суббота, 20 мая 2017 г.

Одна или множество: сколько все таки существует Вселенных?

Наверное, многие задавались вопросом, каков все же внешний облик Вселенной на достаточно большом расстоянии, недоступном наблюдению? Другой вопрос: каков предел того, куда может заглянуть человек?


С момента Большого взрыва космический горизонт человека до самых дальних объектов может быть определен расстоянием в четырнадцать миллиардов световых лет. На данный момент эти объекты удалены на сорок миллиардов световых лет ввиду ускоренного роста Вселенной. Свет от более далеких объектов к нам еще не успел дойти. Итак, что же за горизонтом? Еще недавно по этому поводу физики отвечали: галактики и звезды, ничего нового. Однако благодаря современным достижениям в физике элементарных частиц и космологии в плане представлений о Вселенной появилась возможность переосмыслить эти понятия. В расчет берутся и другие законы физики, основанные на космической инфляции.

Для начала обратимся к краткому обзору стандартной космологии Большого взрыва, являющейся до открытия инфляции доминирующей теорией. В соответствии с ней возникновению Вселенной предшествовала колоссальная катастрофа, разразившаяся примерно четырнадцать миллиардов лет назад. При этом Большой взрыв произошел одновременно везде, а не в определенном каком-либо месте Вселенной. На тот момент не существовало ни звезд, ни галактик, ни атомов. Вселенная была наполнена очень горячим плотным быстро растворяющимся сгустком излучения и материи. При увеличении в размерах он остывал. Спустя три минуты после Большого взрыва снижение температуры достигло отметки, достаточной для формирования ядер атомов, что по прошествии полмиллиона лет привело к объединению ядер и электронов в электрически нейтральные атомы, а Вселенная стала прозрачной для света. Благодаря этому на сегодняшний день мы способны регистрировать свет от огненного сгустка, исходящего из всех небесных направлений. Мы называем его фоновым космическим излучением.


Изначально огненный сгусток с точки зрения однородности был практически идеален. Однако некоторые области имели плотность, чуть большую по сравнению с другими, и при росте все больше стягивали из окружающего пространства вещества. Так за миллиарды лет образовались новые галактики. И сравнительно, по космическим меркам, недавно появились мы, земляне.

В поддержку теории Большого взрыва выступают и данные наблюдений, убеждающие нас в корректности рассуждений. Во-первых, мы замечаем, как далекие галактики с достаточно большой скоростью устремляются от нас, что говорит о расширении Вселенной. Помимо этого в рамках теории Большого взрыва возможно объяснение распространенности легких элементов (таких как литий или гелий) во Вселенной. Но, что самое главное: дымящийся ствол Большого взрыва – это ничто иное как фоновое космическое излучение, являющееся послесвечием первичного огненного шара, которое позволяет наблюдать его и исследовать.



В итоге, у нас есть вполне успешная теория, которая все же не дает ответа на некоторые весьма интригующие вопросы, затрагивающие историю начального состояния Вселенной сразу после Большого взрыва. Что послужило причиной поднятия высокой температуры Вселенной? Из-за чего Вселенная стала расширяться, и каково ее прошлое до Большого взрыва? Ответ на эти вопросы таится в рассмотрении выдвинутой 28 лет назад теории Алана Гута.

Инфляция Космоса

В центре этой теории – своеобразная форма материи, которая называется ложным вакуумом, проще говоря,  пустое пространство. Однако физики, занимающиеся изучением элементарных частиц, рассматривают вакуум в качестве физического объекта, обладающего энергией и давлением, и способного находиться в различного рода энергетических состояниях. При этом они дают им название состояний разных вакуумов, которые в зависимости от характеристик свойств элементарных частиц способны существовать в них.

Связь между вакуумом и частицами сродни связи между звуковыми волнами и веществом, по которому они простираются: скорость звука в различных материалах неодинакова. Человек живет в весьма низкоэнергетическом вакууме, отсюда и появилось просуществовавшее долгие годы убеждение физиков о нулевой энергии нашего вакуума. Но недавно в ходе наблюдений было выяснено, что он все же имеет  немного отличную от нуля энергию, которая была впоследствии названа темной энергией.

По предсказаниям современных теорий элементарных частиц, кроме нашего вакуума есть и целый ряд других так называемых ложных высокоэнергетических вакуумов. Одновременно с тем, что ложный вакуум характеризуется достаточно высокой энергией, он еще и имеет высокое отрицательное давление, получившее название натяжения. Это примерно как растянуть кусочек резины: в результате появляется натяжение, то есть направленная внутрь сила, заставляющая резину сжиматься.

И все же самым необычным свойством ложного вакуума является отталкивающая гравитация. В соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна возникновение гравитационных сил связано не только с массой (энергией), но и с давлением. Гравитационное притяжение вызвано положительным давлением, соответственно отталкивание – отрицательным давлением. Если же это вакуум, то здесь наблюдается преобладание отталкивающего действия давления над притягивающей силой, связанной с его энергией. В результате получается отталкивание, причем, чем больше энергия вакуума, тем отталкивание сильнее. Еще одной характеристикой ложного вакуума является его нестабильность и способность достаточно быстро распадаться. При этом он превращается в низкоэнергетический вакуум. Излишки энергии идут на создание огненного сгустка элементарных частиц. Обратим внимание, что Алан Гут специально для своей теории не стремился изобрести ложный вакуум с его необычными свойствами. Существование его идет из физики элементарных частиц. Ученый лишь выдвинул предположение, что в начале своей истории пространство Вселенной  пребывало в состоянии ложного вакуума. При подобном раскладе отталкивающая гравитация, которая им вызывается, привела бы к весьма быстрому ускоряющемуся расширению Вселенной. В случае такого типа расширения, названного Гутом инфляцией, появляется характерное время удвоения, увеличивающее размеры Вселенной вдвое.


Ввиду нестабильности ложного вакуума происходит его распадение с последствующим появлением огненного сгустка. В этот момент инфляция заканчивается. В этой теории распад ложного вакуума играет роль Большого взрыва, и в этот момент Вселенная начинает развиваться соответственно представлениям стандартной космологии Большого взрыва.


Рукопожатие жизни: хиральные молекулы обнаружены в межзвездном пространстве


В межзвездном пространстве обнаружена молекула окиси пропилена
Подобно паре человеческих рук, некоторые органические молекулы имеют версии зеркального образа самих себя, химическое свойство, известное как хиральность. Эти так называемые «руки» молекулы имеют важное значение для биологии. Подобные образцы были найдены в метеоритах на Земле и кометах в нашей Солнечной системе. Однако никто до сих пор не мог обнаружить их в огромном течении межзвездного пространства.

С помощью высокочувствительных радиотелескопов команда ученых впервые смогла обнаружить сложные органические хиральные молекулы в межзвездном пространстве. Была найдена молекула окиси пропилена (CH3CHOCH2) неподалеку от центра нашей галактики в огромном облаке из пыли и газа, известного как Sagittarius B2 (Sgr B2).
«Это первая молекула, обнаруженная в межзвездном пространстве, которая обладает свойством хиральности, что позволяет нам сделать шаг вперед в нашем понимании того, как молекулы создаются во Вселенной. Также мы можем изучить эффекты, которые они могут оказывать на происхождение жизни», — сообщил Бретт МакГайр химик и Янский постдокторант из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в США.
«Пропиленоксид является одним из наиболее сложных и запутанных структурных молекул из обнаруженных на сегодняшний день в космосе», — отметил Брэндон Кэрролл, аспирант химии в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. «Обнаружение этой молекулы открывает дверь для дальнейших экспериментов, определяющих как и где молекулярная хиральность возникает и почему одна форма может быть немного больше, чем другая».

суббота, 13 мая 2017 г.

9 кинезиологических упражнений, которые заставят мозг работать на полную мощность


Кинезиологических упражнений разработано немало - здесь отобраны из них только те, которые удобно выполнять в положении сидя, в том числе во время работы на компьютере.

А в том, что они действительно помогают, у меня нет ни капли сомнения, иначе бы я их давно забросила, а так уже на протяжении длительного времени прибегаю к ним ежедневно, благо они несложные и не требуют временных затрат.

Эти упражнения  можно выполнять и взрослым и детям, они бодрят, тонизируют, снимают усталость, тяжесть в голове, помогают справиться с нежелательной в данный момент сонливостью, обостряют внимание и память, а также значительно повышают способность концентрироваться на выполняемой работе.
Кинезиология — это наука о развитии умственных способностей и достижении физического здоровья через двигательные упражнения. Она включает в себя комбинацию теоретических и практических знаний из натуропатии, физиотерапии, акупунктуры, хиропрактики, восточной медицины, гомеопатии и т. д.
С помощью приемов кинезиологии укрепляется здоровье, оптимизируются основные психические процессы (память, внимание, мышление, речь, слух,  воображение, восприятие), повышается умственная работоспособность, улучшается психоэмоциональное состояние.


3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение«Крюки»

Чтобы снять напряжение, успокоить нервную систему, сосредоточиться и быстро восстановить психоэмоциональное равновесие - необходимо сесть на стул, скрестить ноги, положив лодыжку левой ноги на лодыжку правой ноги.

Затем скрестить руки, положив запястье правой руки на запястье левой руки, после чего соединить пальцы в замок, так, чтобы большой палец правой руки оказался поверх большого пальца левой руки.

Вывернуть соединенные в замок руки перед грудью «наизнанку», чтобы  сцепленные пальцы были направлены кверху. Смотреть прямо, взгляд вверх, кончик языка прижат к верхнему нёбу (можно на вдохе прижимать к твердому нёбу кончик языка, расслабляя его на выдохе).

Посидеть в этой позе 1—5 минут до появления зевка либо до ощущения достаточности.

Данный прием (его можно выполнять также стоя или лежа) только на первый взгляд кажется простым и незамысловатым. Кинезиологи утверждают, что при таком перекрещивании рук, ног и пальцев происходят сложные процессы, приводящие к сбалансированной работе моторных и сенсорных центров как каждого полушария мозга, так и среднего мозга, который находится прямо над твердым нёбом. При этом достигается объединение эмоций и процессов мышления (усиление межполушарной интеграции), приводя к наиболее эффективной работе (обучению) и реагированию на происходящее.

3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение «Зеркальное рисование»

Положить на стол чистый лист бумаги. Взять в обе руки по карандашу или фломастеру. Начать рисовать одновременно обеими руками зеркально-симметричные рисунки, буквы, цифры. При выполнении этого упражнения расслабляются глаза и руки. Когда деятельность обоих полушарий мозга синхронизируется, заметно увеличится эффективность работы всего мозга.

К слову, в кинезиологии есть такой любопытный прием, не только полезный, но и увлекательный. Большинство из нас выполняют рутинные ежедневные физические действия правой рукой (левши — левой). А что, если поэкспериментировать, пробуя чистить зубы, причесываться, брать в руки те или иные предметы и так далее,  другой рукой? Исследования показывают, что выполнение обычного действия «неудобной» рукой активизирует новые участки мозга и помогает развивать новые контакты между клетками мозга. Такие упражнения очень нравятся детям. 

3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение «Ухо — нос»

Левой рукой взяться за кончик носа, а правой рукой — за левое ухо. Одновременно отпустить ухо и нос, хлопнуть в ладоши, затем поменять положение рук «с точностью до наоборот».

3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение «Кочерга»

Приподнятую стопу вывернуть внутрь и по 8 раз качнуть ею вперед и назад. То же другой ногой.
 

3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение «Святоша»

Эта поза подойдет для расслабления после работы. Сидя (можно стоя или лежа), ноги держать параллельно, не скрещивая. Соединить попарно кончики пальцев обеих рук, словно обхватывая небольшой шар, и расположить кисти перед грудью. Взгляд направлен вниз, кончик языка зажат между зубами. Находиться в этом положении 1—2 минуты, до появления зевоты или до ощущения достаточности.

Упражнение успокаивает, снимает нервно-мышечное напряжение, гармонизирует психические процессы. Кинезиологи утверждают, что оно улучшает раздельную работу правого и левого полушарий головного мозга.


Упражнение «Лобно-затылочная коррекция»

При возникновении чувства тревоги, неуверенности, волнения (или даже стресса) помогает так называемый лобно-затылочный охват. Одну ладонь положить на лоб, другую — на затылок. Сконцентрироваться. Сделав несколько глубоких ровных вдохов и выдохов, спокойно озвучить свою проблему. Если говорить вслух не получается, достаточно просто думать об этом. Посидеть так пару минут. Если возник зевок, то это значит, что тело уже избавляется от напряжения.

Когда рука прикасается ко лбу, происходит приток крови, она начинает лучше циркулировать по лобным долям мозга. В этом участке мозга происходят анализ, осознание и оценка проблемы, и определяются пути выхода из такой ситуации.
На затылке расположена зона, которая воспринимает зрительно те образы, которые потом хранятся в нашей памяти. Прикладывание к этой области ладони стимулирует кровообращение. Человек как бы стирает подобным образом проблемы, образы, негативные ситуации.
Благодаря глубокому дыханию, в кровь поступает кислород, воздух вентилируется — и из организма улетучивается негатив. Упражнение дает желаемый результат.
 

3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение «Энергетизатор»

Положить скрещенные руки на стол перед собой. Прижать подбородок к груди. Ощутить растяжение мышц спины и расслабление плечевого пояса. С глубоким вдохом запрокинуть голову назад, прогнуть спину и раскрыть грудную клетку. Затем на выдохе снова расслабить спину и опустить подбородок к груди.

В результате этих действий расслабляются мышцы шеи и плечевого пояса, повышается уровень кислорода в крови, активизируется вестибулярный аппарат, усиливается приток спинномозговой жидкости в центральной нервной системе.

К этому простому, но эффективному упражнению я в основном прибегаю во время работы за компьютером. Если выполнять его 5—10 минут, то уменьшается, а то и совсем проходит ощущение усталости, заметно лучше начинает «работать голова», повышается концентрация внимания.


3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение «Кнопки мозга»

Это мини-серия из трех упражнений, как бы включающих «электрическую систему» организма. В результате активизируется кровоснабжение головного мозга и работа обоих его полушарий, повышается концентрация внимания, улучшается восприятие сенсорной информации.

Упражнения снимают умственную усталость, помогают сосредоточиться на запоминании новой информации и даже улучшают координацию движений. Кроме того, они способствуют расслаблению, снимают нервное напряжение (и очень полезны, кстати, гиперактивным, легковозбудимым людям, как взрослым, так и детям).

Каждое упражнение выполнять каждой рукой по 20—30 секунд.
  •  Указательным и средним пальцами одной руки массировать точки над верхней губой (середина носогубной складки) и посередине под нижней губой. Ладонь другой руки в это время лежит на пупке. Одновременно с этим нужно  переводить взгляд в разных направлениях: влево-вверх и вправо-вниз и т.д. Затем поменять положение рук и повторить упражнение.  
  •     Указательный и средний пальцы одной руки поместить, чуть надавливая, под нижнюю губу. Пальцами другой руки в это же время массировать область копчика. Повторить упражнение, поменяв положение рук
  •  Ладонь одной руки положить на пупок. Пальцами другой руки массировать область копчика. Через 20—30 секунд положение рук поменять.


3720816_3 (40x40, 1Kb)Упражнение «Слон»

Это одно из наиболее интегрирующих упражнений «Гимнастики мозга» Пола Деннисона. Оно активизирует и балансирует всю целостную систему организма «интеллект—тело», улучшает концентрацию внимания.

Итак, ухо плотно прижать к плечу. Одновременно вытянуть одну руку, как хобот слона, и начать рисовать ею горизонтальную восьмерку, начиная от центра зрительного поля и идя вверх против часовой стрелки. Глаза следят за движениями кончиков пальцев. Затем поменять руки. Упражнение выполнять медленно, по 3—5 раз каждой рукой.

Мне очень нравится это упражнение, и я делаю его довольно часто в течение дня. Особенно интригует утверждение специалистов, что «Слон» позволяет выявить скрытые способности и расширить границы возможностей мозга.



четверг, 11 мая 2017 г.

В Украине есть целое мелкое море - Азовское, которое просто идеально подходит под такие проекты


Нидерланды запустили Gemini — вторую по мощности в мире шельфовую ветровую электростанцию

Один из крупнейших в мире морских ветряных парков запустили в Нидерландах. Речь о шельфовой ветряной электростанции Gemini в Северном море, состоящей из 150 турбин суммарной мощностью 600 МВт. Электростанция расположена в 85 км от берега. Ее мощностей должно быть достаточно, чтобы покрыть потребности в электроэнергии 785 тыс. домохозяйств.

Проект Gemini стоимостью $3 млрд был реализован канадской компанией Northland Power, производителем ветряных турбин Siemens Wind Power, голландским подрядчиком Van Oord, а также компанией по переработке отходов HVC.

Собственники называют Gemini крупнейшей в мире морской ветряной электростанции. Она действительно немного больше по размеру, чем первая часть британского ветряного парка London Array, запущенная в 2013 году и содержащая 141 ветряную турбину. А вот по мощности Gemini хоть и незначительно, но все же уступает London Array – 600 против 630 МВт. Иными словами, Gemini является второй в мире по мощности среди запущенных морских ветряных электростанцией.

На долю морского ветропарка Gemini будет приходиться около 13% возобновляемой энергии и примерно 25% всей энергии ветра, производимой в Нидерландах. К 2020 году правительство страны планирует довести долю «чистой» энергии в общем объеме потребляемой страной электроэнергии до 14%, а к 2050 году — полностью перейти на возобновляемую энергию.

Источник: phys.org и hightech.fm.

среда, 10 мая 2017 г.

Breast cancer cells spread in an already-armed mob

ON THE ROAD  Breast cancer cells may break away from the main tumor in clumps, already bearing most of the mutations that will drive cancer recurrence, a study suggests. Shown here is a cluster of circulating tumor cells (red) from a patient with breast cancer.

Most tumor-driving mutations are carried from original malignancy, study suggests

COLD SPRING HARBOR, N.Y. — When breast cancer spreads, it moves in gangs of ready-to-rumble tumor cells, a small genetic study suggests. Most of the mutations that drive recurrent tumors when they pop up elsewhere in the body were present in the original tumor, geneticist Elaine Mardis reported May 9 at the Biology of Genomes meeting.

For many types of cancer, it is the spread, or metastasis, of tumor cells that kills people. Because cancer that comes back and spreads after initial treatment is often deadlier than the original tumors, researchers thought most of the mutations in recurrent tumors happened after they spread. But the new findings contradict this assumption and may indicate ways to stop metastasis.

Mardis, of Nationwide Children’s Hospital in Columbus, Ohio, and colleagues collected recurrent breast tumors from 16 women who died after their cancer had spread to other parts of the body. Comparing the metastasized tumors with the original breast tumors, the researchers were surprised to learn that multiple, slightly genetically different cells from the original site had broken away together and established the new tumors.

Researchers used to think cancer spread when single cells slipped away and set up shop elsewhere. But recent research in mice suggested cancer cells migrate in groups (SN: 1/10/15, p. 9). The new study doesn’t provide direct evidence of this group migration in human cancer. But genetic similarities between metastasized and original tumors suggest that multiple cells move together to remote sites.

Only two women in the study had cancer-driving mutations — both in an estrogen receptor gene called ESR1 — in their recurrent tumors not seen in the original. All of the tumors that metastasized contained mutations in the TP53 gene. Such mutations could be a warning sign that a breast cancer is prone to spread, Mardis said.

Citations
E.R. Mardis et al. Genomic characterization of breast cancer progression. Biology of Genomes, Cold Spring Harbor, N.Y., May 9, 2017.
K.A. Hoadley et al. Tumor evolution in two patients with basal-like breast cancer: A retrospective genomics study of multiple metastases. PLOS Medicine. Vol. 13, December 6, 2016, p. e1002174. doi: 10.1371/journal.pmed.1002174.
Further Reading
S. Schwartz. Clusters of cancer cells get around by moving single file. Science News. Vol. 189, May 28, 2016, p. 10.
T.H. Saey. Cells in groups may promote cancer’s spread. Science News. Vol. 187, January 10, 2015, p. 9.

Амарант — настоящий хлеб славян


Как непостижимо прекрасна и загадочна природа! Смотришь на растение, думаешь, что это сорняк, а оказывается… Щирица, бархатник, аксамитник, петушиные гребешки, кошачий хвост, лисий хвост — названий у этого красавца предостаточно. Привычный для глаза любого дачника-огородника цветок амарант хранит величайшую тайну!

Мара — богиня смерти у древних славян. Амарант в буквальном переводе означает «отрицающий смерть», начальная буква «а» и имя страшной богини формируют волшебное слово, намекающее на бессмертие…
Когда-то амарант был основной пищей славянских народов. До реформ Петра I крестьяне и прочие работники отличались отменным здоровьем и были долгожителями. Почему же Петр запретил выращивать это растение и делать из него хлеб? Доподлинно неизвестно, к сожалению. И очень жаль, что всё так сложилось, люди слишком много потеряли, перестав питаться амарантом!

Семена амаранта

Чем больше ученые исследуют это растение, тем больше узнают потрясающих фактов. Уникальные качества семян и масла амаранта исследовал Николай Иванович Вавилов еще в 30-х годах XX столетия, но после его смерти многие работы были утеряны. Только сейчас мы заново знакомимся с этим природным лекарем!

ПОЛЕЗНЫЕ СВОЙСТВА АМАРАНТА

  1. Абсолютно все части растения содержат масло, крахмал, разнообразные витамины, микроэлементы, пектин, каротин, лизин, минеральные соли. В Японии амарант ценится за свой суперсостав так же высоко, как мясо кальмара!
Семена чудо-растения содержат ценное масло. Очень вкусно употреблять их в пищу в слегка поджаренном виде, по вкусу они напоминают кедровые орешки. Семена можно добавлять в любые мучные изделия, запеканки, торты.


Листья амаранта богаты витамином С, каротином, флавоноидами, солями кальция, калия, цинка, марганца. Их успешно применяют для лечения панкреатита, гастрита, сахарного диабета, при опухолях, заболеваниях почек и печени.
По вкусу листья подобны шпинату. Что можно из них приготовить? Суп, различные салаты, компот, чай, сироп, можно использовать листья как начинку для пирога и блинов. Вкуснейшая и безумно полезная еда!
Масло амаранта является источником сквалена, мощнейшего антиоксиданта. Недавно ученые выяснили, что сквален содержится в кожном секрете человека. Масло амаранта чудесно восстанавливает кожный покров, заживляет раны, этот продукт можно применять наружно и употреблять в пищу.
Экзема, грибковые заболевания, кожные инфекции: всё это вылечит бесподобное масло.
  1. Настои и отвары из амаранта останавливают кровь, лечат печень и сердце, желудочно-кишечные инфекции. Настоем растения лечат недержание мочи у детей.
  2. Сок амаранта и растертую зелень можно применять как лосьон, маску для лица или бальзам-ополаскиватель для волос. Биологически активные вещества действуют благотворно на кожный покров, омолаживают, придают волосам блеск и эластичность. Вот какой он, сорняк…
  3. Мука амаранта делается из семян. Этот продукт не содержит глютена, поэтому из такой муки получаются очень полезные изделия! Мука амаранта способствует снижению сахара в крови, помогает похудеть, положительно влияет на работу ЖКТ.





вторник, 9 мая 2017 г.

There are diseases hidden in ice, and they are waking up

Permafrost tundra in Siberia (Credit: Staffan Widstrand/naturepl.com)

Long-dormant bacteria and viruses, trapped in ice and permafrost for centuries, are reviving as Earth's climate warms


Throughout history, humans have existed side-by-side with bacteria and viruses. From the bubonic plague to smallpox, we have evolved to resist them, and in response they have developed new ways of infecting us.
We have had antibiotics for almost a century, ever since Alexander Fleming discovered penicillin. In response, bacteria have responded by evolving antibiotic resistance. The battle is endless: because we spend so much time with pathogens, we sometimes develop a kind of natural stalemate.
However, what would happen if we were suddenly exposed to deadly bacteria and viruses that have been absent for thousands of years, or that we have never met before?
We may be about to find out. Climate change is melting permafrost soils that have been frozen for thousands of years, and as the soils melt they are releasing ancient viruses and bacteria that, having lain dormant, are springing back to life.

Reindeer (Rangifer tarandus) migrating (Credit: Eric Baccega/naturepl.com)

In August 2016, in a remote corner of Siberian tundra called the Yamal Peninsula in the Arctic Circle, a 12-year-old boy died and at least twenty people were hospitalised after being infected by anthrax.
The theory is that, over 75 years ago, a reindeer infected with anthrax died and its frozen carcass became trapped under a layer of frozen soil, known as permafrost. There it stayed until a heatwave in the summer of 2016, when the permafrost thawed.
This exposed the reindeer corpse and released infectious anthrax into nearby water and soil, and then into the food supply. More than 2,000 reindeer grazing nearby became infected, which then led to the small number of human cases.
The fear is that this will not be an isolated case.

Permafrost in Svalbard (Credit: Wild Wonders of Europe/de la L/naturepl.com)

As the Earth warms, more permafrost will melt. Under normal circumstances, superficial permafrost layers about 50cm deep melt every summer. But now global warming is gradually exposing older permafrost layers.
Frozen permafrost soil is the perfect place for bacteria to remain alive for very long periods of time, perhaps as long as a million years. That means melting ice could potentially open a Pandora's box of diseases.
The temperature in the Arctic Circle is rising quickly, about three times faster than in the rest of the world. As the ice and permafrost melt, other infectious agents may be released.
"Permafrost is a very good preserver of microbes and viruses, because it is cold, there is no oxygen, and it is dark," says evolutionary biologist Jean-Michel Claverie at Aix-Marseille University in France. "Pathogenic viruses that can infect humans or animals might be preserved in old permafrost layers, including some that have caused global epidemics in the past."
In the early 20th Century alone, more than a million reindeer died from anthrax. It is not easy to dig deep graves, so most of these carcasses are buried close to the surface, scattered among 7,000 burial grounds in northern Russia.
However, the big fear is what else is lurking beneath the frozen soil.


Anthrax spores can survive for decades (Credit: Cultura RM/Alamy)

People and animals have been buried in permafrost for centuries, so it is conceivable that other infectious agents could be unleashed. For instance, scientists have discovered fragments of RNA from the 1918 Spanish flu virus in corpses buried in mass graves in Alaska's tundra. Smallpox and the bubonic plague are also likely buried in Siberia.
In a 2011 study, Boris Revich and Marina Podolnaya wrote: "As a consequence of permafrost melting, the vectors of deadly infections of the 18th and 19th Centuries may come back, especially near the cemeteries where the victims of these infections were buried."
For instance, in the 1890s there was a major epidemic of smallpox in Siberia. One town lost up to 40% of its population. Their bodies were buried under the upper layer of permafrost on the banks of the Kolyma River. 120 years later, Kolyma's floodwaters have started eroding the banks, and the melting of the permafrost has speeded up this erosion process.
In a project that began in the 1990s, scientists from the State Research Center of Virology and Biotechnology in Novosibirsk have tested the remains of Stone Age people that had been found in southern Siberia, in the region of Gorny Altai. They have also tested samples from the corpses of men who had died during viral epidemics in the 19th Century and were buried in the Russian permafrost.
The researchers say they have found bodies with sores characteristic of the marks left by smallpox. While they did not find the smallpox virus itself, they have detected fragments of its DNA.
Certainly it is not the first time that bacteria frozen in ice have come back to life.

Bacteria have been found dormant in Antarctic ice (Credit: Colin Harris/Era Images/Alamy)

In a 2005 study, NASA scientists successfully revived bacteria that had been encased in a frozen pond in Alaska for 32,000 years. The microbes, called Carnobacterium pleistocenium, had been frozen since the Pleistocene period, when woolly mammoths still roamed the Earth. Once the ice melted, they began swimming around, seemingly unaffected.

Two years later, scientists managed to revive an 8-million-year-old bacterium that had been lying dormant in ice, beneath the surface of a glacier in the Beacon and Mullins valleys of Antarctica. In the same study, bacteria were also revived from ice that was over 100,000 years old.
However, not all bacteria can come back to life after being frozen in permafrost. Anthrax bacteria can do so because they form spores, which are extremely hardy and can survive frozen for longer than a century.
Other bacteria that can form spores, and so could survive in permafrost, include tetanus and Clostridium botulinum, the pathogen responsible for botulism: a rare illness that can cause paralysis and even prove fatal. Some fungi can also survive in permafrost for a long time.
Some viruses can also survive for lengthy periods.

Mimivirus, an example of a giant virus (Credit: Science Photo Library/Alamy)

In a 2014 study, a team led by Claverie revived two viruses that had been trapped in Siberian permafrost for 30,000 years. Known as Pithovirus sibericum and Mollivirus sibericum, they are both "giant viruses", because unlike most viruses they are so big they can be seen under a regular microscope. They were discovered 100ft underground in coastal tundra.
Once they were revived, the viruses quickly became infectious. Fortunately for us, these particular viruses only infect single-celled amoebas. Still, the study suggests that other viruses, which really could infect humans, might be revived in the same way.
What's more, global warming does not have to directly melt permafrost to pose a threat. Because the Arctic sea ice is melting, the north shore of Siberia has become more easily accessible by sea. As a result, industrial exploitation, including mining for gold and minerals, and drilling for oil and natural gas, is now becoming profitable.
"At the moment, these regions are deserted and the deep permafrost layers are left alone," says Claverie. "However, these ancient layers could be exposed by the digging involved in mining and drilling operations. If viable virions are still there, this could spell disaster."
Giant viruses may be the most likely culprits for any such viral outbreak.
"Most viruses are rapidly inactivated outside host cells, due to light, desiccation, or spontaneous biochemical degradation," says Claverie. "For instance, if their DNA is damaged beyond possible repair, the virions will no longer be infectious. However, among known viruses, the giant viruses tend to be very tough and almost impossible to break open."


Neanderthals once lived in Siberia (Credit: The Natural History Museum/Alamy)

Claverie says viruses from the very first humans to populate the Arctic could emerge. We could even see viruses from long-extinct hominin species like Neanderthals and Denisovans, both of which settled in Siberia and were riddled with various viral diseases. Remains of Neanderthals from 30-40,000 years ago have been spotted in Russia. Human populations have lived there, sickened and died for thousands of years.

"The possibility that we could catch a virus from a long-extinct Neanderthal suggests that the idea that a virus could be 'eradicated' from the planet is wrong, and gives us a false sense of security," says Claverie. "This is why stocks of vaccine should be kept, just in case."
Since 2014, Claverie has been analysing the DNA content of permafrost layers, searching for the genetic signature of viruses and bacteria that could infect humans. He has found evidence of many bacteria that are probably dangerous to humans. The bacteria have DNA that encodes virulence factors: molecules that pathogenic bacteria and viruses produce, which increase their ability to infect a host.
Claverie's team has also found a few DNA sequences that seem to come from viruses, including herpes. However, they have not as yet found any trace of smallpox. For obvious reasons, they have not attempted to revive any of the pathogens.
It now seems that pathogens cut off from humans will emerge from other places too, not just ice or permafrost.


The crystals in the Naica cave (Credit: SOTK2011/Alamy)

In February 2017, NASA scientists announced that they had found 10-50,000-year-old microbes inside crystals in a Mexican mine.

The bacteria were located in the Cave of the Crystals, part of a mine in Naica in northern Mexico. The cave contains many milky-white crystals of the mineral selenite, which formed over hundreds of thousands of years.
The bacteria were trapped inside small, fluid pockets of the crystals, but once they were removed they revived and began multiplying. The microbes are genetically unique and may well be new species, but the researchers are yet to publish their work.
Even older bacteria have been found in the Lechuguilla Cave in New Mexico, 1,000ft underground. These microbes have not seen the surface for over 4 million years.\


Selenite formations in Lechuguilla Cave (Credit: Paul D. Stewart/naturepl.com)

The cave never sees sunlight, and it is so isolated that it takes about 10,000 years for water from the surface to get into the cave.

Despite this, the bacteria have somehow become resistant to 18 types of antibiotics, including drugs considered to be a "last resort" for fighting infections. In a study published in December 2016, researchers found that the bacteria, known as Paenibacillus sp. LC231, was resistant to 70% of antibiotics and was able to totally inactivate many of them.
As the bacteria have remained completely isolated in the cave for four million years, they have not come into contact with people or the antibiotic drugs used to treat human infections. That means its antibiotic resistance must have arisen in some other way.
The scientists involved believe that the bacteria, which does not harm humans, is one of many that have naturally evolved resistance to antibiotics. This suggests that antibiotic resistance has been around for millions or even billions of years.


Permafrost on the Tibetan plateau (Credit: Gertrud & Helmut Denzau/naturepl.com)

Obviously, such ancient antibiotic resistance cannot have evolved in the clinic as a result of antibiotic use.
The reason for this is that many types of fungi, and even other bacteria, naturally produce antibiotics to gain a competitive advantage over other microbes. That is how Fleming first discovered penicillin: bacteria in a petri dish died after one became contaminated with an antibiotic-excreting mould.
In caves, where there is little food, organisms must be ruthless if they are to survive. Bacteria like Paenibacillus may have had to evolve antibiotic resistance in order to avoid being killed by rival organisms.
This would explain why the bacteria are only resistance to natural antibiotics, which come from bacteria and fungi, and make up about 99.9% of all the antibiotics we use. The bacteria have never come across man-made antibiotics, so do not have a resistance to them.
"Our work, and the work of others, suggests that antibiotic resistance is not a novel concept," says microbiologist Hazel Barton of the University of Akron, Ohio, who led the study. "Our organisms have been isolated from surface species from 4-7 million years, yet the resistance that they have is genetically identical to that found in surface species. This means that these genes are at least that old, and didn't emerge from the human use of antibiotics for treatment."
Although Paenibacillus itself is not harmful to humans, it could in theory pass on its antibiotic resistance to other pathogens. However, as it is isolated beneath 400m of rock, this seems unlikely.
Nevertheless, natural antibiotic resistance is probably so prevalent that many of the bacteria emerging from melting permafrost may already have it. In line with that, in a 2011 study scientists extracted DNA from bacteria found in 30,000-year-old permafrost in the Beringian region between Russia and Canada. They found genes encoding resistance to beta-lactam, tetracycline and glycopeptide antibiotics.
How much should we be concerned about all this?
One argument is that the risk from permafrost pathogens is inherently unknowable, so they should not overtly concern us. Instead, we should focus on more established threats from climate change. For instance, as Earth warms northern countries will become more susceptible to outbreaks of "southern" diseases like malaria, cholera and dengue fever, as these pathogens thrive at warmer temperatures.
The alternative perspective is that we should not ignore risks just because we cannot quantify them.
"Following our work and that of others, there is now a non-zero probability that pathogenic microbes could be revived, and infect us," says Claverie. "How likely that is is not known, but it's a possibility. It could be bacteria that are curable with antibiotics, or resistant bacteria, or a virus. If the pathogen hasn't been in contact with humans for a long time, then our immune system would not be prepared. So yes, that could be dangerous."
  • By Jasmin Fox-Skelly