Природа на стороне России: Как воспользоваться глобальным потеплением

Природа на стороне России: Как воспользоваться глобальным потеплением
Фото: BigRoloImages / Shutterstock.com

Изменение климата может привести к снижению роли Суэцкого канала в пользу Северного морского пути. А впоследствии – к уничтожению европейского сельского хозяйства

Существует как минимум три совершенно разные научные точки зрения о современном изменении климата. Самая популярная в последнее время основана на концепции фатальных последствий вмешательства человека в окружающую среду. В соответствии с ней приняты Киотский и Парижский протоколы, ведется борьба за снижение выбросов парниковых газов и прочего загрязнения.

Против выступают историки, геологи, гляциологи и некоторая часть климатологов. Они не без оснований указывают, что в истории планеты было минимум два ледниковых периода и три, включая нынешнее, глобальных потепления – хотя в два прошлых раза промышленность на Земле отсутствовала полностью.

Третья группа специалистов указывает на цикличность процессов климатических температурных колебаний с периодом порядка 25-27 тысяч лет. Последний ледниковый период, по их мнению, закончился около 18 тыс. лет назад, следовательно, процесс находится в нисходящей части цикла и все идет к новому глобальному оледенению.

Впрочем, как все обстоит на самом деле в долгосрочной перспективе, точно не знает никто. А вот в последние десятилетия в мире явно становится теплее, и масштаб перемен давно перешел из сферы чисто академического интереса в актуальную экономическую, а следовательно и политическую проблему.

Фото: David Greitzer / Shutterstock.com

Льды тают

В научном журнале Science Advances вышла статья, посвященная феномену усиления морозности зим в Сибири по мере ускорения потепления в Арктике. Ученые объясняют этот парадокс изменением маршрутов движения воздушных масс и ускорением переброса холода из полярных областей в сторону экватора. Они полагают, что обнаруженный эффект будет носить временный характер и в конечном итоге сойдет на нет. Другое дело, что Арктика действительно тает, площадь ее ледяного покрова сокращается, причем темпы этого процесса с 2010 года выросли вдвое. А самое главное, если в середине прошлого века навигация вдоль северного побережья Евразии по чистой воде составляла всего 10-11 недель в году, то в настоящий момент судоходство обычными кораблями без ледокола возможно на протяжении трех месяцев, судами ледового класса – на протяжении пяти, а с ледокольным сопровождением – круглогодично.

Таким образом, открывается альтернативный вариант постоянной логистической линии между Дальним Востоком и Европой. Сегодня в Китае и Юго-Восточной Азии сосредоточено более половины всего мирового производства промышленных и две трети потребительских товаров.

К примеру, 40% всей обуви на планете в 2016 году было сшито в Китае. Там же выпускается четверть всех тканей, в том числе треть хлопчатобумажных. Каждая вторая футболка на планете – малазийская или сингапурская. В то время два из трех существующих крупнейших потребительских рынков находятся «на другом конце планеты». С США ясно, а вот кратчайший путь в Европу лежит через Арктику.

На Суэце пробки

На данный момент абсолютное большинство грузоперевозок на планете осуществляется морем. Корабль, конечно, идет сильно медленнее не только самолета, но и фуры, однако и груза он берет куда как больше. Именно это делает морской транспорт самым дешевым в мире.

В 1985 году морские суда перевезли в сумме 3 млрд т грузов, через пять лет уже 4 млрд, а в 2000 году объем перевалил за 5,1 млрд. Сейчас они ежегодно доставляют около 7 млрд тонн, 47% из которых идут из Азии в Европу.

Фото: www.globallookpress.com

Пока основным вариантом маршрута является путь через Средиземное море и Суэцкий канал. Помимо разных политических сложностей, например, угроз Ирана перекрыть всякое движение в Красном море и пиратства в районе Африканского рога и в Малаккском проливе, главной проблемой служат вечные пробки в самом канале.

Построенный еще в 1869 году, технически он позволяет пропускать до 20 тыс. судов в год. Абсолютный рекорд – 21 170 кораблей – был поставлен в 2008 году. В сутки через Суэц проходит в среднем 48 бортов. Даже с учетом высокого качества организации процесса, при возникновении заторов ожидание проводки может занимать более двух суток.

И даже в таких условиях по этому маршруту проходит более 10% всего мирового судоходства. Власти Египта пытаются повысить пропускную способность артерии путем ввода в эксплуатацию второй параллельной судоходной ветки, строительство которой закончено в июле 2015 года. Египтяне обещают сократить ожидание до трех часов и увеличить оборот до 97 кораблей в сутки.

Через север быстрее

Скорее всего, это у них получится, но даже в случае полного успеха новая ветка никак не может повлиять на другой важный параметр логистической линии – ее протяженность.

Возьмем в качестве примера путь из японской Йокогамы до голландского Роттердама. В традиционном варианте, через Тихий и Индийский океаны, Красное и Средиземное моря, потом еще немного через Атлантику выходит 12 500 морских миль, или 33 дня в пути. И это при условии, что вы идете через Суэц, то есть проходите по требованиям канала к размеру судна. Ибо почти 240 судов в сутки в нормативы не укладываются и вынуждены топать вокруг Африки, что увеличивает протяженность маршрута до 46 дней.

Фото: www.globallookpress.com

Благодаря глобальному потеплению и решительному улучшению условий судоходства по Северному морскому пути (СМП) у Суэцкого канала появилась серьезная русская альтернатива. Из той же Йокогамы в Роттердам по нему всего 7300 морских миль и только 20 суток ходу. Аналитики The Washington Post отмечают, что даже одни эти цифры изменят всю картину мировой логистики.

Ключевых преимуществ СМП предлагает ровно три. Во-первых, время в пути становится на треть меньше, что критически важно для поставок скоропортящихся и замороженных грузов, а также одежды и обуви, продающихся сезонными коллекциями. Одной только одежды в мире продается на 3,5 трлн долларов в год, и сокращение сроков доставки позволит снизить обязательные объемы складских запасов готового товара примерно на 600-800 млрд долларов, что даст существенную экономию в оборотных средствах и станет очень сильным стимулом к переходу на новый маршрут.

Во-вторых, через российский Север доставка обходится дешевле. Каждая неделя хода крупного сухогруза требует примерно 500 тысяч долларов эксплуатационных расходов, что по северному маршруту уже само по себе обеспечивает экономию примерно в миллион на один переход.

С учетом других статей экономии средняя стоимость доставки стандартного морского контейнера (TEU) обходится примерно на 11% дешевле, а вместе с непрямыми эффектами, например, уже упомянутой возможностью не держать складской запас, общая экономия достигает примерно четверти нынешних издержек.

Ну и в-третьих, СМП для судоходства безопасен полностью, тогда как традиционная линия проходит через два района с определенным уровнем риска нападения пиратов. Борьба с ними, конечно, ведется, но полного успеха не дает. В результате судовладельцы вынуждены дорого платить за страховку и в дополнение к ней нанимать вооруженную охрану, каждый день услуг которой стоит от 3 до 6 тысяч долларов. Одна только Moran Security Group, специализирующаяся на такого рода услугах, в 2012 году обеспечивала охрану судов на протяжении 3000 дней...

Общий рынок охраны от пиратства оценивается в 2,2 млрд долларов в год. А в российских водах пиратов нет. Совсем. И не будет. И воды эти простираются практически до самой Европы, где судоходство также безопасно.

Потепление нам на пользу

Получается, что глобальное изменение климата явно идет на руку России. За счет развития СМП мы получаем отчетливую перспективу формирования стабильной международной логистической линии, по объему грузов и, стало быть, по финансовому эффекту по меньшей мере не уступающую масштабам Суэцкого канала. А то и несколько, самую малость, примерно раза так в полтора-два его превосходящую.

Если очень грубо, транспортные издержки обычно составляют до 10% общей стоимости груза. Одна только перспектива выйти на перевозку через СМП порядка 800 тысяч TEU в год сулит получение дохода до одного миллиарда долларов, а с учетом прочих грузов – до 1,8 млрд долларов ежегодно. Это, конечно, заметно меньше 37 млрд долларов экспортной выручки за газ, однако является хорошим дополнением к объему несырьевых доходов российской экономики.

Кроме того, это новые ледоколы, рабочие места в обслуживающей инфраструктуре, обеспечение связи и многое другое, в целом являющееся серьезным драйвером экономического роста. И все благодаря потеплению.

Фото: www.globallookpress.com

Впрочем, одним лишь судоходством в северных водах вопрос не ограничивается. Даже если не считать объемы возможной добычи на новых месторождениях нефти и газа, ставших доступными благодаря отступлению льдов, для России в целом как страны с традиционно непростым климатом результат обещает положительные перемены. Например, площадь пахотных земель, находящихся в зоне благоприятного климата, у нас уже постепенно растет – и при продолжении роста среднегодовой температуры увеличится в 2-3 ближайших десятилетия почти в 2 раза.

Генерал Ледник

Важно отметить, что последнее критично не просто само по себе. Прогнозы климатических изменений тесно связаны с таянием ледников, а значит повышением уровня Мирового океана. NASA и Национальное управление океанических и атмосферных исследований США на основании данных спутникового мониторинга считают, что рост уровня воды составляет 3,1 мм в год. На первый взгляд – сущие пустяки, но сейчас в зоне риска находится несколько очень крупных ледяных массивов: по прогнозу ООН, в течение ближайших ста лет океан поднимется на 6,4 метра.

Для справки: Венеция и Астрахань находятся всего на 1 метр выше нынешнего океана, Калининград и Одесса — на 2 метра, Пиза и Брюгге — на 3, Владивосток и Бангкок — на 4, Шанхай и Санкт-Петербург — на 6, Сочи — на 9 метров. Скажем, от Австралии останется примерно 75%, а остальную часть континента, от Аделаиды до озера Эйр, займет внутреннее море.

В этой перспективе полностью уйдут под воду Нидерланды. Превратятся в острова Норвегия, Швеция, Финляндия, Дания; Британские острова превратятся в небольшой архипелаг. Одним сплошным морем станет подавляющая часть Франции. То есть пропадет один из ведущих регионов производства продовольствия, обеспечивающий сейчас до трети мирового потребления.

Вряд ли будет большим преувеличением предположить, что спрос, а значит и цены, на еду вырастут. Тем самым открывая хорошие перспективы для сельского хозяйства в России.

Впрочем, перспективы – это лишь возможность, которую еще только предстоит превратить в осязаемое преимущество. Работы потребуется много. Но гораздо хуже, когда работы нет. А значит, в будущее можно смотреть с уверенностью. Природа работает на Россию: во времена сухопутных войн – с помощью генерала Мороза, в эпоху глобализации – через глобальное потепление.

Источник ➝

Как исправить человека. CRISPR/Cas9: новейшая система генной модификации, которая обещает изменить нашу жизнь

Фантастические, пугающие многих истории о вмешательстве в человеческий геном долгие годы оставались именно фантастическими. Практичных методов изменить ДНК, с добрыми или иными намерениями, не существовало. Но теперь такой метод есть: заимствованная у бактерий система CRISPR/Cas9 позволяет вести генетическую модификацию любых организмов с такой точностью и эффективностью, о которой прежде можно было лишь мечтать. И вот уже китайские медики объявили о планах первого целенаправленного редактирования ДНК человека.
Вмешательство в наш геном уже не фантастика. Но так ли это пугает?
photo_2018-02-12_14-33-21

Иммунитет

– естественный «иммунитет» бактерий, биохимическая система защиты от вирусов, которая требуется одноклеточным организмам, неспособным поддерживать такую сложную иммунную систему, как наша. Первые намеки на ее существование были найдены еще в конце 1980-х, когда Йошизу­ми Исино и его коллеги исследовали обыкновенную кишечную палочку, точнее говоря, один ее малопримечательный ген (iap). 

На всякий случай японцы секвенировали его последовательность вместе с участками по бокам от него: может, там будут какие-то фрагменты, участвующие в регуляции активности iap?.. Вместо этого биологи обнаружили в ДНК длинные последовательности повторяющихся, совершенно идентичных повторов длиной ровно 29 нуклеотидов. Между ними – как сухие растения между листами бумаги в гербарии – оказались «проложены» короткие фрагменты длиной по 32 нуклеотида, которые не повторялись никаким образом. 

Строение нуклеотидов / ©wikipedia

Позднее эту странную часть ДНК назвали «регулярно сгруппированные, разделенные короткие палиндромные повторы» – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. В остальном работы над ними надолго остановились, хотя многие ученые заинтересовались загадочными участками хромосомы, а некоторые даже рассуждали об их роли. Функциональное значение CRISPR оставалось загадкой, да и особенных прорывов никто от них не ждал: «Биологическое значение этих последовательностей неясно», – написал тогда Исино с соавторами. 

Однако во второй половине 1990-х начался настоящий бум секвенирования. Установить последовательность ДНК становилось все проще, и геномы все новых и новых организмов стали пополнять компьютерные базы данных и анализироваться со всех сторон. Таинственная – и вроде бы бессмысленная, совершенно не похожая ни на какой ген – последовательность CRISPR обнаруживалась у бактерий повсеместно. Нидерландский биолог Рууд Янсен заметил, что они всегда соседствуют с генами одних и тех же белков. Функции их тогда были тоже неизвестны, и их назвали просто «белками, ассоциированными с CRISPR» (CRISPR-Associated Proteins, Cas). 

Упрощённая схема строения CRISPR / ©wikipedia

И лишь в 2005 году сразу три группы исследователей сообщили, что уникальные участки CRISPR – это фрагменты вирусных геномов. «Тут у меня что-то щелкнуло», – вспоминал впоследствии всемирно известный биоинформатик и эволюционист Евгений Кунин. К тому времени он уже несколько лет бился над загадкой CRISPR – и, наконец, его озарило: эта ДНК может быть частью противовирусной защиты бактериальной клетки. 

Эта идея понравилась микробиологу Родольфу Баррангу, который в то время работал в компании Danisco, производящей йогурты. В этом бизнесе вирусная эпидемия среди молочнокислых бактерий способна принести серьезные убытки, и исследователь искал методы защиты от нее. Чтобы проверить гипотезу Кунина, он заразил стрептококков Streptococcus thermophilus двумя штаммами бактериофагов. Большинство бактерий погибло, однако выжившие оказались довольно устойчивы к этим вирусам. Секвенировав их ДНК, ученые подтвердили: в ней появились следы встречи.

Инструмент

Дженнифер Дудна и Блейк Виденхефт взялись за изучение структуры белков Cas: к этому моменту выяснилось, что они выполняют роль нуклеаз, то есть разрезают ДНК. Несмотря на все находки, значение открытия по-прежнему было неясным: «У вас нет никакой определенной практической цели, – объясняла Дудна работавшему в ее лаборатории Виденхефту. – Важно лишь понять, как это работает». Но по мере работы выяснились многие удивительные детали. 

CRISPR – это, действительно, нечто вроде гербария, каталог, в котором бактериальная клетка сохраняет образцы, фрагменты геномов вирусов, с которыми доводилось сталкиваться ей или ее предкам. Пользоваться этим каталогом могут специальные белки, ассоциированные с CRISPR (CRISPR-Associated Proteins, Cas). Ориентируясь на эти образцы, они быстро распознают новые вирусные гены и разрезают их, выводя из строя. 

©Depositphotos

Биолог Карл Циммер объясняет работу системы CRISPR/Cas так: «По мере того, как область CRISPR заполняется вирусной ДНК, она становится ключевой «галереей» в клетке, где представлены «портреты» микробов, с которыми бактерии доводилось встречаться. Впоследствии эта вирусная ДНК может использоваться для «наведения» точного орудия Cas-белков». 

Для этого бактериальная клетка синтезирует на сохраненных фрагментах ДНК короткие образцы, молекулы РНК. Каждый из этих РНК-«гидов» (гРНК) связывается с белком Cas, способным разрезать ДНК, подходящую под этот образец. Эти комплексы постоянно патрулируют клетку, отслеживая появление любой ДНК и сопоставляя ее с гРНК. Если совпадение есть, двойная спираль ДНК тут же разрезается на части и инактивируется. «Как только мы осознали Cas в качестве программируемых, разрезающих ДНК ферментов, произошел интересный момент, – вспоминала впоследствии Дженнифер Дудна. – Мы воскликнули: «Боже, да это же может быть инструментом!»» 

Сегодня определено целое семейство белков Cas, но наиболее изученным и освоенным оказался протеин Cas9, выделенный из бактерий Streptococcus pyogenes – возбудителей скарлатины. Именно он лег в основу новейшей методики генетической модификации живых организмов CRISPR/Cas9, методики, обещающей невиданный прорыв в биотехнологиях, сельском хозяйстве и медицине.

Палиндромы в ДНК: A. Палиндром, B. Кольцо, C. Стебель / ©wikipedia

Модификация

В самом деле, белок Cas9 – это нуклеаза, то есть фермент, разрезающий ДНК. Для любого метода генетической модификации – удаления или добавления целевых активных генов в организм – эта способность играет ключевое значение. Чтобы копировать и вставлять, нужно вырезать, причем делать это в строго определенном месте. До сих пор с точностью у генетиков были проблемы. 

Вспомним, что молекула ДНК – это, по молекулярным меркам, невероятно длинная цепочка, общая длина которой в каждой хромосоме каждой нашей клетки достигает порядка сантиметров. Разнообразием этот полимер не отличается, состоя всего из четырех разных звеньев: аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц), которые повторяются миллионы и миллионы раз. Найти в этом однообразии именно нужный участок неимоверно сложно. 

Кристаллическая структура S. aureus Cas9 в комплексе с сгРНК и её целевой ДНК / ©wikipedia

Долгое время в распоряжении генетиков имелись лишь системы с нуклеазами, которые распознавали короткие участки – например, четыре нуклеотида АТЦЦ или ТГЦА, – которых на протяжении цепочки могут встречаться десятки и сотни. В результате разрезы производились в случайном из этих мест, и лишь кропотливая работа позволяла отобрать клетки, в которых этот процесс прошел в нужном участке генома. В отличие от них, вооруженный гРНК белок Cas9 распознает фрагмент длиной с эту РНК – около 20 нуклеотидов. Такие участки уже, как правило, вовсе не повторяются в ДНК даже высших организмов. 

Более того, сама структура комплекса Cas9 с гРНК определяет простоту работы с ней. Достаточно открыть в компьютере базу с ДНК нужного организма, найти фрагмент, который должен быть разрезан, и синтезировать молекулы гРНК с той же последовательностью оснований (и заменой тимина, роль которого в РНК играет урацил, У). Cas9 – нуклеазы неразборчивые и будут резать ДНК где угодно, лишь бы гРНК совпала. 

Кристаллическая структура Cas9, связанного с ДНК / ©Nature

В отличие от этого, системы генетической модификации предыдущих поколений требовали долгой работы по проектированию и синтезу ферментов-нуклеаз, способных распознавать определенные участки ДНК. Например, методы с использованием связывающихся с ДНК «цинковых пальцев» ZFN (Zinc Finger Nuclease) или белков TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) теоретически позволяют работать с еще более длинными фрагментами ДНК. Однако для каждой конкретной задачи их приходится проектировать отдельно.  Наконец, CRISPR/Cas9 универсален по отношению к разным видам модифицируемых организмов. Метод прост и эффективен и, по крайней мере, теоретически с одинаковым успехом подходит для получения риса с повышенным содержанием витамина А или лосося, набирающего массу вдвое быстрее обычного, для внесения новых генов или замены дефектных у племенных лошадей и людей… Но прежде чем перейти к людям, давайте «потренируемся на кошках». А лучше – на мышах.

Мыши, люди и все-все-все

Представим, что нам требуется получить мышей-альбиносов, чтобы изучить, как влияет это состояние на здоровье разных систем организма у людей. Для этого следует «выключить» обе копии гена, связанного с синтезом пигмента меланина. Если мы привержены традиционным подходам к генетической модификации (кстати, по большей части тоже заимствованным у бактерий), то нам стоит запастись терпением. 

Для начала нам следует синтезировать «ген альбиносости» и получить мышиные эмбрионы на самых первых этапах развития. Затем в их ядра через тончайшую полую стеклянную иглу внести новую ДНК. В делящихся клетках происходит рекомбинация – обмен гомологичными участками хромосом – так что, трижды сплюнув, будем надеяться, что она захватит и нужный нам фрагмент. Методом проб и ошибок, бесконечными повторами и отбраковыванием мы можем получить мышей, которые получили одну копию «гена альбиносости» и оказались способны передать ее потомству. Затем, скрещивая таких животных, рано или поздно мы добьемся рождения особей с заменой обеих копий. Можно выжидать, а лучше сразу переходить на CRISPR/Cas9. 

Лабораторная мышь-альбинос / ©National Geographic

Действительно, чтобы получить тех же мышей-альбиносов, достаточно найти пограничные участки нашего целевого гена и синтезировать для них гРНК, после чего ввести в эмбрион вместе с белками Cas9 и ДНК нового гена. Подхватив гРНК, нуклеазы Cas9 разрежут обе копии гена по краям, после чего в дело включатся клеточные системы репарации, ответственные за поддержание целостности генома. 

Это чрезвычайно ответственная задача, поэтому белки репарации действуют быстро и даже грубо. Обнаружив повреждение ДНК – тем более такое опасное, как двухцепочечный разрез, – они готовы подхватить первый попавшийся кусок ДНК, буквально «затыкая» образовавшуюся брешь. Так что если в клетке окажется достаточно нужных нам фрагментов, в место, разрезанное белками Cas9, будут встроены они. 

Недаром за прошедшее с момента открытия CRISPR/Cas9 генетическая модификация совершает прорыв за прорывом. Громкое заявление китайских биологов – тому лишь один из примеров. КНР остается страной с одним из самых мягких законодательств в области генной инженерии. Даже в Великобритании, где разрешены эксперименты по применению CRISPR/Cas9 на человеческих эмбрионах, получившихся химер требуется уничтожать в возрасте не старше 14 суток. В Китае дозволяется куда больше. 

Такие работы невероятно перспективны: буквально в последние годы показано, что CRISPR/Cas9 позволяет редактировать гены даже во взрослом организме, очищая ДНК Т-лимфоцитов от заразившего их ВИЧ. А в том же Китае ученые (не слишком успешно) пытались получить эмбрионы, устойчивые к этой инфекции. Теперь же речь идет о борьбе с раком. Для этого медики планируют отредактировать ДНК тех же Т-лимфоцитов – точнее говоря, ген белка PD-1, который в норме держит их под контролем. 

Т-лимфоцит / ©wikipedia

Строение вируса иммунодефицита человека / ©wikipedia

Активный ген PD-1 блокирует способность Т-лимфоцитов атаковать собственные клетки организма и предотвращает развитие аутоиммунных заболеваний. Однако в случае рака такая способность пришлась бы очень к месту, и ученые собираются, забрав клетки у реальных онкологических больных, изменить ген PD-1 с помощью CRISPR/Cas9 (теперь мы в общих чертах понимаем, как это можно сделать). Вернув в организм эти лимфоциты, авторы ожидают, что те начнут размножаться и атаковать опухоль. 

Рак и ВИЧ – лишь пара громких примеров. Однако в будущем CRISPR/Cas9 и генетическая модификация позволят избавиться от множества других болезней. Тем более что множество тяжелейших состояний связаны с нарушением в работе всего одного гена: их, видимо, исправить будет куда проще, чем вылечить тот же рак. В отличие от них, доброта и ум, красота или спортивные способности – продукт работы массы разных генов, воспитания и других факторов среды. Так что CRISPR/Cas9 принесет лишь пользу, а использовать ее во вред вряд ли получится. Разве что просто попугать. 

Колония на Марсе к 2050 году: построит ли Илон Маск город на Красной планете

Загружается...

Картина дня

))}
Loading...
наверх