Путь теории эволюции от Дарвина до наших дней. Ее последние достижения Экспериментальное открытие гравитационных волн - Александр Марков, Михаил Городецкий - Наука в фокусе - 2016-02-12
Н. Асадова
―
16 часов 6 минут в Москве. У микрофона Наргиз Асадова и мой постоянный соведущий Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Привет, Егор. Здравствуйте, радиослушатели.
Е. Быковский
―
Здравствуйте, дорогие друзья. Привет, Наргиз.
Н. Асадова
―
И сегодня мы отмечаем день рождения Чарльза Дарвина, основоположника теории эволюции. Ему исполнилось бы сегодня 207 лет. И, естественно, куча новостей, потому что теория эволюции эволюционирует. И последняя новость была опубликована в журнале «Nature». Испанские биоинформатики вычислили, когда клетки научились дышать. В новом исследовании учёные проследили эволюцию белков, общих для большинства эукариотических клеток, то есть клеток, которые имеют ядро, чтобы определить, в какой момент те обзавелись митохондриями. Митохондрии – это, помню как сейчас из класса биологии, органеллы клеточного дыхания.
Е. Быковский
―
Точно.
Н. Асадова
―
Результаты анализа показали, что митохондрии появились только на поздних этапах развития эукариотических клеток. По словам авторов работы, результаты их исследования помогут разбить на этапы процесс, который считается величайшим эволюционным скачком после возникновения жизни. Приобретение митохондрий дало эукариотам ряд эволюционных преимуществ, поэтому многие современные исследования направлены на изучение процессов, происходящих именно в митохондриях.И, в частности, в нашей стране в МГУ совместно с зарубежными коллегами была разработана неразрушительная методика наблюдения митохондрий в реальном времени. В общем, как вы уже поняли, мы будем говорить сегодня про эволюцию, про теорию эволюции и про то, как она сейчас выглядит, какие задачи стоят перед учёными. И мы в эфир сегодня пригласили суперэксперта Александра Маркова, доктора биологических наук, завкафедрой биологической эволюции биологического факультета МГУ и лауреата премии «Просветитель». Здравствуйте, Александр.
А. Марков
―
Здравствуйте.
Н. Асадова
―
Спасибо, что пришли к нам. Мы честно скажем нашим слушателям, что уже несколько раз в течение этих двух лет пытались пригласить Александра, но Александр всегда занят сложными научными испытаниями, исследованиями.
Е. Быковский
―
Не жалуйся. Но он к нам таки пришёл.
Н. Асадова
―
Я подчёркиваю, мы ему очень благодарны. Итак, по поводу теории эволюции давайте расскажем, во-первых, дадим сразу определение, что это такое, чтобы напомнить всем, а затем поговорим о том, что она представляет собой сегодня и какие этапы прошла за эти 200 лет. Нет, меньше, где-то 150.
А. Марков
―
Какие изменения она прошла? Со времён выхода книги Дарвина «Происхождение видов» прошло уже больше полутора веков. Поэтому надо понимать, что то, что было известно во времена Дарвина и то, что известно биологам сегодня – это вообще несопоставимые массивы знаний. И, конечно, совершенно неправильно называть современную эволюционную биологию теорией Дарвина, скажем. Дарвин заложил буквально первый кирпич в это огромное здание, которое сейчас охватывает все биологические науки. Заслуга Дарвина в том, что на том уровне развития науки, когда не было известно, как нам сейчас кажется, практически ничего о строении живой клетки, не была известна материальная природа наследственности, никто не знал вообще, почему дети похожи на родителей, как там всё устроено и приходилось во многом гадать, полагаться на интуицию. И Дарвину удалось на основе явно неполных данных, как нам сегодня представляется, сделать великую правильную догадку об основном механизме эволюционных изменений. Механизм эволюции на основе естественного отбора.И последующее развитие науки многократно подтверждало эту идею и много было ситуаций, когда она потенциально могла бы быть опровергнута, если бы она была неверна. Но так получилось, что новые открытия раз за разом её подтверждали.
Но основные этапы того, что произошло с тех пор. Первый последарвиновский великий прорыв в развитии эволюционной биологии был связан с появлением классической генетики: переоткрытие законов Менделя, хромосомная теория наследственности. Это самое начало XX века. И поначалу многим казалось, что генетика противоречит дарвинизму на самом деле. Потому что Дарвин писал о медленных постепенных изменениях, а первые генетики работали с мутациями, которые давали грубый зримый резкий эффект: жёлтые семена – зелёные семена, муха с крыльями – муха без крыльев, белые глаза – красные глаза. Резкие скачки. И многим казалось, что здесь есть противоречие с дарвинизмом. И ушло примерно 30 лет на то, чтобы биологи, получше разобравшись в ситуации, поняли, что на самом деле генетика с дарвинизмом не только не противоречат друг другу, но прекрасно согласуются, и произошёл синтез, появилась так называемая синтетическая, или генетическая теория эволюции. Это 1930-е годы. По современным меркам, это уже тоже музейный экспонат – синтетическая теория эволюции, потому что с тех пор ещё очень много всего произошло. Но это был очень важный прорыв.
Затем следующая революция в эволюционной биологии произошла в 1950-1960-е годы, когда была расшифрована структура ДНК, то есть до конца поняли материальную природу наследственности. Почти до конца. Самые главные вещи поняли. Генетический код, механизмы размножения наследственной информации, её копирования, механизмы её считывания и реализации в структуре белков и вообще в фенотипе, в строении организма. Это 1950-1960-е годы. И ещё следующая революция, во время которой мы сейчас живём. Это геномная революция, появление методов эффективного, точного и недорогого секвенирования, то есть прочтения геномов разных организмов. И сейчас благодаря этому мы получаем возможность уже смотреть на эволюцию на самом базовом уровне. Мы можем просто смотреть вот эти тайные коды природы. Текст генома, наследственная информация, описывающая всё строение данного вида организмов. Сравнивая их, мы можем с максимальной детальностью и точностью реконструи¬ровать эволюционные события, понимать, что именно происходит, какие именно мутации происходят, какие закрепляются, какие поддерживаются отбором. Сейчас уже научились с большой точностью определять места генома, конкретные участки генов, на которые действовал естественный отбор или действует, на которые он не действует. И разные формы отбора. Вот это всё видно. Дарвиновский отбор оставляет в геномах вполне читаемые, различимые следы. Это просто потрясающе красиво всё. Вот такой беглый набросок истории развития эволюционной биологии после Дарвина.
Е. Быковский
―
Но принципиально всё-таки изначальная дарвиновская теория и нынешняя эволюционная не отличаются?
А. Марков
―
Ну как? Дарвин заложил первый камешек.
Е. Быковский
―
Без него не обойдёшься.
А. Марков
―
Да, без него не обойдёшься. Но вскрылось огромное количество дополнительной информации. Скажем, Дарвин в основном рассуждал о наследственных изменениях, мутациях, как мы сейчас называем, полезных или вредных. А постепенно стало ясно, что существует ещё огромный класс нейтральных мутаций, которые не снижают и не повышают приспособленность. И это оказалось тоже очень важным элементом. Это надо учитывать. И такие процессы, как генетический дрейф, вообще случайность играет огромную роль в эволюции. У Дарвина на этом акцент сделан не был. Как один из примеров.Потом, то, что у Дарвина на уровне каких-то догадок и общих рассуждений, сейчас мы уже на гораздо более высоком уровне понимаем в деталях, почему так происходит и так далее.
Н. Асадова
―
Вы говорите о том, что современная наука, в частности, биоинформатика может реконструировать какие-то события, которые происходили с организмом в прошлом. Новость, с которой мы начали нашу передачу, что выяснили примерно, когда появились митохондрии в эукариотах. А как это происходит? Можете базовый принцип биоинформатики нам рассказать?
А. Марков
―
Базовый принцип биоинформатики, чтобы его так в двух словах понятно объяснить – это примерно так же, как лингвисты, историки реконструируют, скажем, праиндоевропейский язык. То есть имеются современные языки индоевропейской семьи. Сравнивая их, можно реконструировать, что было в прошлом, у какого исходного предкового языка всё это произошло и в разные стороны разными способами менялось.Или представьте себе, что у нас есть несколько не очень старых рукописей, которые являются списками с какого-то одного, очень древнего, давно потерянного документа. Скажем, монахи в разных монастырях переписывали, это куда-то перевозилось, снова переписывалось. У нас сохранились только недавние рукописи. И в них имеются разные ошибки, отклонения от оригинала. Историки, лингвисты могут на основе этой информации достаточно точно установить исходный текст и даже последовательность переписывания, реконструировать, как делились эти версии и так далее. На основе сравнения текстов. В данном случае каких-то литературных текстов, каких-нибудь летописей.
Точно так же можно работать с геномами. Здесь методики схожие. И разработана очень мощная математика и очень надёжные статистические методы, весьма сложные. Есть компьютерные программы, которые с очень большой надёжностью реконструируют порядок ветвления. Сравнивая геномы, эти геномные тексты, последовательности, реконструируют порядок ветвления эволюционного дерева, реконструируют состояния генов и геномов в точках ветвления этого дерева, то есть у общих предков. Скажем, сравнивая геном человека и шимпанзе, мы можем увидеть, что в обоих геномах в определённом месте встроен какой-то одинаковый вирус в одном и том же месте. Значит, практически наверняка он был уже встроен у общего предка человека и шимпанзе. А вот у гориллы в геноме, допустим, нет этого вируса в этом месте. Значит, данный вирус встроился уже после того, как отделилась веточка шимпанзе. По этим данным уже можно сказать, что сначала произошло разделение на гориллу и общих предков человека и шимпанзе, а потом уже эти последние разделились на предков человека и предков шимпанзе. Вот на пальцах.
Н. Асадова
―
К нам подключаются наши слушатели. Ира нас из Москвы спрашивает: «Так человек всё-таки произошёл от обезьяны?». На самом деле, не только Ира спрашивает.
Е. Быковский
―
Я бы всё-таки это по-другому сформулировал: не человек произошёл от обезьяны, а обезьяна и человек – веточки одного общего филогенетического древа. От кого они произошли, того уже на свете давно нет всё-таки.
А. Марков
―
Тут, конечно, надо уточнить, что именно мы называем обезьяной. Уточнить термин «обезьяна» прежде всего. Если мы называем этим словом современных обезьян, то, конечно, нет. У нас с ними был общий предок. Но если пользоваться строгой зоологической номенклатурой, то обезьяны – это вполне определённая группа организмов. И, соответственно, мы можем поставить вопрос: этот общий предок человека и современного шимпанзе был обезьяной или он не был обезьяной? Ответ: да, он был обезьяной. Это совершенно однозначно. Более того, с точки зрения зоологической классификации, человек – тоже обезьяна. Человек относится к отряду приматов и к той монофилетической естественной группе, происходящей от общего предка, которая имеет официальное название «обезьяны». То есть она несколько по-другому называется, но это неважно, соответствует смыслу термина «обезьяны». Да, мы произошли от обезьяны и остались обезьянами.
Е. Быковский
―
Слушатель Антон пишет: «У вас однобокое освещение. Серьёзные учёные давно разнесли в пух и прах так называемую теорию Дарвина». Антон, видимо, живёт у нас в XIX веке, когда ещё более-менее на равных конкурировали, как минимум, несколько теорий. Сейчас для серьёзных учёных, не знаю, кто там разнёс в пух и прах, для серьёзных учёных альтернатив нет.
А. Марков
―
Нет, конечно. Современная биология полностью основана на теории эволюции. Это даже уже никто не называет теорией. Это просто эволюционная биология, эволюция принимается как давно и твёрдо доказанный, уже тысячу раз доказанный факт. И серьёзные биологи в этом не сомневаются. Если вы посмотрите любые сколько-нибудь значимые научные журналы, в статьях по биологии вы не найдёте нигде ни малейших сомнений в реальности факта эволюции. Там люди разбираются конкретно, как она шла, кто от кого произошёл, какие гены при этом изменились. Так что это утверждение, что серьёзные учёные давным-давно опровергли – это просто полная неправда.
Е. Быковский
―
Просто вздор, я бы сказал.
А. Марков
―
Просто вздор.
Н. Асадова
―
Мы говорили о том, что современная биология, в частности, биоинформатика может реконструировать события в прошлом. А может ли она, понимая какие-то закономерности, просчитать то, что будет в будущем? Условно говоря, каким будет человек, как он будет выглядеть через 200, 300, 1000 лет. И, например, тоже мы слышим, что блондины скоро вымрут на Земле. Можно ли это проверить с помощью биоинформатики, просчитать этими всеми алгоритмами?
Е. Быковский
―
Есть ли корреляция между рецессивными генами и вымиранием?
Н. Асадова
―
Мне кажется, сейчас было много вопросов.
А. Марков
―
Просчитать в будущее напрямую биоинформатика, конечно, не может. Прежде всего… Какие-то тенденции можно экстраполировать в будущее, но далеко не все. Всё-таки адаптивная эволюция, то есть развитие каких-то полезных признаков идёт под действием отбора. И то, в какую сторону будут идти эти изменения, зависит прежде всего от того, какой будет отбор. А это в переводе на простой понятный язык означает следующее. Здесь важно только одно: люди с какими наследственными признаками будут оставлять больше детей, а какие будут оставлять меньше жизнеспособных детей, доживающих до зрелости и тоже участвующих…
Е. Быковский
―
Тоже оставляющих потомство. У кого будет больше репродуктивный успех, гены таких людей будут повышать свою частоту встречаемости в генофонде человечества. Соответственно, носители тех наследственных признаков, которые будут оставлять меньше детей, их генов будет становиться меньше. Вот и всё. И проблема тут в том, что на направленность отбора в современном человечестве влияет прежде всего наша культурно-социальная среда – традиции, образ жизни, мода на то или иное повеление. И это всё это сейчас в связи с очень быстрым научно-техническим прогрессом и культурными изменениями стремительно меняется. Так что направленность отбора может несколько раз поменяться за время жизни одного поколения. Из-за этого крайне трудно сделать какие-то конкретные прогнозы. Но в общем можно сказать, что эволюция каких-то новых адаптивных признаков едва ли сейчас как-то эффективно заметно идёт в человечестве. Идут менее позитивные процессы, скажем, накопление вредных мутаций, которые раньше были вредными, а сейчас стали менее вредными или вовсе не вредными из-за развития цивилизации.Простейший пример: появляются антибиотики – и сразу слабеет естественный отбор на устойчивость к инфекциям. То есть мутации, снижающие устойчивость к инфекциям, перестают быть вредными, потому что человек всё равно вылечит антибиотиками, и, соответственно, такие мутации начинают свободно накапливаться в генофонде, отбор их больше не отсеивает. Наша иммунная система слабеет.
Или другой пример. Раньше первобытному человеку нужно было очень быстро соображать, иметь быстрый гибкий ум, чтобы решать своим умом все сложные жизненные проблемы, он был как бы один на один с природой. Я очень грубо упрощаю. Понятно, что было общество и всё. Но потом развивается культура. Огромному количеству знаний, до которых человеку не надо доходить своим умом, вскармливают с ложечки, учат в детстве, школа, институт – всё это вкладывается в голову в готовом виде. И уже не надо иметь такой гибкий ум для выживания. А в очень развитом обществе, где пенсионная система, защита больных, слабых, обездоленных, вообще можно иметь чёрт-те какие гены, какие угодно вредные мутации – всё равно вы выживете, оставите потомство.
Н. Асадова
―
В этом смысле, конечно, в России лучше жить, чем в Америке, если вы хотите иметь более гибкие мозги.
А. Марков
―
Лучше жить как раз в обществе, которое защищает своих членов. Это с точки зрения накопления всяких плохих мутаций. Но что для нас важнее? Мне кажется, что цивилизация…
Е. Быковский
―
Наргиз как раз и имела в виду накопление мутаций. Здесь приходится вертеться, а там естественный отбор уже совершенно прекратил своё существование.
А. Марков
―
Высокие биотехнологии – вот, что должно нас спасти, а не возвращение к естественному отбору.
Е. Быковский
―
Кстати, хороший вопрос задают: «Скажите, какой шаг у эволюции? Сколько поколений должно смениться, чтобы поменялся генетический код?». В частности, вопрос с собакой: собаку разводили тысячу лет, а генетически это остался один и тот же вид. А когда он сделается другим?
А. Марков
―
Генетический код – это термин, означающий совершенно другое.
Е. Быковский
―
Уж как спросили, так я и прочитал.
А. Марков
―
Генетический код – это способ кодирования структуры белка в структуре ДНК.
Е. Быковский
―
Имеется в виду геном.
А. Марков
―
Эти триплеты. И он, раз появившись, не менялся больше вообще почти никогда, за очень редкими исключениями в ходе эволюции. Сколько нужно времени, чтобы произошли какие-то заметные эволюционные изменения? Это может произойти очень быстро. В эволюционных экспериментах многократно показано, что новые адаптации могут развиваться прямо на глазах у экспериментатора за несколько десятков или сотен поколений у каких-нибудь мушек или бактерий. А чтобы появился новый вид, здесь вопрос в том, что считать видом. Как ни удивительно, хотя вид – такое основополагающее, казалось бы, понятие в биологии, принципиально не существует какого-то единого и верного на все случаи жизни определения того, что такое вид. И это естественно. Потому что виды – это не какие-то дискретные и статичные единицы. Виды эволюционируют, меняются, постепенно делятся на несколько видов, накапливают отличия друг от друга. И в какой момент вот эти две формы ещё являются одним видом, только разными разновидностями, а в какой момент мы их уже начинаем считать двумя разными видами – это, вообще говоря, вопрос, на который нет единого, абсолютно верного на все случаи жизни ответа. Это вопрос на самом деле условный: как договоримся, так и будем считать. Если считать критерием вида… а критериев вида существует огромное количество. В разных ситуациях, в разных комбинациях их применяют. Если считать главным критерием вида, скажем, полное отсутствие способности к скрещиванию, полная генетическая несовместимость, то для этого у млекопитающих требуется в среднем порядка 2-4 млн лет раздельного существования генофондов. За это время – да, накопится достаточное количество различий в генофондах, что скрещивание станет у млекопитающих вообще невозможно. А, скажем, у каких-нибудь лягушек ещё больше времени. Там порой десятки миллионов лет проходят, а разобщённые формы сохраняют всё равно пусть небольшую, но всё-таки способность к межвидовой гибридизации. То есть видообразование в принципе процесс долгий, если ждать его окончательного завершения.
Н. Асадова
―
Андрей из Тюменской области спрашивает: изменчивость всё-таки происходит случайно, или тоже есть свои законы?
А. Марков
―
Фундаментальный, конечно, вопрос. Изменчивость происходит случайно во вполне определённом смысле. Сейчас скажу, в каком. Вероятность возникновения мутаций никак не зависит от того, будет ли эта мутация вредна или полезна данному организму в данных условиях. А в других смыслах, конечно, есть закономерности. И даже в некоторых случаях в ходе эволюции развились адаптации, позволяющие частично направлять, чуть-чуть оптимизировать мутационный процесс. Вот это очень хорошо видно в работе нашей иммунной системы, которая использует для создания защиты от новых инфекций… когда у нас вырабатывается приобретённый иммунитет, эта иммунная система на уровне отдельных клеток применяется дарвиновский механизм – наследственность, изменчивость, отбор – чтобы вывести таким дарвиновским путём прямо внутри нашего организма такие породы клеток, которые производят такие белки, которые хорошо борются с этой новой инфекцией.И в этом случае мутации вносятся… Они случайные, но они вносятся в определённые гены… как раз в гены антитела в определённые места как раз в те участки генома, изменения которых как раз могут в принципе позволить сформировать эффективное антитело против нового возбудителя.
Н. Асадова
―
Совсем немного времени остаётся. Но ещё более фундаментальный вопрос задаёт Владимир: «Сколько лет жизни на Земле?».
А. Марков
―
Абсолютно бесспорные ископаемые микроорганизмы древнейшие имеют возраст 3.45 млрд лет. То есть 3.5 млрд лет назад уже вне всяких сомнений существовала жизнь. Чуть более спорные, но почти наверняка тоже достоверные следы жизни ископаемые имеют возраст 3.8 млрд лет назад. Но есть также намёки на то, что даже 4.2 млрд и даже ещё чуть больше уже тоже жизнь была, то есть, похоже, жизнь существовала чуть ли не с самого начала развития нашей планеты.
Н. Асадова
―
Спасибо вам большое. Я напоминаю, что у нас в эфире был Александр Марков, доктор биологических наук, заведующий кафедрой биологической эволюции Биологического факультета МГУ и лауреат премии «Просветитель». Мы сейчас прервёмся на новости и рекламу, а затем вернёмся на эту студию. Никуда не уходите.НОВОСТИ
Н. Асадова
―
16 часов и 35 минут в Москве. Мы продолжаем передачу «Наука в фокусе». И в студии по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». И наш гость Александр Марков не ушёл от нас, доктор биологических наук, заведующий кафедрой биологической эволюции Биологического факультета МГУ.
Е. Быковский
―
И прочее, и прочее. Я бы хотел напомнить, что Александр Марков ещё является председателем совета просветительского фонда «Эволюция», который отчасти занял место просветительского фонда «Династия», который в прошлом году исчез из России, к сожалению. Александр, чем занимается «Эволюция»? Названием замечательное.
А. Марков
―
Восполнить разгром фонда «Династия», конечно, вряд ли возможно. У нас даже приблизительно нет таких возможностей. Но люди собрались и решили хоть немножко восполнить эту утрату. И мы пытаемся собрать деньги на книгоиздательскую деятельность прежде всего. И уже запущено несколько книг. Благодаря фонду «Династия» у нас в стране возник такой тренд: люди стали читать научно-популярные книги, а издатели стали их издавать. И будет очень жалко, если это всё загнётся. Поэтому мы решили, что нужно попытаться продолжить в меру сил, насколько получится, эту традицию. И несколько книг уже при поддержке этого фонда «Эволюция» уже запущено в производство, найдены переводчики. И несколько уже наших отечественных авторов хороших научно-популярных книг (новая книжка Аси Казанцевой, новая книжка Александра Панчина).
Е. Быковский
―
Я обращу внимание слушателей на то, что оба этих автора к нам приходили в эфир.
А. Марков
―
Они тоже выходят при частичной поддержке фонда «Эволюция». Кроме того, мы организуем научные мероприятия, поддерживаем организацию научных мероприятий, например, научно-популярных лекций, прежде всего в регионах. Не в Москве-Питере, где это всё более-менее живо, а там, где этого нет пока.
Н. Асадова
―
Но мы со своей стороны всё это горячо приветствуем. Мы рады, что это так и будем дальше сотрудничать с вашим фондом, и будем читать книжки. А сейчас Егор Быковский представит нам следующую тему. Александру Маркову я предлагаю остаться и, может быть, в следующей части передачу у нас будет ещё рубрика «Вопрос-ответ». Очень много вопросов…
Е. Быковский
―
Следующая тема у нас буквально тоже просто супер. Буквально позавчера поступило официальное объявление, что были зарегистрированы гравитационные волны. Они были зарегистрированы лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией. Это случилось 14 сентября. С тех пор их обрабатывали. И только что объявили. Источником этих гравитационных волн стало образование сверхмассивной чёрной дыры, произошедшее почти 1.5 млрд лет назад. Когда это произошло, масса, в три раза превышающая массу Солнца, была превращена в энергию за долю секунды. Это прекрасное и подтвердило в очередной раз теорию относительности Эйнштейна. Давайте поговорим о том, что такое гравитационные волны. Почему их открытие так важно.
Н. Асадова
―
И в интервью нам это рассказал Михаил Городецкий, профессор МГУ, научный директор Российского квантового центра.
Е. Быковский
―
Здравствуйте, Михаил. Спасибо, что согласились с нами поговорить. Не могли бы вы прокомментировать нам, что же такое гравитационные волны, чем они отличаются от известных нам электромагнитных излучений. С тех пор именно оно было нашим единственным инструментом в познании Вселенной. А сейчас появился ещё один важный.
М. Городецкий
―
Вы сказали хорошую аналогию. Электромагнитные волны, гравитационные волны. Потому что действительно вначале электромагнитные волны были предсказаны Максвеллом в 1864 году. Однако прошло 25 лет, прежде чем Генрих Герц смог их обнаружить с помощью приёмника и передатчика. Гравитационные волны таким образом обнаружить нельзя. Мы можем сделать приёмник, и мы это сделали, с помощью него зарегистрировали гравитационные волны. А передатчик для гравитационных волн, к сожалению, сделать очень сложно, потому что гравитационные волны очень слабые, они должны быть связаны с ускоренным движением больших масс. И на Земле это построить не удаётся.
Е. Быковский
―
А насколько они слабые? Можно привести какую-то аналогию, чтобы было понятно?
М. Городецкий
―
На заре гравитационных волн пытались посчитать, какие эффекты производят движения масс. Но поняли очень быстро, что если на Земле очень быстро двигать массы, то это вообще совершенно неразличимые величины. Стали считать, а что будет, вот, допустим, Юпитер – очень большое тело нашей Солнечной системы, довольно близко от нас, вращается вокруг Солнца. Оказывается, что там какие-то очень жалкие киловатты, по-моему, мощности гравитационного излучения. То есть понятно, что это рассеивается во все стороны Вселенной, до нас вообще ничего не доходит, как бы мы ни пытались. Кроме того, гравитационные волны очень слабо взаимодействуют с веществом, очень слабо двигают его. Стали искать другие источники. И кандидатами для таких источников стали близко вращающиеся нейтронные звёзды. Тяжёлые объекты типа нейтронных звёзд, чёрных дыр, когда они настолько близко уже подошли друг к другу, что скоро сольются, скоро столкнутся, и тогда действительно можно ожидать очень сильных откликов, очень сильных гравитационных волн. Они при этом ещё вращаются… то, что мы сейчас обнаружили – это две чёрные дыры массой по 30 солнечных масс, а в конце своего слияния они двигались с половинной скоростью света, и обращались друг вокруг друга со скоростью 150 раз в секунду, то есть можете представить, какая большая скорость, какие большие массы.
Е. Быковский
―
Я бы хотел уточнить. Я понимаю, что гравитационная волна была зафиксирована большим интерферометром, который называется LIGO. И вы принимали участие в этой работе. Это два приёмника, разнесённые на довольно большое расстояние. Но интересно, каким образом вы поняли, что сигнал, зафиксированный там, как раз и является сигналом от тех самых двух сливающихся чёрных дыр? Как это было проверено?
М. Городецкий
―
Здесь как раз вступают в силу теоретики, даже не просто теоретики, а численные теоретики, которые на компьютерах умеют на основе общей теории относительности рассчитывать события, решать соответствующие уравнения. Если мы зададим начальные условия, вот, у нас одна чёрная дыра с такой массой, другая чёрная дыра с такой массой, они вращаются на таком-то расстоянии вначале, что будет происходить дальше. Мы можем решать уравнения общей теории относительности и наблюдать, что будет происходить. Можем рассчитать, какая от них будет гравитационная волна приходить. И вот это было проделано для чёрных дыр массой 5+10, 20+30, 40+60, и набрали много-много такой информации, которая называется templates («шаблоны»). Теперь, если мы получаем гравитационную волну, мы можем этот сигнал, который мы приняли, прикладывать к разным шаблонам и убедиться: «О, вот с таким шаблоном у нас всё идеально совпало!». После этого мы можем, конечно, уточнять, пересчитывать, моделировать, улучшать наш ответ. Но примерно так происходит определение того, что наблюдается.
Е. Быковский
―
Если говорить о практическом значении, то гравитационные волны послужат хорошим подспорьем для перепроверки всяких других – оптических, рентгеновских, каких угодно.
М. Городецкий
―
Да, абсолютно точно. Можно на самом деле и более простым способом первые прикидки сделать. В статье, которая была опубликована, как раз это и сделано, то есть она начинается с того, что можно простым образом примерно определить, какие массы этих чёрных дыр были. То есть взять несколько первых колебаний, переколебаний в сигнале, и, исходя из них, даже довольно простыми формулами это всё определить.
Е. Быковский
―
Скажите, пожалуйста, а чем ещё будут измеряться гравитационные волны? Сейчас у нас есть один действующий, как оказалось, интерферометр.
М. Городецкий
―
На самом деле два. На расстоянии 3000 км.
Е. Быковский
―
Года 1.5 или 2 уже прошло – было другое объявление об их обнаружении, но его дезавуировали.
М. Городецкий
―
Это проект BICEP2, уже вторая инкарнация. Этот проект искал другие гравитационные волны, то есть с гораздо большими длинами волн, то есть с космологическими масштабами. Это те гравитационные волны, которые образовались не сотни миллионов, не миллиарды лет назад, а 14 млрд лет назад во время большого взрыва. И в результате действительно они не смогли подтвердить своё первоначальное предположение, что то распределение излучения, которое они наблюдали, соответствовало именно этой первичной гравитационной волне, потому что, как выяснилось, звёздная пыль может оказывать подобное же влияние на распределение излучений. Поэтому это открытие было закрыто. Но надеюсь, что всё-таки со временем они тоже продвинутся в этом направлении.
Е. Быковский
―
Понятно. То есть, может быть, оно у них и было, но поскольку там был ещё инфляционный шум, было непонятно, было оно или нет. Я вот ещё что хотел спросить. Во-первых, короткий вопрос насчёт того, что гравитационные волны предсказывались не только общей теорией относительности, и она сейчас подтвердилась в очередной раз, но и другими теориями гравитациями. Это подтверждение всё-таки скорее для ОТО или для каких-то других теорий, или эти другие теории невалидные?
М. Городецкий
―
Что можно сказать? Если другая альтернативная теория предсказывает тот же самый результат во всех возможных проверяемых случаях, то непонятно, зачем такая теория нужна. Если же она предсказывает другой результат, то можно попробовать придумать какой-то эксперимент, как её можно проверить или опровергнуть. Пока всё, что мы наблюдаем, не противоречит общей теории относительности в формулировке Альберта Эйнштейна. И мы с вами даже можем проделать простой эксперимент – за пару минут проверить общую теорию относительности с точностью до третьего или четвёртого знака после запятой. Вам интересно это?
Е. Быковский
―
Да, конечно, давайте.
М. Городецкий
―
У вас есть машина?
Е. Быковский
―
Конечно.
М. Городецкий
―
Вы пользуетесь GPS?
Е. Быковский
―
Да.
М. Городецкий
―
С какой точностью определяет расстояние ваше положение GPS?
Е. Быковский
―
Там есть какое-то загрубление на пару метров.
М. Городецкий
―
Где-то 3-10 м.
Е. Быковский
―
На самом деле точнее.
М. Городецкий
―
Спутник как определяет положение… GPS-приёмник принимает сигнал от нескольких спутников, в этом сигнале есть информация положения спутников. И вычисляет расстояние. И методом триангуляции ваше положение вычисляется. Так вот, эти спутники летают с очень большой скоростью над Землёй, примерно 4 км/с на высоте 26000 км. И согласно специальной теории относительности, их собственные часы идут медленнее примерно на 7 мс в день и примерно на 46 мс в день идут быстрее из-за того, что они в меньшем гравитационном поле. Таким образом, если бы вы не учитывали эти эффекты общей теории относительности, точнее, не вы, а чип, который там стоит, то вы ошибались бы не на 10 м, а на 12 км.
Е. Быковский
―
Понятно. Только что с вами блестяще подтвердили экспериментально теорию относительности с помощью подручных средств и головы. А теперь давайте вернёмся всё-таки на секунду к гравитационным волнам. Очень интересно было бы услышать ваше мнение по поводу того, каково практическое значение этого открытия. Насколько я понимаю, нам как-то теперь больше доступны исследования остальной части Вселенной. Так-то по электромагнитному излучению мы понимаем, что происходит с 5% барионной материи, обычной. А остальная нам будет сейчас больше доступна через гравитационные волны?
М. Городецкий
―
Да, конечно. Мы получили просто новый канал информации, через который, как говорят в пресс-релизе, прорубили новое окно во Вселенную, через которое мы можем смотреть совершенно по-новому, увидим Вселенную в совершенно новом виде. И даже скорее не увидеть, а услышать, потому что гравитационные волны, которые ловит LIGO, лежат в звуковом диапазоне, где-то килогерц – сотни герц, мы можем их, вообще говоря, подать на динамик, просто послушать, как чирикают эти звёзды перед слиянием.
Е. Быковский
―
В смысле не подать на динамик, а как-то преобразовать. Вряд ли их слышно…
М. Городецкий
―
Почему? Всё равно это перекодируется в электрический сигнал, то есть сигнал на оптическом детекторе переводится в электрический сигнал. Мы его можем фактически напрямую на динамик подать. Может, через какие-то усилители или наоборот. Если мы перевели в электричество, то можно даже и на динамик, если хочется. Это было даже продемонстрировано на пресс-конференции, как звучат вот эти гравитационные волны, которые были зарегистрированы.
Е. Быковский
―
На сегодняшний день всё-таки каково практическое значение? То есть, насколько я понимаю, это очередное серьёзное доказательство общей теории относительности, которого все так долго ждали.
М. Городецкий
―
Это фактически даже два открытия. Потому что второе открытие – именно слияние двух чёрных дыр, которые, конечно, можно предсказать, но никто их никогда не видел. А здесь мы фактически увидели, что они существуют.
Е. Быковский
―
Теперь почти знаем, что они существуют. До этого они были на кончике пера, а сейчас у нас есть точный сигнал от этого слияния.
М. Городецкий
―
Да. До этого мы тоже видели какие-то рентгеновские сигналы от окружения чёрных дыр, что свидетельствует, что они скорее всего есть. И по движению звёзд в галактиках тоже можно судить, что, скорее всего, в центрах галактик тоже гигантские чёрные дыры. Но здесь гораздо более явно, потому что мы увидели, что сигналы получаются именно те, которые рассчитываются именно из представлений о том, что сливаются именно две чёрные дыры именно такой массы, и совпадение действительно уникальное.РЕКЛАМА
Н. Асадова
―
Передача «Наука в фокусе» в эфире. И у микрофона по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский, а также наш гость Александр Марков, доктор биологических наук, завкафедрой биологической эволюции Биологического факультета МГУ. И сейчас у нас будет рубрика «Вопрос-ответ». И на ваши вопросы будет отвечать Александр Марков.
Е. Быковский
―
За последние полчаса мы получили просто прорву вопросов к Александру Маркову. И сразу много вопросов, в частности, от Авилова Виталия. Он спрашивает: «Вид со временем может ухудшаться?».
А. Марков
―
В принципе может, хотя естественный отбор пытается этому постоянно противостоять, но он не всесилен. И может быть такая вещь, как мутационная деградация. Дело в том, что кроме отбора есть ещё дрейф, случайные колебания частоты аллелей, которые сильнее в маленьких популяциях. И при определённых условиях отбор перестаёт справляться с возникающими вредными мутациями. Они копятся. Это приводит к снижению приспособленности. Численность популяции снижается. А чем ниже численность популяции, тем сильнее этот самый дрейф. То есть в маленькой популяции отбору труднее отбраковывать вредные мутации. И получается как цепная реакция, заканчивающаяся вымиранием вида. Так что такое тоже бывает.
Н. Асадова
―
Ещё у нас был один вопрос про то, имеет ли теория эволюции отношение к зарождению жизни. Отвечает ли она на этот вопрос – как зародилась жизнь?
А. Марков
―
Сама по себе теория эволюции не рассматривает вопрос происхождения жизни. Но, тем не менее, вопрос о происхождении жизни сейчас – это тоже очень большая наука, это абиогенез, пребиотическая химия, которая тоже очень бурно развивается. И здесь каждый год буквально делаются замечательные новые открытия. И мы всё лучше и лучше представляем себе, как постепенно, через какие этапы из неживой материи зародилась жизнь.
Н. Асадова
―
Спасибо вам большое. Наше время, к сожалению, подошло к концу. В студии с вами был наш гость, Александр Марков, доктор биологических наук, завкафедрой биологической эволюции Биологического факультета МГУ и лауреат премии «Просветитель». Мы, Егор Быковский и Наргиз Асадова, с вами прощаемся до следующей пятницы.
Е. Быковский
―
Хороших выходных. До свидания.
Н. Асадова
―
До свидания.