Подводная летопись

Всем уже известно, что кора Земли, точнее литосфера - слой около 100 км в толщину, расколота на отдельные громадные плиты (предполагают, что эти трещины были вызваны ударом гигантского метеорита несколько миллиардов лет назад). Трещины эти заполнены раскаленной магмой, выдавливающейся из нижележащих слоев – из т.н. мантии. Мантия находится под чудовищным давлением сверху, поэтому точка плавления ее пород много выше обычной и они расплавлены не совсем, но достаточно, чтобы отдельные плиты могли двигаться относительно друг друга. Об этом говорил уже лет сто назад Вегенер, но механизм движения плит был вскрыт лишь в 1950-60-х годы, когда началось эхолотное изучение океанского дна. Оно выявило огромную систему подводных хребтов высотой в 2.5 км, тянущихся по дну всех океанов в местах контакта разных плит, над теми трещинами, которые их разделяют.

Когда ученые стали изучать магнитное поля в веществе океанского дна по разные стороны от этих подводных хребтов, они обнаружили, что направление этого поля неоднократно меняется по мере удаления от хребта, причем именно так, как это направление менялось в прошлом на поверхности Земли. Это означало, что вещество по обе стороны хребта имеет сложилось в разное время. Оно оказалось моложе всего на самом хребте и тем старше, чем дальше от него. Это открытие требовало принять, что в том месте, где проходят трещины, все время появляется новое вещество, которое образует 2.5-километровый хребет и постепенно стекает с обеих его сторон, образуя рядом с хребтом две новые полосы океанского дна, которые отодвигают те участки дна, которые образовались (и застыли) раньше. Иными словами, обе соприкасающиеся в этом месте плиты непрерывно, хотя и очень медленно (по 2-3 и до 10 см в год) наращивают площадь, раздвигая лежащие на них континенты.

Откуда же берется это новое вещество? Оно так же медленно выпирает из глубины трещины, из лежащей под корой мантийной магмы, вместе с содержащимися в ней газами, и представляет собой, в сущности, переработанное вещество самых древних частей океанской плиты, которые в свое время, упершись, в результате расширения, в край материка, погрузилось под него и утонуло в мантии. Кора Земли под водой океанов плотнее, чем кора материков (2.9 против 2.7 г на куб. см.), поэтому именно она уходит вниз, под материковую плиту. С другой стороны, океанская кора много тоньше, чем материковая, поэтому напор магмы снизу легче пробивает себе дорогу именно на океанском дне (а также в тех местах, где океанская плита уходит под материковую, чему свидетели многочисленные вулканы по всей периферии Тихого океана). Но, как показали упомянутые выше два исследования, в этом сложном процессе роста и утопания плит есть, оказывается, еще и третий участник, кроме разной плотности и толщины, и участник этот – ледники.

Когда участники экспедиции на корейском ледоколе (британский геолог Краули и его американские и корейские коллеги) детально промеряли глубины океанского дна по обе стороны подводного хребта между Австралией и Антарктидой, южнее Тасмании, они обнаружили то, чего не заметили предыдущие, более грубые измерения, а именно – что дно это не ровное, а изрезано невысокими (порядка 100 метров и более) грядами, идущими параллельно центральному хребту. Зная расстояния между грядами и скорость расширения плиты в этом месте, ученые подсчитали, когда образовалась каждая гряда, а отсюда какое время отделяет одну гряду от другой. И тут выявилась поразительная периодичность: обнаружились три системы гряд, каждая со своим периодом, - 23, 41 и 100 тысяч лет. Иными словами, выход магмы из трещины увеличивался каждые 23 тысяч лет, каждые 41 тысячу лет и каждые 100 тысяч лет. Что за странный календарь?

Любой гляциолог, специалист по природным льдам, даже разбуженный ночью, тотчас ответит – это календарь циклов Миланковича. Иначе говоря, периодичность ледниковых периодов последней (кайнозойской) ледниковой эры. В истории Земли ледниковые эры начались уже, как минимум, 3 млрд лет назад, но детальнее всего изучена лишь последняя, нынешняя, в одном из межледниковий которой (начавшемся 15 тысяч лет назад), мы сейчас живем. И это изучение показало, что тяжелые обледенения в ней сменяли друг друга именно с такими периодами. Сербский ученый Миланкович высказал предположение, что эта периодичность объясняется периодическим изменением количества солнечного тепла, приходящего на Землю, а это тепло меняется в зависимости от наклона оси Земли к плоскости ее орбиты и прецессии этой оси. Ось Земли меняет свой наклон (между 22.1 и 24.5 градусами) за 41 тысяч лет, а в промежутке, в силу приливного воздействия Солнца и Луны, слегка «покачивается» (описывает «конус прецессии) вокруг некого среднего положения с периодом в 21 тысячу лет. И сверх того небольшой наклон земной орбиты к плоскости, в которой движется Солнце, тоже меняет с периодом в 100 тысяч лет (интересно, что это самое малое изменение по непонятной причине вызывает самые тяжелые обледенения).

И вот теперь оказалось, что все эти обледенения каким-то образом зафиксированы в чередовании гряд на океанском дне. И это не одиночный результат: одновременно со статьей группы Краули в печати появилась вторая из упомянутых выше работ - статья американской исследовательницы Майи Толстой, которая изучала быстро растущий подводный хребет у берегов Мексики и обнаружила по обе стороны от него регулярно распложенные гряды, чередующиеся с периодом в 100 тысяч лет. Как могут ледники оказать влияние на океанское дно?

Ответ авторов выглядит так. В ледниковые периоды большое количество воды собирается в виде льда и уровень океанов существенно понижается. Воды над океанской корой становится меньше, ее давление на нижележащую мантию уменьшается, точка плавления мантии тоже понижается, расплавленной магмы становится больше и ей легче преодолевать давление воды и прорываться через океанскую кору; поэтому выбросы магмы увеличиваются и на дне, по обе стороны хребта над трещиной, появляются более высокие гряды. Этот феномен повторяется с той де периодичностью, что и ледниковые периоды, т.е. в соответствии с циклами Миланковича. Но мало этого. Пока вода стоит ниже всего, т.е. в пике обледенения, выброс СО2 и метана, содержащихся в магме, становится таким большим, что газы прорывают водную толщу, выходят в атмосферу и образуют парниковый слой над Землей. Температура под этим слоем повышается так быстро, что обледенение, только что пройдя пик, быстро обрывается – начинается таяние льдов. Эта взаимосвязь может объяснить давно подмеченную закономерность: ледники наступают медленно, а отступают быстро. С началом нынешнего межледниковья уровень океана повышался на 1-2 см в год, т.е. на 100 метров за 5-10 тысяч лет, тогда как нынешнее повышение уровня морей и океанов, связанное с глобальным потеплением, составляет всего 1-2 мм в год, т.е. идет в 10 раз медленней (хотя сейчас, в эпоху мегаполисов, расположенных на низких берегах, даже 1-2 метра повышения опасней, чем 15 тысяч лет назад 100 метров).

Вот такой вот подводный календарь, один из многих, по которым размечена история Земли.

***************************************************************************************************************************

Медвежья услуга

Словарь говорит: «Вторичная инфекция - это инфекция другим видом микроорганизма, которая развилась на фоне уже имеющегося инфекционного заболевания. Вторичная инфекция возникает в результате снижения местного и общего иммунитета…» и так далее. А с чего это вдруг иммунитет снижается после первичной инфекции?

Недавно на этот вопрос был получен интереснейший и неожиданный ответ. Чтобы понять его, нужно заглянуть туда, где происходит первая встреча патогена с адаптивной частью нашей иммунной системы (врожденная ее часть: кожа, слизистые оболочки, антимикробные вещества и т.д. – не способна адаптироваться к специфическим видам патогенов). Основным ее орудием являются Т- и В- клетки, образующиеся из стволовых клеток костного мозга и поступающие оттуда в лимфатические железы, рассеянные по всему телу. Это и есть место «первой встречи». Патогены попадают сюда, принесенные лимфатическими капиллярами с места инфекции, и здесь, внутри железы, их первыми атакуют два вида «распознающих» клеток – макрофаги (МФ) и дендритные (звездообразные) клетки (ДК). Они расположены в разных слоях железы, но задача их одинакова: «учуяв» чужеродные белки (антигены) на проникших в железу патогенах, отделить эти антигены, «прицепить» и доставить в слой, где находятся «обучающие» клетки – Т-хелперы, которые забирают у них антигены и доставляют в следующий слой, где предъявляют их Т- или В-клеткам, как бы обучая их: «Вот как выглядит враг». Теперь Т- и В- клетки знают кого атаковать: Т-клетки выходят в кровоток и убивают все, что несет на себе тот антиген, который их научили узнавать, а В-клетка убивает врага с помощью производимых ею антител, тоже выбрасываемых по лимфатическим сосудам в кровь.
Этот (описанный здесь, по необходимости, грубо) процесс давно и хорошо изучен.

Но недавно британские исследователи (Гайя и др.) заинтересовались: а что происходит со слоем МФ после встречи с патогенами? С помощью тончайших микроскопических методов они изучили состояние лимфо-железы через неделю после первичной инфекции, когда на месте внедрения патогенов началось воспаление, и обнаружили, что 80% слоя МФ в железе разрушено. Теперь понятно, почему иммунитет после первичной инфекции снижается. Но что вызываепт это разрушение? Дальнейшие опыты показали, что виной всему ДК, но не те ДК, что находятся в лимфо-железе, а другие, т.н. миграторные дендритные клетки (м-ДК), которые рассеяны по организму, находясь в тканях в незрелом состоянии. Когда патогены проникают в эти ткани и в этом месте возникает воспаление, эти м-ДК под влиянием воспаления активируются и созревают, а в зрелом состоянии они приобретают способность распознать антиген на вторгшемся микробе и прицепить его к себе. С этим грузом они попадают в лимфатические сосуды, которые доставляют их в лимфо-железу, где они спешат предъявить этот антиген В- и Т-клеткам. Весь этот процесс занимает часы и даже дни, но он помогает работе МФ, усиливая суммарный ответ на первичную инфекцию. Но как выявили Гайя и его коллеги, как раз в ходе своего движения внутри железы эти м-ДК разрушают слой МФ, тем самым снижая иммунный ответ к возможной вторичной инфекции. Их помощь оказывается, таким образом, «медвежьей».

Авторы не дают ответа на естественный вопрос – какой эволюционный смысл в этой кажущейся нелепости? Но некоторые комментаторы полагают, что здесь имеет место простой баланс выгод и потерь: организму выгоднее усилить ответ на первичную инфекцию даже путем снижения ответа на вторичную (которая то ли еще будет, то ли нет). Правильна ли эта гипотеза, пока непонятно.

Рафаил Нудельман
"Окна", 1.10.2015