Биомиметика черпает у насекомых идеи: от разработки тканей до создания роботов

Наука и жизньНаука

Бактерии на службе у насекомых

Кандидат биологических наук Юлия Закалюкина, Николай Павлов, Московский государственный университет им. М . В. Ломоносова

Самка пчелиного волка Philanthus triangulum со своей жертвой

Насекомые начали своё эволюционное шествие более 479 млн лет назад. За этот внушительный срок они смогли сделать поистине уникальные «изобретения», которые мы успешно у них заимствуем. Неизвестно, как сложилась бы судьба человечества, если бы люди не научились добывать пчелиный мёд, который долгое время служил единственным источником концентрированных сахаров, особенно ценных для развития крупного головного мозга гоминид. А шёлк, один из продуктов жизнедеятельности насекомых, разве не оказал огромное влияние на мировую историю? Ведь именно он способствовал возникновению Великого шёлкового пути, связавшего между собой две части света: Европу и Азию. Одна из новых и перспективных областей науки — биомиметика — активно черпает у насекомых идеи: от разработки новых промышленных материалов, тканей, косметики, красок до создания биороботов.

Необходимость приспосабливаться к изменчивым условиям среды и осваивать различные экологические ниши послужила стимулом для развития у насекомых разнообразных морфологических форм, моделей поведения и видов социальной организации. Но особенно впечатляют «производственные» достижения многих общественных насекомых: например, архитектурные шедевры муравьёв и термитов, обладающих «социальным интеллектом»; мастерство ос и пчёл, которые наладили производство строительных материалов для своих гнёзд на основе растительных остатков, а с некоторых пор даже перешли на использование пластика. Можно вспомнить даже оборонные технологии, какими, например, обладает жук-бомбардир, способный обстреливать врага стоградусной жидкостью из отверстия в брюшке.

Кроме того, насекомые задолго до человечества предвосхитили расцвет так называемой эры антибиотиков в фармакологии. Они уже десятки миллионов лет используют антибиотики как оружие в борьбе с патогенами, приручив, а иногда и буквально привязав к себе их продуцентов — скромных грамположительных прокариот филума Actinobacteria.

Электронная микрофотография цепочек спор Streptomyces albidoflavus A10.

«Лучистые грибки», или мицелиальные бактерии

Актинобактерии, или, как их раньше называли, актиномицеты — разнообразная группа грамположительных прокариот, многие из которых образуют мицелий, внешне подобный грибному, только гораздо тоньше — толщиной в среднем около одного микрона. Способность использовать в качестве питания «трудноперевариваемые» для многих других бактерий полимеры (пектин, хитин, целлюлозу) или довольствоваться крохами, остающимися после пиршества микроорганизмов-копиотрофов; сравнительная неприхотливость к внешним условиям (например, дефициту влаги); умение образовывать споры, помогающие переживать совсем уж неблагоприятные условия и расселяться, — всё это позволило актинобактериям занять своё место в наземных и водных экосистемах. При этом они обладают важным преимуществом перед остальными микробами: способностью к синтезу огромного разнообразия антибиотических веществ.

Актинобактерии производят две трети всех ныне известных антибиотиков, хотя только сравнительно небольшая их часть используется в медицине, в том числе как противоопухолевые, иммуносупрессорные и противопаразитарные вещества.

Такая способность делает актинобактерий весьма желанными партнёрами для ассоциаций с другими организмами, в том числе с насекомыми. Многие виды насекомых существуют в постоянном контакте с почвой, разлагающимися органическими субстратами — это требует от них особых мер защиты от нежелательных или опасных микроорганизмов, населяющих данные местообитания. Один из наиболее эффективных способов такой защиты — «ношение» при себе актинобактерий. Проживание этих мицелиальных прокариот на кутикуле насекомых, где они могут продуцировать антибиотики, ограждающие своих шестиногих хозяев от патогенов, — явление, получившее название защитного эктосимбиоза, — возможно и есть секрет эволюционного успеха насекомых!

Волк в осиной шкуре

Пчелиный волк… Столь грозное прозвище оса Philanthus triangulum из семейства песочных ос заслужила благодаря своей привычке нападать и утаскивать в своё логово медоносных пчёл, увлечённых сбором нектара. Внезапная атака, удар ядовитым жалом — и вот уже оса, сжимая парализованную пчелу в объятиях, мчится к своей норке, вырытой загодя во влажной земле. Там, на метровой глубине, в темноте и прохладе среди усыплённых пчёл вскоре будет торжественно отложено яичко, из которого предстоит вылупиться голодному «пчелиному волчонку».

По осиному обычаю, мамы не будет рядом, когда это случится, но она успела предусмотреть всё, чтобы личинке ничего не угрожало: надёжно скрыть её от хищников и обеспечить пищей. Однако тёплая и влажная почва таит в себе весьма грозную опасность для юной личинки — микроорганизмы. Как предохранить от порчи мясные заготовки? Как защитить и саму осиную деточку от микробной хвори?

Оказывается, осиная мать предусмотрела и это. В железах, расположенных на антеннах у осы, обитают актинобактерии рода Streptomyces. Перед тем как отложить яичко, оса трётся усиками о потолок выводковой камеры — укрытия, построенного специально для потомства, и оставляет там капельки секрета, в которых находятся клетки стрептомицетов. После того как из яйца вылупится личинка и съест заготовленных матерью пчёл, она завернётся в кокон, попутно увлекая за собой и находящихся на потолке камеры актинобактерий. В течение всего зимнего периода стрептомицеты на поверхности кокона будут вырабатывать до девяти различных антибиотиков, воздействующих на любые патогенные микроорганизмы. И личинка может спокойно ждать лета — она под надёжной защитой.

Из грязи — в мази!

Обнаружение продуцентов новых антибиотиков у пчелиного волка побудило исследователей повнимательнее присмотреться и к другим осам. Строительство гнёзд из глины, складирование в них в качестве запасов пищи парализованных насекомых и длительное созревание личинки в замкнутой камере — эти особенности образа жизни так называемых грязевых, или роющих ос, несомненно, напоминают привычки пчелиных волков, а значит, и предрасполагают к поиску у них возможных «защитных» актинобактерий. Расчёт оказался верным: сотрудникам Гарвардской медицинской школы (Бостон, США) из особей Sceliphron caementarium удалось выделить несколько штаммов стрептомицетов, обладающих значительной антибиотической активностью, и в том числе описать новый антигрибной антибиотик сцелифролактам*.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Гёттинген на берегах Невы: Бесподобный учитель Пауль Эренфест Гёттинген на берегах Невы: Бесподобный учитель Пауль Эренфест

Кто такой Пауль Эренфест и что он сделал для физики?

Наука и жизнь
Неудачные свидания: мужчины о том, что помешало им продолжить отношения Неудачные свидания: мужчины о том, что помешало им продолжить отношения

Истории свиданий, которые перечеркнули надежду на будущее отношений

Psychologies
Атмосферное электричество — часть среды нашего обитания Атмосферное электричество — часть среды нашего обитания

Электричество атмосферного пограничного слоя — давний предмет познания

Наука и жизнь
Партнер не вовлечен в отношения: как быть? Партнер не вовлечен в отношения: как быть?

Откуда же берется слабая эмоциональная вовлеченность?

Psychologies
По следам суперпаводков Алтая По следам суперпаводков Алтая

Какая сила требовалась для того, чтобы создать огромные природные террасы?

Наука и жизнь
Ближе к народу: зачем бизнесу глубинное интервью с клиентом и почему не хватит опроса Ближе к народу: зачем бизнесу глубинное интервью с клиентом и почему не хватит опроса

Почему бизнесу следует говорить с клиентами подолгу

Forbes
Водородный разворот Водородный разворот

Как устроена водородная энергетика и чем «водоробус» лучше электробуса

Популярная механика
Сиа, Бен Аффлек, Майли Сайрус: кто признал алкоголизм и смог завязать Сиа, Бен Аффлек, Майли Сайрус: кто признал алкоголизм и смог завязать

Кто из знаменитостей отказался от разрушительной привычки

РБК
Гуайява, сладкий плод с экзотическим ароматом Гуайява, сладкий плод с экзотическим ароматом

История экзотического фрукта гуавы

Наука и жизнь
На пути к прогрессу На пути к прогрессу

Стоит ли отменять запрет на выращивание ГМ-культур в России

Агроинвестор
Радужные плёнки: наблюдения и опыты Радужные плёнки: наблюдения и опыты

Как радужная плёнка появляется на разных предметах?

Наука и жизнь
Простой атомный маятник поможет построить теорию всего Простой атомный маятник поможет построить теорию всего

Как физики пытались подружить четыре взаимодействия

Популярная механика
Сила света Сила света

Как устроена индустрия световых шоу и инсталляций

Популярная механика
Как преодолеть языковый барьер и заговорить на иностранном, как на родном Как преодолеть языковый барьер и заговорить на иностранном, как на родном

Откуда берется «языковая тревожность» и как ее побороть

Psychologies
Будущее стратегической авиации: B-21 против ПАК ДА Будущее стратегической авиации: B-21 против ПАК ДА

В России и США разрабатываются новые модели стратегических бомбардировщиков

Популярная механика
Одомашнивание: новый цикл Одомашнивание: новый цикл

До конца нынешнего десятилетия произойдет очередная революция

Популярная механика
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Этот предприниматель учился бесплатно в 4 странах  ― как повторить его опыт Этот предприниматель учился бесплатно в 4 странах  ― как повторить его опыт

Образование предпринимателю не нужно, а если и нужно, то лучшее и дорогое?

Inc.
Дислексия: как распознать проблему и помочь ребенку Дислексия: как распознать проблему и помочь ребенку

Что такое дислексия и как помочь ребенку с ней справиться

Psychologies
«Иногда меня заказывают мужья»: мужчина-эскортник рассказал о своей жизни «Иногда меня заказывают мужья»: мужчина-эскортник рассказал о своей жизни

Каково это — быть современным жигало и почему женщины предпочитают «содержанок»

Cosmopolitan
Палеопатологи впервые описали синдром Тричера Коллинза у средневековой женщины Палеопатологи впервые описали синдром Тричера Коллинза у средневековой женщины

Синдромом Тричера Коллинза не мешал женщине быть интегрированной в общество

N+1
«Люди врут, чтобы понравиться»: как сценарист Майкл Левитон перестал говорить правду «Люди врут, чтобы понравиться»: как сценарист Майкл Левитон перестал говорить правду

Сценарист Майкл Левитон: почему правда — не лучший помощник

Forbes
Квантовая теория против гравитации: неужели они в самом деле так отличаются? Квантовая теория против гравитации: неужели они в самом деле так отличаются?

Как примирить два противоречивых столпа современной физики?

Популярная механика
Рак легких у некурящих разделили на три подтипа по характеру мутаций Рак легких у некурящих разделили на три подтипа по характеру мутаций

Три мутации рака легких у некурящих

N+1
Абьюз 80 уровня: девушка оказалась в инвалидной коляске из-за ревнивого бывшего Абьюз 80 уровня: девушка оказалась в инвалидной коляске из-за ревнивого бывшего

Парень сбросил девушке на спину бетонную плиту, а затем покончил с собой

Cosmopolitan
Фальсификатор будущего: как не попасться на новую манипуляцию мужчин Фальсификатор будущего: как не попасться на новую манипуляцию мужчин

Что может быть прекраснее, чем обсуждение совместных планов на будущее?

Cosmopolitan
Миф, труд, Ральф Миф, труд, Ральф

Как Ральфу Лорену удается придумывать новую жизнь для себя уже 50 лет

Harper's Bazaar
Бумажная волокита Бумажная волокита

Полезные идеи по обмену, сбору и переработке ненужных книг, газет и журналов

Лиза
Открытие. Imanbek Открытие. Imanbek

Imanbek вспоминает, как сделал трек за два часа и получил «Грэмми»

GQ
Невечный покой Невечный покой

Истории людей, переживших клиническую смерть

Psychologies
Открыть в приложении