У самого синего моря…Природные ресурсы Туапсинского района (6+)

Окт 12th Земля в иллюминаторе: как космические технологии помогают устойчивому развитию

С начала космической эры прошло всего 65 лет, а пилотируемые полеты на орбиту и запуск техники к дальним уголкам Солнечной системы воспринимаются наравне с земными событиями. Новости из космоса мелькают в нашей ленте каждый день: будь это Илон Маск, который выводит на орбиту спутники Starlink и сажает ступени ракет, Китай, строящий орбитальную станцию, или Россия с запуском новых модулей для МКС. Но эта обыденность лишь кажущаяся — освоение космоса, как и сохранение нашей планеты, задача важная и нетривиальная. Между этими вопросами есть прямая связь — космическая наука устремлена не только в будущее, но и помогает решать проблемы Земли здесь и сейчас. В частности — бороться с изменением климата и достигать целей устойчивого развития (ЦУР).

Спутник всем ЦУР голова

Около трети всех спутников, находящихся на орбите, используются для дистанционного зондирования Земли. Сегодня более чем у 80 государств есть свои аппараты в космосе — ими обзавелись даже такие небогатые страны как Бутан, Непал, Эфиопия и Судан. Те, кто имеет на орбите лишь один спутник, в первую очередь используют его для наблюдения за своей территорией. 

Дистанционное зондирование — это как первый паровой двигатель для промышленности, только в сфере наук о планете: революция, перевернувшая понимание людей об устройстве Земли, ее происхождении и климате. Сегодня спутники выдают точнейшие метеорологические и геолокационные сведения, предупреждают о надвигающихся природных катаклизмах, помогают обнаружить экологические катастрофы (пожары, загрязнения, незаконные вырубки и пр.), поставляют данные для климатического моделирования и прогнозирования последствий глобального потепления. Но и это не все — каждая из целей устойчивого развития выигрывает от взаимодействия с космическими технологиями.

Согласно исследованию, опубликованному в научном издательстве BioMed Central, наибольший эффект космическая наука оказывает на Цели, ориентированные на технологии, — «Ликвидация голода», «Здоровье и благополучие» и «Индустриализация, инновации и инфраструктура». Меньше всего спутники помогают в достижении «Гендерного равенства», »Уменьшения неравенства» и «Мира, правосудия и эффективных институтов», поскольку они ориентированы на политический контекст.

Вклад космических наук в улучшение жизни настолько велик, что появилось предложение создать восемнадцатую ЦУР — «Космос для всех». Инициативу запустили студенты из Нидерландов, хотя концепцию поддерживают и крупные организации — управление по вопросам космического пространства ООН (UNOOSA) и американское Национальное космическое общество (NSS). Конечно, применение космических технологий для достижения устойчивого развития не панацея. Да и, как уже писала «Экосфера», непродуманное заселение орбит новыми девайсами угрожает появлением свалок в околоземном пространстве. Однако «дружить» с космосом нужно — задачи, включенные в ЦУР, становятся все более зависимы от орбитальной техники.

И пастухи, и санитары

Космические аппараты даже поддерживают продовольственную безопасность. Спутники позволяют оценить состояние посевов, характеристики почвы и спрогнозировать запас продовольствия в регионе. А еще помогают фермерам оптимизировать посадки, повысить урожайность сельскохозяйственных культур, наладить орошение, адаптироваться к изменению климата и ухаживать за скотом. Так, проект Европейского космического агентства (ЕКА) VGTropics, ориентированный на развивающиеся страны Африки, использует спутниковую связь для определения численности животных в стаде и раннего выявления вспышек зоонозных инфекций. 

Еще один пример — картографирование выпаса крупного рогатого скота и овец в Нигере — одной из беднейших стран мира. С помощью спутниковых данных были созданы пастбищные коридоры — это поддержало местное сельское хозяйство и сократило конфликты, вспыхивающие между фермерами из-за борьбы за скудные водные ресурсы и землю. А Восточному Тимору спутники ЕКА помогают выращивать кофе в труднодоступных горных районах. 37% домохозяйств страны напрямую зависят от кофейных плантаций. Данные дистанционного наблюдения позволяют повысить урожайность, улучшить качество кофе, а значит, увеличить доходы людей.

Космические аппараты востребованы и в здравоохранении — они необходимы для телемедицины. К примеру, портативное устройство Tempus Pro по спутниковой связи передает медицинские данные пациентов из удаленных мест врачам, оказывающим дистанционную помощь. В чрезвычайных ситуациях это помогает принять правильные решения о лечении и транспортировке больных. 

Также спутники позволяют моделировать распространение инфекций и оценивать риски возникновения эпидемий. Чтобы предугадать движение малярийных комаров, специалисты опираются на спутниковые данные о температуре и влажности. Так врачи понимают, где появятся вспышки заболевания, и размещают в этих местах медицинские центры. Кроме того спутники помогают оценивать целостность озонового слоя, УФ-излучение и уровень загрязнения воздуха, искать источники вредных выбросов и наблюдать за их распространением по регионам — эти показатели важны для поддержания здоровья населения и предупреждения серьезных заболеваний.

Еще одно направление — энергетика. Спутники оценивают ветровые и солнечные характеристики разных районов и находят наилучшие места для строительства альтернативных электростанций. Также спутниковые данные помогают сбалансировать нагрузку между возобновляемыми и традиционными источниками энергии — прогнозы о солнечном свете, облачности и скорости ветра позволят исключить перебои в электроснабжении.

Наконец, на космические аппараты можно положиться во всем, что касается устойчивого управления природными ресурсами. Например, проект OceanMind, использует искусственный интеллект и спутниковые данные для отслеживания незаконного рыболовства  в океане. Похожая инициатива — ForestMind — определяет места вырубок и предоставляет информацию об устойчивости лесозаготовок. Спутники также помогают изучать и сохранять биоразнообразие. Подсчет животных — дело трудное, особенно в удаленных регионах. Спутники упрощают эту работу — с их помощью ученые собрали данные о популяциях самых разных видов, например, китов, слонов и пингвинов. По данным отчета о космических технологиях World Economic Forum, спутники пресекают незаконный рыбный промысел, нелегальные лесозаготовки и торговлю дикими животными на сумму более 73 млрд долларов в год.

Главные по климату

Без орбитальных технологий невозможно представить современную климатологию, спутниковые наблюдения без преувеличения позволили совершить настоящую революцию в этой науке. Благодаря данным из космоса, ученые могут делать достоверные выводы о последствиях потепления и выбросов парниковых газов. Спутниковые данные европейской службы мониторинга атмосферы «Коперник» (CAMS) позволили определить, что концентрации углекислого газа и метана ежегодно растут на 0.6% и 0.4% соответственно. В планах ученых — научить космические приборы с такой же точностью измерять еще один «опасный» парниковый газ — закись азота. Кстати, именно «Коперник» оценил влияние пандемии Covid-19 на качество воздуха.

Сегодня на службе у климата стоит более 160 спутников, каждый из которых отвечает за измерение особых показателей. Более того, 26 из 50 основных климатических параметров можно измерить только из космоса.

Первым в мире спутником, заточенным под мониторинг парниковых газов (СО2 и СН4), стал японский GOSAT — его запустили в 2009 году и он до сих пор трудится на орбите. В 2018-м к нему присоединился GOSAT-2 — его функционал позволяет оценивать концентрацию не только углерода и метана, но также водяного пара, озона и других газов. В 2016-м году Китай вывел аппарат TanSat для оценки потоков углекислого газа — спустя два года он составил первую глобальную карту СО2 в атмосфере Земли. 

Технологии мониторинга парниковых газов активно развиваются — на смену отдельным аппаратам приходят целые созвездия спутников. Например, совместный проект США и Канады CarbonMapper уже вывел на орбиту три аппарата, а к 2025 году их должно стать 10. Большинство спутников справляются с зондированием больших площадей, но имеют ограничения при измерении выбросов от локальных объектов. То есть спутник понимает, сколько выбросов производит район, но ему сложно распознать от какой инфраструктуры они исходят. Дополнительные «помощники» должны решить проблему. В 2024 году NASA планирует запустить GeoCarb — геостационарную обсерваторию углеродного цикла. Она будет не только измерять основные парниковые газы, но и анализировать работу источников и поглотителей СО2. 

В России мониторинг парниковых газов из космоса развит плохо. Сегодня специализированных аппаратов, измеряющих выбросы, в арсенале Роскосмоса нет, но есть несколько устройств дистанционного зондирования — спутники серий «Ресурс-П», «Канопус-В», «Метеор-М», «Электро-Л» и «Арктика-М». Они выполняют широкий спектр задач — от социального до экономического мониторинга. Под экологию заточены аппараты «Электро-Л» — они снабжают Росгидромет оперативной информацией о пожарах, загрязнениях, стихийных бедствиях, оценивают состояние атмосферы, водных ресурсов, снежного покрова и измеряют некоторые климатические параметры.

Недавно госкорпорация заявила, что в 2025-28 году на орбиту выведут 14 аппаратов серии «Сфера» — они будут поставлять информацию о мусорных свалках, отслеживать добычу полезных ископаемых, мониторить пожарную обстановку, наблюдать ледовый режим в районе Севморпути и контролировать выбросы парниковых газов. Для этой задачи в Институте им. Келдыша разработан фурье-спектрометр, способный распознавать СО, СО2 и СН4. 

Планы на «климат-контроль» есть и у частного российского космоса — компания Success Rockets поставила амбициозную цель: создать глобальный мониторинговый комплекс, определяющий содержание парниковых газов в атмосфере, а также конкретные источники эмиссий и экосистемы, поглощающие углерод. В марте 2021 года «Успешные ракеты» объявили о запуске проекта, в ноябре — уже показывали модель спутника на климатическом саммите в Глазго. Пробный полет первого спутника состоится в конце этого года. В группировку войдут 60 космических аппаратов и 100 наземных станций — к 2030 году система должна заработать в полную мощь.

2030 год подведет итог Целям устойчивого развития. Каких результатов достигнут страны, что человечество приобретет, а что утратит к этому времени — зависит от сегодняшних решений, в том числе в области космических технологий. 

Окт 8th Кирпичи, которые птицы разбирают на материалы для гнезд

В Мельбурне решили предложить им альтернативу: специальные кирпичи, из которых можно добывать натуральный материал для строительства гнезд.

Проект Peckable Architecture разработали дизайнеры и исследователи, изучающие взаимодействие городской архитектуры и дикой природы. В рамках выставки Design x Nature, организованной Melbourne Fringe, они установили 100 таких кирпичей в двух местах — на площади Федерации и в Королевском ботаническом саду Мельбурна.

Кирпичи сделаны из коры, иголок казуарины, тонких веточек, кокосового волокна и мха. Все эти материалы соединены органическим желатиновым связующим. Постепенно конструкция разрушается, и птицы могут забирать отдельные компоненты для своих гнезд.

Идея кажется почти игрушечной, но проблема, которую она решает, вполне серьезная. Городская среда лишает птиц многих привычных материалов для строительства гнезд. Участки с опавшими листьями, ветками и травой убирают, почву закрывают бетоном, а газоны не дают того разнообразия природного материала, которое есть в более естественной среде.

Поэтому птицы начинают использовать то, что оказывается под клювом. Глобальное исследование 2023 года обнаружило человеческий мусор в гнездах 176 видов птиц. Среди наиболее распространенных находок — сигаретные окурки, пластиковые пакеты и рыболовные сети.

Пластик и другие синтетические материалы особенно опасны, когда они длинные и гибкие. Леска, шпагат и пластиковые нити могут обматываться вокруг лап и тела птиц, приводить к травмам, удушью или гибели птенцов. В исследовании белых аистов в Португалии человеческие материалы обнаружили в 91% исследованных гнезд. При еженедельном наблюдении за гнездами 12% птенцов запутались в мусоре, чаще всего в упаковочном шпагате.

Иногда последствия менее очевидны. Например, мексиканские домовые зяблики используют волокна сигаретных окурков для выстилки гнезд. Никотин и другие вещества действительно могут отпугивать паразитов, поэтому такие гнезда в некоторых случаях дают птицам преимущества. Однако у птенцов из этих гнезд исследователи обнаружили признаки повышенного генетического повреждения.

Получается парадокс: птицы не просто загрязняют свои гнезда нашим мусором — они адаптируются к изменившейся городской среде. Исследование 893 гнезд 224 видов птиц из музейных коллекций Австралии показало, что доля гнезд с человеческими материалами выросла с 4% в 1832 году до 30% в 2018-м. Большую часть новых материалов составил пластик.

Создатели Peckable Architecture предлагают изменить не поведение птиц, а среду, в которой они живут. Если город уже стал частью экосистемы, почему бы не сделать его более пригодным для других видов?

В Мельбурне для эксперимента выбрали материалы, которые используют местные птицы, в том числе великолепные расписные малюры и серые веерохвостки. На местах установки кирпичей работают камеры с датчиками движения. Они должны показать, какие виды птиц заинтересуются конструкциями и какие материалы будут уносить.

Подобный подход меняет само представление о городской архитектуре. Здание в таком случае становится не только местом для людей, но и частью среды обитания других видов — с ресурсами, которые животные могут использовать по своему назначению.

И, возможно, для этого не всегда нужны сложные технологии. Иногда достаточно оставить в саду немного коры, веточек, сухой травы и опавших листьев. А вот длинную леску, пластиковые нити и другие материалы, в которых птицы могут запутаться, лучше из окружающей среды убирать.

Окт 8th Эти обои собирают влагу из воздуха и превращают ее в электричество

В основе технологии лежат так называемые влагоэлектрические генераторы (moisture-electric generators, MEG). Их принцип напоминает миниатюрную водяную электростанцию, только вместо реки здесь работает невидимый поток молекул воды из воздуха.

Каждый элемент нового материала представляет собой квадрат размером 2 × 2 см. Его разделили на несколько функциональных зон.

По краям находится глицерин — вещество, которое активно поглощает водяной пар из воздуха. Вода затем перемещается к центральной части, где расположен полимер поливинилпирролидон (PVP). Он удерживает воду сильнее, а структура бумаги в этой области помогает направлять ее движение внутрь.

В центре бумага обработана воском. Он работает как своеобразный клапан: жидкая вода не проходит через него, но водяной пар может выходить наружу. В результате возникает однонаправленный поток: вода поступает из воздуха по краям, перемещается через бумагу к центру и покидает материал в виде пара.

Именно этот постоянный градиент влажности позволяет получать электричество. Взаимодействие воды с компонентами бумаги способствует разделению и перемещению ионов, в результате между участками генератора возникает разность электрических потенциалов. Электроды собирают возникающий электрический ток.

Главное здесь — не просто способность бумаги впитывать воду. Если материал равномерно насытится влагой, градиент исчезнет и генерация ослабнет. Поэтому исследователи специально создали архитектуру, которая поддерживает движение воды в одном направлении.

Один элемент при относительной влажности 80% создавал около 0,34 В, а удельная мощность достигала примерно 2,2 мкВт/см². Авторы отмечают, что такой уровень мощности недостаточен для обычной бытовой техники, но подходит для устройств с очень низким энергопотреблением — например, датчиков окружающей среды, беспроводных модулей и другой электроники интернета вещей.

Чтобы получить практически полезный результат, исследователи соединили 1596 генераторов в единый массив. Такая система смогла обеспечить работу беспроводной клавиатуры. При этом электрические соединения разместили с обратной стороны, чтобы поверхность можно было использовать как обычное настенное покрытие.

То есть речь пока не идет об обоях, которые позволят отключить квартиру от электросети. Их преимущество в другом: поверхность стены потенциально может одновременно быть элементом интерьера, осушителем воздуха и автономным источником микромощности.

У технологии есть еще одна необычная функция. В эксперименте большой массив генераторов снизил относительную влажность в помещении с 38 до 32%. Исследователи предполагают, что в будущем такие покрытия могут частично использоваться для управления микроклиматом помещений, одновременно производя небольшое количество энергии.

Пока до массового применения далеко. Разработчики использовали лабораторную бумагу и экспериментальную конструкцию, а долговечность такого покрытия и стабильность работы в течение длительного времени еще предстоит проверить. Кроме того, количество получаемой энергии остается очень небольшим. Но если научиться эффективно собирать эту энергию на больших площадях, стены, окна и другие поверхности зданий смогут превратиться в распределенную сеть маломощных автономных источников энергии.

Окт 7th «Плавающее пугало» снизило риск гибели морских птиц в рыболовных сетях на 59%

Устройство получило название Looming Eye Buoy (LEB). Оно состоит из буя с шестом и вращающейся верхней частью с изображением глаз. Движение конструкции создает эффект приближающегося объекта и должно отпугивать птиц от места, где установлены рыболовные сети.

Исследователи Университета Эксетера проанализировали данные испытаний, которые проводила компания Fishtek Marine совместно с десятью корнуоллскими рыбаками. На судах установили камеры, чтобы отслеживать присутствие птиц и оценивать эффективность различных способов защиты от прилова.

Помимо LEB ученые испытали коммерческий воздушный змей в форме хищной птицы. Он оказался еще эффективнее: риск попадания птиц в сети снизился на 71%. Оба метода испытывали при промысле жаберными сетями, которые представляют особую опасность для ныряющих морских птиц.

В испытаниях изучали прежде всего кайр и гагарок. Исследование показало также выраженную сезонность прилова: в Корнуолле большинство случаев приходилось на зимние месяцы. Это позволяет использовать отпугивающие устройства в те периоды и в тех местах, где риск для птиц наиболее высок.

По оценке авторов исследования, ежегодно около 95 тыс. ныряющих морских птиц случайно попадают в жаберные сети у побережья Европы и погибают. При этом речь идет об оценке прилова, а не о точном подсчете всех погибших птиц.

Разработка плавучего буя стала результатом восьмилетнего сотрудничества Fishtek Marine и Королевского общества защиты птиц (RSPB). Авторы считают, что такие устройства могут помочь уменьшить прилов без прекращения промысла жаберными сетями, однако дальнейшие испытания должны показать, насколько эффективно они работают в разных условиях и при длительном использовании.

Окт 7th Отходы камыша превратили в материал для очистки сточных вод от красителей

Для получения материала исследователи использовали одностадийный совместный пиролиз — нагрев биомассы вместе с соединениями меди и гидроксидом калия. При этом газы, образующиеся из самой растительной биомассы, помогали восстанавливать соединения меди до металлического состояния, поэтому дополнительные химические восстановители не потребовались. В результате получился композит с развитой пористой структурой и удельной площадью поверхности 984,5 м²/г.

Материал испытали на трех синтетических красителях: метиленовом синем, метилоранже и солнечном желтом. Расчетная максимальная адсорбционная емкость составила соответственно 62,31, 56,37 и 35,76 мг/г. Исследователи связывают способность сорбента захватывать разные типы красителей сразу с несколькими механизмами, включая электростатическое взаимодействие, заполнение пор и связывание с участками, содержащими металлическую медь.

Сорбент также удалось регенерировать. После шести циклов использования эффективность удаления метиленового синего сохранялась на уровне 90,6%, а метилоранжа — 88%. Для восстановления материала использовали раствор гидроксида калия и ацетона.

Предварительная оценка показала стоимость производства около 1800 японских иен за килограмм материала. При этом исследование пока выполнено на лабораторном уровне, поэтому говорить о готовой технологии промышленной очистки сточных вод преждевременно. Авторы рассматривают разработанный композит как потенциально масштабируемый способ одновременно использовать растительные отходы и получать сорбент для очистки промышленных стоков.

Окт 6th Старые кроссовки Nike превращают в напольное покрытие для спортзалов

Материал получают после измельчения обуви с последующим разделением ее компонентов. В Nike Grind могут входить резина подошвы, пеноматериал промежуточной подошвы и материалы верха. По данным Nike, с момента запуска программы в 1992 году было переработано более 70 тыс. тонн производственных отходов и старой обуви.

Один из вариантов применения разработала компания Hero Flooring. Ее линейка Hero Rubber made with Nike Grind предназначена в том числе для фитнес-залов и выпускается в виде рулонов и плитки. В ней используют резину из отслужившей спортивной обуви, без добавления переработанных автомобильных шин.

Самый необычный вариант — покрытие Axis. В нем фрагменты резиновых частей старых кроссовок намеренно остаются заметными на поверхности. Переработанный материал здесь не маскируют, а превращают в часть дизайна. Линейка включает 17 цветовых вариантов.

При этом речь идет не просто о декоративном материале. Для покрытия Axis производитель приводит результаты испытаний спортивных полов: снижение силы удара составило 10,9%, а возврат энергии — 87,3%.

Такая переработка не превращает старую обувь обратно в новый кроссовок, но позволяет сохранить ее материалы в хозяйственном обороте и заменить ими часть первичного сырья. В итоге кроссовки заканчивают свой путь на полу спортзала — там, где новые кроссовки продолжают бегать уже поверх старых.

Окт 5th Тепловизоры и ИИ впервые позволили напрямую наблюдать столкновения птиц с морскими ветряками

Система была установлена на одной из турбин ветропарка Hollandse Kust Zuid в Северном море. Ее разработала компания Wildlife Imaging Systems совместно с Wageningen University & Research при участии энергетической компании Vattenfall. Вокруг турбины разместили 16 тепловизоров: 12 камер следили за пространством под зоной ротора, где можно было обнаружить падающие объекты, еще четыре были направлены вверх и фиксировали движение птиц возле лопастей.

За девять месяцев система записала около 1,34 млн пятиминутных видеороликов и зарегистрировала примерно 1,4 млн траекторий летящих объектов. Алгоритмы машинного зрения классифицировали около 21% из них как птиц, остальные в основном были насекомыми и самолетами. Затем исследователи вручную проверили 782 потенциальные траектории падающих объектов.

В результате ученые выявили 22 возможных столкновения. Два события удалось подтвердить, еще одно классифицировали как столкновение с высокой степенью уверенности. При этом исследователи подчеркивают: эти результаты нельзя трактовать как оценку частоты столкновений для морских ветропарков в целом. Наблюдение проводилось только на одной турбине, а сама система прежде всего тестировалась как технология мониторинга.

Тепловизоры оказались особенно полезны для наблюдения за небольшими перелетными птицами и летучими мышами в темноте. В периоды миграции пиковая интенсивность присутствия птиц в контролируемой зоне превышала 4000 «птице-секунд» в час — то есть суммарное время пребывания птиц в поле наблюдения за час составляло более 4000 секунд.

До сих пор оценивать риск столкновений птиц с морскими ветряками было значительно сложнее, чем на суше. После гибели птица может упасть в море, утонуть или быть унесена течением, поэтому обнаружить останки и подтвердить факт столкновения практически невозможно. Из-за этого оценки во многом строились на математических моделях.

Авторы исследования считают, что постоянное наблюдение с помощью камер может дать необходимые реальные данные для проверки и улучшения таких моделей. Следующим этапом должны стать наблюдения на большем числе турбин, в разных ветропарках и в течение нескольких сезонов.

Окт 5th Почему экосистемам и видам нашей планеты необходим генетический ремонт

Климат нашей планеты стремительно меняется, а многим видам животных и растений угрожает вымирание. В то же время другие виды распространяются благодаря человеку, разрушительно воздействуя на экосистемы. Возможно, в будущем биотехнология позволит воскресить некоторые вымершие виды — например, мамонта. Появился даже специальный термин: de-extinction, или «отмена вымирания». 

Правда, до воскрешения мамонта и других вымерших животных и растений пока еще далеко – возможно, так же, как пока далеко до терраформирования Марса. Но зато ученые предлагают использовать методы генной инженерии и синтетической биологии для сохранения биоразнообразия и борьбы с инвазивными видами. Работа над такими проектами уже ведется в лабораториях. 

Синтезированное биоразнообразие

В 2016 году было опубликовано письмо, авторы которого — специалисты в области синтетической биологии — призвали специалистов по охране природы к сотрудничеству ради сохранения биоразнообразия. Они назвали свой подход синтезированным биоразнообразием и предложили несколько возможных способов применения биотехнологий для спасения видов. Что это за технологии и как они применяются на практике? 

Коралловые рифы, устойчивые к потеплению

Коралловые рифы — это естественные очаги биоразнообразия, сравнимые с лесами. 

Они поддерживают жизнь около миллиарда человек и служат естественной защитой от штормов и наводнений. При этом потепление климата угрожает самому существованию коралловых рифов. Риф — это своего рода сверхорганизм, состоящий из животного — полипа — и живущей с ним в симбиозе водоросли. Кораллы снабжают водоросли неорганическими веществами, а водоросли дают кораллам продукты фотосинтеза. Повышение температуры воды приводит к тепловому стрессу, убивающему водоросли и обесцвечивающему кораллы. Даже если потепление удастся удержать в рамках 1,5°C, к 2050 году может исчезнуть 90% коралловых рифов и связанных с ними экосистем. 

Спасти кораллы способна генная инженерия и направленная эволюция. Ученые из Австралийского института морских наук выявили у кораллов ген HSF1, отвечающий за способность адаптироваться к повышению температуры. Затем они ввели компоненты CRISPR/Cas9 в оплодотворенные яйцеклетки кораллов Acropora millepora, «отключив» этот ген. Личинки с отключенными копиями HSF1 погибали при тепловом стрессе, когда температура воды повышалась с 27 до 34 градусов Цельсия. Напротив, личинки с работающим геном выживали в более теплой воде. 

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, или короткие палиндромные кластерные повторы) — особые участки бактериальной ДНК, иммунная защита, которую археи и бактерии «используют» против вирусов. Между идентичными повторами последовательностей ДНК бактерий находятся отличающиеся друг от друга фрагменты — спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на бактерии. Когда вирус проникает в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью Cas-белков, связанных с CRISPR РНК. Если фрагмент вируса «записан» в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от вируса. В редактировании геномов чаще всего используется система CRISPR/Cas9, то есть система с белком Cas9, но есть и другие Cas-белки. Так, сотни миллионов лет назад «изобретенная» бактериями система позволяет человеку точно и быстро редактировать геномы.

Ученые из этой команды говорят, что пока рано использовать метод редактирования генома для выведения более термостойких кораллов. Однако он может применяться для расширения знаний о биологии кораллов и их реакции на тепловой стресс. Это позволит точнее спрогнозировать будущее рифов в условиях глобального потепления, а также определить риски и преимущества использования биотехнологий для защиты кораллов.

Исследователи из Университета Мельбурна пошли другим путем — на основе собранных в 2010 году образцов симбиотических водорослей вывели культуру, а затем в серии экспериментов модифицировали ее, постепенно повышая температуру воды. Таким образом в лаборатории получилось вывести термостойкие штаммы водорослей, которые затем поместили в личинки кораллов. Три из десяти теплостойких штаммов смогли защитить коралл от обесцвечивания при недельном воздействии 31-градусной температуры. Предполагается, что в дальнейшем такие полипы будут привиты к существующим кораллам в живой природе — если ученым разрешат это сделать.

Апгрейд черноногого хорька

В Северной Америке живет черноногий хорек — родственник нашего степного и лесного хорьков. Этот вид находится на грани вымирания из-за сокращения кормовой базы. Более того, внутри популяции очень низкое генетическое разнообразие. Из 18 особей, спасенных почти 30 лет назад из прерий США, только семь передали свои гены последующим поколениям. «Каждый (ныне живущий) черноногий хорек происходит от семи особей», — говорит Кимберли Фрейзер, представитель Национального центра охраны черноногих хорьков. 

Для решения этой проблемы было предложено ввести в популяцию ДНК, извлеченную из образцов, хранящихся в зоопарках и музеях. В прошлом году генетики секвенировали геномы двух живых хорьков, а также ДНК самца и самки, которые умерли в 1980-х годах и хранятся в криохранилище зоопарка Сан-Диего. Самку Уиллу ученые клонировали, используя замороженные клетки. Ее яйцеклетка была имплантирована в самку домашнего хорька, детеныш которой — самка по кличке Элизабет Энн — стала клоном не оставившей потомков Уиллы.

Черноногому хорьку также угрожает лесная чума, которой он заражается от своей добычи — луговых собачек. Поэтому выращенные в неволе хорьки вакцинируются перед выпуском в дикую природу. Ученые предложили ввести в геном резистентные аллели (варианты генов) домашнего хорька, для которого лесная чума не смертельна, чтобы сделать черноногого хорька более устойчивым к заболеванию. Другое решение — применить генную инженерию для активации врожденных аллелей. Второй подход — добавить устойчивые к чуме аллели домашнего хорька в геном черноногого хорька. 

Защита каштанов от инвазивного грибка

Американский каштан зубчатый некогда был широко распространен на востоке США и Канады. Благодаря быстрому росту и устойчивой к гниению древесине американский каштан может помочь в запуске проектов связывания углерода, которые используют для сокращения выбросов. Проблема в том, что сто с лишним лет назад в США были интродуцированы японский каштан городчатый и китайский каштан мягчайший, а вместе с ними завезен паразитический грибок Cryphonectria parasitica. Азиатские каштаны к этому грибку устойчивы, а вот для американского каштана он оказался губителен, вызывая у него болезнь эндотиоз. К середине 20 века исчезло 90 процентов американских каштанов. 

В 1990 году генетики Уильям Пауэлл и Чарльз Мейнард из Университета штата Нью-Йорк создали каштаны, устойчивые к болезни, с помощью старой доброй генной инженерии, а точнее трансгенеза. Они вставили в геном каштана ген пшеницы, кодирующий фермент оксалатоксидазу, который расщепляет щавелевую кислоту, выделяемую грибком. 

В трансгенезе применяются вирусные векторы или векторы на основе плазмид бактерий, посредством которых в геном клетки вставляются нужные гены. Таким образом организм приобретает свойства, передающиеся его потомкам. 

Продолжением экспериментов занимается команда ученых, возглавляемая Эндрю Ньюхаусом. Ими были выведены деревья, устойчивые к патогенному грибку и это качество наследуется. По словам Пауэлла, некоторые деревья оказались даже более устойчивы к грибку, чем их азиатские родственники. Длительные наблюдения показали, что плоды трансгенных каштанов не отличаются от обычных, а их пыльца, цветы и опавшие листья не наносят вреда насекомым, лягушкам и грибам. Тем не менее, модифицированные каштаны изолированы от окружающего мира двойной оградой и слоем специального пластика, чтобы не допустить разнесения пыльцы. 

Борьба с инвазивными видами 

Инвазивные виды разрушительны для сформировавшихся за миллионы лет экосистем. Избавление от них — сложная и малоприятная задача, ведь требуется уничтожить сотни тысяч, а то и миллионы особей. Например, таких, как инвазивные виды грызунов или бабочка-огневка на черноморском побережье России, уничтожившая местные самшиты. 

Но благодаря генной инженерии появился сравнительно более гуманный способ — технология генного драйва, которая не убивает каждую отдельную особь, а уничтожает популяции инвазивных видов, делая их бесплодными. Генный драйв распространяет в популяции набор определенных генов, предотвращающих ее распространение. В отличие от обычного наследования признаков, наследование под влиянием генного драйва стопроцентное по отношению к заданному признаку. 

Потенциально его можно использовать на любых организмах с половым размножением и непродолжительным временем жизни — от комаров до млекопитающих. На млекопитающих — лабораторных мышах — технология была испытана в 2019 году. 

С помощью генного драйва можно уничтожить не только инвазивные виды, но и лишить способности переносить вирус таких переносчиков болезней как малярийный комар. Сейчас такие опыты проводятся в Италии. В контролируемом лабораторном помещении выпускаются особи комаров с отредактированным геномом, которые скрещиваются с обычными особями. Их потомство несет этот ген, снова скрещиваясь с другими особями — так ген, а значит, и кодируемый им признак, распространяется в популяции. 

Риски 

Экологи и некоторые исследователи опасаются, что такие усилия по исправлению ошибок прошлого могут больше навредить, чем помочь. Если генный драйв выйдет из под контроля, гены распространятся за пределы популяции-мишени, вызвав так называемое генетическое загрязнение. Воображение рисует апокалиптические картины крушения экосистем. На технологию даже предлагалось наложить мораторий. 

Несколько известных биологов, среди которых Джейн Гудолл, знаменитая исследовательница шимпанзе, в 2016 году подписали открытое письмо в котором предостерегают, что использование генного драйва дает «возможность вмешиваться в эволюцию, определять судьбу целого вида, резко изменять экосистемы и вызывать крупномасштабные изменения окружающей среды способами, которые раньше считались невозможными». 

Сторонники применения технологии утверждают, что такой вариант развития событий маловероятен. Как показывают некоторые исследования, генный драйв может встретиться в природе с резистентностью. В большой популяции могут быть особи, обладающие устойчивым к драйву генотипом. Размножаясь, они будут распространять устойчивость к генному драйву.

Кроме того, уже существует своего рода встроенный контроль этой технологии. Молекулярные биологи из Калифорнийского технологического института в Пасадене разработали метод, при котором «генный драйв» начинается только тогда, когда число модифицированных особей в популяции достигает определенного порога. Поэтому особи из других популяций не смогут запустить этот процесс. В популяции, в которой применен генный драйв, его можно будет остановить, добавив в нее не модифицированные особи.

В начале этой статьи была упомянута идея терраформинга Марса. Для терраформинга Красной планеты понадобилось бы создать целую новую биосферу с системой постоянного мониторинга и контроля. Виды в этой биосфере отличались бы от земных, даже если бы создавались на их основе — поскольку они должны быть адаптированы к марсианским условиям. При этом сами эти новые организмы в свою очередь помогали бы преобразовать Марс. Земля, какой мы ее знаем, это и есть ее биосфера. Истощение биосферы превращает Землю в некотором смысле в другую планету — в менее разнообразную и пригодную для жизни. Но пока до колонизации Марса далеко, а вот залатать бреши, пробитые в биосфере Земли человеческой деятельностью нужно уже сейчас. Возможно, со временем на основе биотехнологий будет создана целая система глобального ремонта видов, а значит, и экосистем.

Сен 29th Американское агентство по охране окружающей среды отменило нормы по выбросам электростанций

Отмененные требования распространялись, в частности, на существующие угольные, нефтяные и газовые электростанции, а также предусматривали нормы для некоторых новых и модернизируемых объектов. В EPA заявили, что прежние правила были слишком дорогими и могли привести к досрочному закрытию электростанций. По оценке ведомства, их отмена позволит сократить расходы более чем на $300 млрд.

При этом EPA предложило пойти дальше и полностью отказаться от оставшихся стандартов выбросов парниковых газов для электростанций в рамках раздела 111 Закона о чистом воздухе. Это пока не окончательное решение: предложение должно пройти установленную процедуру рассмотрения и обсуждения. Ведомство также предлагает пересмотреть свои прежние выводы о полномочиях EPA регулировать выбросы электростанций в связи с изменением климата.

Последствия решения могут быть значимыми для выбросов США. По оценке самого EPA, отмена уже действовавших требований приведет к дополнительным выбросам примерно 123 млн тонн углекислого газа за десять лет. В 2024 году администрация Байдена, напротив, рассчитывала с помощью этих норм сократить выбросы энергетического сектора примерно на 1 млрд тонн в течение 30 лет.

Решение касается именно регулирования выбросов парниковых газов электростанциями и не означает отмены всех экологических требований к ним: другие нормы по загрязнению воздуха продолжают действовать. EPA обосновывает изменения необходимостью обеспечить более дешевую и надежную энергетику, тогда как экологические организации и сторонники прежних правил считают, что ослабление регулирования приведет к росту выбросов и затруднит сокращение вклада энергетики в изменение климата.

Сен 29th Ученые напечатали на агаре живую плату из бактерий

Основой системы стала бактерия Pantoea agglomerans, которая обычно обитает на поверхностях, в том числе на растениях. Исследователи создали два ее варианта, работающих как транзисторы, и еще три штамма, выполняющих роль промежуточных «реле». В электронной схеме транзистор управляет прохождением электрического сигнала, а здесь бактерии управляют движением небольших сигнальных молекул.

Для создания схемы колонии бактерий печатали на поверхности с агаром — питательной средой. Соседние колонии размещали примерно в 5 мм друг от друга. Такое расположение позволяло химическому сигналу передаваться от одной колонии к следующей, формируя заданный путь распространения информации. При этом менять саму генетическую конструкцию бактерий для создания новой схемы не требовалось — достаточно изменить расположение колоний.

Исследователи продемонстрировали несколько типов логических операций, а также более сложные схемы — демультиплексор и сумматоры. Самая крупная экспериментальная схема состояла из 24 бактериальных колоний и могла складывать два входных сигнала.

До обычной электроники такой системе пока далеко: на выполнение одного вычисления ей требуется около восьми часов. Но ученые и не рассматривают бактерии как замену компьютерам. Их задача — встроить вычисления непосредственно в живые системы. Например, в будущем подобные схемы можно будет размещать на корнях или листьях растений, чтобы они распознавали засуху, атаку вредителей или другие виды стресса и запускали ответную реакцию.

Иными словами, исследователи движутся к компьютеру, который не просто работает рядом с живым организмом, а сам является частью биологической системы.