после них к арабам. И лишь в Средние века Европа начала постепенный переход к близкой нам десятичной системе.

Однако с календарем, часами и геометрией все осталось по-прежнему: перестраивать себе дороже. Окружность мы делим на 360 градусов, часовой циферблат – на 60 минут. Так пошло с первых солнечных часов (тень от стержня падает на дугу, и по мере смещения Солнца, точнее по мере вращения Земли, она ползет по дуге, отсчитывая нанесенные на ней деления. Деления, понятно, наносились древними мудрецами исходя из привычной системы счета).

Столь же условно и понятие часовых поясов. Время само по себе течет ровно, но где-то на карте нужно провести договорную границу, при переходе через которую происходит скачок – в одном часовом поясе новый год уже наступил, а в соседнем еще и вечера, праздник начнется через час. Для удобства границы поясов подтягивают к межгосударственным или внутренним административным границам, поэтому они выглядят весьма замысловато. Перелетая на самолете из пояса в пояс или из страны в страну, путешественники первым делом переводят часы на местное время. Впрочем, можно и не переводить и жить по своему прежнему времени, особенно если надо часто связываться с теми, кто остался дома. Но тогда, если вы перелетели из Москвы, допустим, в Австралию, у вас на часах будет разгар рабочего дня, когда аборигены уже давно спят.

На Южном (впрочем, как и на Северном) полюсе условность исчисления времени особенно очевидна. С одной стороны, оно тянется точно так же, как в других точках планеты. Через пять часов после завтрака захочется пообедать, а еще через пять часов – поужинать. Потом уже и спать пора. С другой стороны, полюс – эта та точка, в которой суточный оборот Земли не отражается в положении Солнца на небе: сама ось, вокруг которой крутится планета, при вращении не смещается. Установленные здесь солнечные часы будут круглые сутки показывать одно и то же время.