Остаются вопросы: 5 удивительных явлений природы, которым наука до сих пор не нашла однозначного объяснения

Массовые миграции бабочек монархов

Каждую осень бабочки монархи (Danaus plexippus) преодолевают 4-5 тыс. километров, мигрируя с юго-востока Канады и северо-востока США в Мексику. После зимовки они выводят потомство и умирают. Новое поколение бабочек отправляется в обратный путь весной, но домой добираются уже их внуки, а на юг следующей осенью летит четвертое поколение бабочек монархов, если вести отсчет с поколения, рожденного весной. Эти бабочки живут примерно в восемь раз дольше представителей трех других поколений, но и они летят в места, в которых никогда не бывали. Как же они находят дорогу?

Примерная схема ежегодных миграционных маршрутов монархов в Северной Америке с указанием поколений. Миграция монархов, живущих на западе континента устроена проще. Иллюстрация: National Park Service, Public domain, via Wikimedia Commons

Системные исследования миграции монархов начались в середине XX века стараниями канадского зоолога Фреда Уркухарта и его супруги Норы. С тех пор их коллеги смогли раскрыть многие тайны миграции бабочек монархов, но некоторые вопросы пока не нашли однозначного ответа.

Существует несколько гипотез, объясняющих способность монархов к ориентированию. Одна из самых популярных теорий гласит, что бабочки ориентируются по солнцу, используя в качестве своеобразного компаса биологические часы, которые работают на основе циркадных ритмов, что помогает бабочкам поддерживать нужный курс в течение дня с учетом движения солнца по небосводу. Другие исследования показали, что вдобавок монархи обладают и встроенным магнитным компасом, который позволяет бабочкам ориентироваться даже в пасмурную погоду.

Фото: Shutterstock/Fotodom.ru

Среди версий, объясняющих умение монархов следовать маршруту, которым они летят первый и единственный раз в жизни, также можно упомянуть гипотетические механизмы наследственной передачи знаний о маршрутах миграции, а также предположение о том, что по пути бабочки оставляют химические метки, по которым ориентируются их потомки.

Скорее всего, успешно совершать миграции бабочкам монархам позволяет использование сразу нескольких встроенных навигационных систем, но до конца в их устройстве наука еще не разобралась. При этом не так давно выяснилось, что рожденные в неволе монархи теряют навыки миграции.

Голубое свечение океана

Голубое свечение океана — пример биолюминесценции (способности живых организмов излучать свет) и одно из самых красивых природных явлений. Мерцающее синеватое свечение, которое порой возникает на поверхности воды, наблюдается в разных местах, но чаще всего — в северо-западной части Индийского океана. Порой свечение принимает такие масштабы, что его можно увидеть даже с орбиты.

Фото: Shutterstock/Fotodom.ru

О том, что свечение океана вызывают одноклеточные динофлагелляты, названные ночесветками (Noctiluca scintillans), стало известно еще в XVIII веке, когда наблюдения в микроскоп показали, что эти крошечные существа диаметром несколько миллиметров начинают светиться в ответ на механическое или химическое раздражение. Однако разобраться в природе биолюминесценции ночесветок и других светящихся существ удалось много позже, а о том, как и для чего когда-то возникла биолюминесценция, ученые спорят и по сей день.

Важный вклад в изучение биолюминесценции в конце XIX века внес французский биолог Рафаэль Дюбуа, который экспериментировал со светлячками и установил, что светится они начинают, когда содержащееся в их теле вещество, которое ученый назвал люциферином, окисляется при контакте с кислородом в присутствии особого белка — люциферазы. С тех пор другие ученые, включая морских биологов, установили, что аналогичные реакции с участием веществ-люциферинов и белков-люцифераз вызывают свечение и других существ, включая некоторых насекомых, рыб, кальмаров, медуз и т. д.

Кальмар-светлячок. Фото: Adisha Pramod via Legion Media

Сегодня живые организмы используют биолюминесценцию в различных целях: для охоты, защиты, маскировки и коммуникации. Однако когда и как именно она возникла, до сих пор неясно. Например, одна из гипотез предполагает, что изначально этот механизм позволял клеткам избавляться от излишков энергии при окислении липидов.

По другой версии, анаэробные бактерии научились выбрасывать в виде света энергию, выделяемую при окислении опасного для них кислорода, когда этот газ появился в земной атмосфере. Впоследствии эволюция нашла биолюминесценции другое применение.

Розовая вода в озере Хиллиер

Соленое озеро Хиллиер, расположенное на острове Мидл-Айленд архипелага Решерш у южного побережья Австралии, давно привлекает внимание туристов и ученых необычным розовым цветом воды.

Фото: Shutterstock/Fotodom.ru

Отделенное от океана узкой полосой суши и окруженное эвкалиптами озеро было открыто в 1802 году британским мореплавателем Мэтью Флиндерсом, который отметил его необычный цвет наравне с высокой концентрацией соли в розовой воде. Позднее выяснилось, что эта вода сохраняет свой цвет в течение года и остается розовой, если наполнить ею отдельную емкость.

Ученым давно было известно, что в озере Хиллиер обитают только некоторые микроорганизмы (водоросли и бактерии), приспособившиеся выживать практически в тех же условиях, что и немногочисленные обитатели Мертвого моря. Именно их считали ответственными за розовый оттенок воды в озере, но исследование, частично пролившее свет на эту тайну, было проведено только в 2016 году.

Фото: Shutterstock/Fotodom.ru

Тогда группа ученых взяла в озере несколько проб воды и выделила из них образцы ДНК, по которым был определен видовой состав обитателей водоема. В частности, исследование подтвердило, что в озере обитают одноклеточные водоросли вида дуналиелла солоноводная (Dunaliella salina), которые выделяют красные пигменты каротиноиды, влияющие на цвет воды в других соленых озерах. Однако только их усилий было бы недостаточно для придания воде озера Хиллиер такого насыщенного оттенка. Выяснилось, что свой вклад в окрашивание водоема также вносят бактерии Salinibacter ruber, открытые в 2002 году в Испании, и несколько видов архей.

Не исключено, что это исследование окажется лишь первым шагом на пути к полному пониманию процессов, в результате которых озеро Хиллиер стало ярко-розовым и прославилось на весь мир.

Пение песков в пустыне

В пустынях по всему миру, от Сахары до Гоби, песок, приходя в движение под ногами или на ветру, иногда издает низкочастотные звуки сродни оркестровой какофонии. «Песня» песка может звучать как шепот, а иногда становится такой громкой, что разносится на несколько километров.

Ученые предполагают, что звуки возникают, когда песчинки, содержащие кварц и другие минералы, начинают двигаться синхронно, создавая резонанс. Важно, чтобы песок при этом был сухим и чистым, поскольку влага или посторонние примеси глушат звуки.

Громкое пение песков впервые стало предметом научных исследований в XIX веке, когда это явление регулярно наблюдалось путешественниками и исследователями в пустынях Африки и Азии. В XX и XXI веках было проведено несколько научных экспериментов с целью разобраться в природе этого явления, но до конца объяснить его механизм пока не удалось.

Ледяные круги на реках и озерах

Ледяные круги — это редкое и красивое природное явление, которое порой можно увидеть в холодное время года на озерах и реках с медленным течением. При определенных условиях на поверхности водоемов формируются медленно вращающиеся тонкие льдины идеально круглой формы. В диаметре они могут достигать в среднем 15-20 метров, но бывают и в разы больше. Ледяные круги чаще всего наблюдаются в США, в странах Северной Европы, а также в Китае и России.

Одно из первых научных описаний этого феномена было опубликовано в журнале Scientific American в 1895 году. С тех пор у ученых сложилось представление о механизмах формирования ледяных кругов, но недавние исследования заставили усомниться в прежней версии.

Общепринятое объяснение состоит в том, что круглые льдины образуются, когда кусок льда попадает в вихревое течение. После этого он начинается вращаться и при этом «обтачивается» о другие льдины или расположенные рядом препятствия (вихревые течения обычно возникают возле торчащих из воды камней и других объектов), а заодно немного подтаивает по краям, образуя идеальный круг. Лед может и изначально образовываться непосредственно в вихревом течении, скорость которого ниже скорости основного течения реки, что способствует замерзанию воды.

Однако в 2016 году ученые поставили лабораторный эксперимент и выяснили, что ледяные круги могут возникать и без участия вихревого течения. Исследователи предположили, что при определенных внешних условиях подтаивание льдины приводит к тому, что холодная вода под ней опускается вниз, создавая вертикальный вихрь, который и становится причиной вращения льдины и образования из нее диска.

Не исключено, что новые исследования помогут физикам еще лучше разобраться в механизмах возникновения ледяных кругов, но даже доскональное понимание этих процессов не сделает медленное вращение круглых льдин на воде менее завораживающим.