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

6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
В корне проблемы В корне проблемы

Самые актуальные вопросы о красоте волос

Лиза
Распилить все поровну Распилить все поровну

Мадагаскар – одна из беднейших стран в мире

Вокруг света
Настраиваем VPN сразу на роутере: как это сделать? Настраиваем VPN сразу на роутере: как это сделать?

Зачем устанавливать VPN сразу на роутер и как это сделать?

CHIP
Водородный разворот Водородный разворот

Как устроена водородная энергетика и чем «водоробус» лучше электробуса

Популярная механика
Что такое кодирование от алкоголизма: способы, риски и мифы Что такое кодирование от алкоголизма: способы, риски и мифы

Самые популярные способы лечения алкоголизма

Популярная механика
Атмосферное электричество — часть среды нашего обитания Атмосферное электричество — часть среды нашего обитания

Электричество атмосферного пограничного слоя — давний предмет познания

Наука и жизнь
Довлатов как он был. Фрагмент книги «Сергей Довлатов. Фотографии. Очерки и воспоминания» Марка Сермана Довлатов как он был. Фрагмент книги «Сергей Довлатов. Фотографии. Очерки и воспоминания» Марка Сермана

Фотографии и тексты Марка Сермана о Сергее Довлатове

Esquire
По следам суперпаводков Алтая По следам суперпаводков Алтая

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

Наука и жизнь
Астрономы рассказали, где искать таинственную Девятую планету Астрономы рассказали, где искать таинственную Девятую планету

Предполагаемая Девятая планета скрывается на внешнем краю Солнечной системы

Популярная механика
Бабочка барония — живое ископаемое Бабочка барония — живое ископаемое

Живых представителей древних видов бабочек можно встретить и по сей день

Наука и жизнь
Эндометриоз: как вовремя выявить болезнь и избавиться от симптомов Эндометриоз: как вовремя выявить болезнь и избавиться от симптомов

Эндометриоз: на что обратить внимание и когда не обойтись без помощи врачей?

РБК
Переход на водород Переход на водород

Решения для широкого использования водорода как топлива уже существуют

Наука
Удивительные сексуальные нравы Галантного века во Франции Удивительные сексуальные нравы Галантного века во Франции

Версальский двор — это главные затейники науки любви XVIII века

Maxim
Настройтесь на ритм сердца Настройтесь на ритм сердца

Хотите распрощаться с вредными привычками и заменить их более здоровыми?

Yoga Journal
6 причин, почему Mazda 6 — самая важная модель бренда 6 причин, почему Mazda 6 — самая важная модель бренда

Что такого особенно в Mazda 6?

Maxim
Цветы зла Цветы зла

Главное оружие растений – яд. Даже если это растение банальная картошка

Вокруг света
Над устрицами тоже плачут. Отрывок из книги Алексея Тарханова «До востребования, Париж» Над устрицами тоже плачут. Отрывок из книги Алексея Тарханова «До востребования, Париж»

Отрывок из книги Алексея Тарханова о Париже

СНОБ
Исследование: Взрыв метеорита уничтожил два крупных города на Ближнем Востоке 3,5 тысячи лет назад Исследование: Взрыв метеорита уничтожил два крупных города на Ближнем Востоке 3,5 тысячи лет назад

Над городом Телль-эль-Хаммам взорвался метеорит в 1650 году до нашей эры

TJ
Когда в России появилось мороженое? Когда в России появилось мороженое?

Именно в СССР появились всем знакомые виды мороженого

Культура.РФ
Катализатор: зачем нужен, можно ли ездить без него и как пройти техосмотр Катализатор: зачем нужен, можно ли ездить без него и как пройти техосмотр

Стоит ли избавляться от автомобильного катализатора, какие плюсы и в чем подвох?

РБК
Палеонтологи диагностировали кариес у приматов возрастом 54 миллиона лет Палеонтологи диагностировали кариес у приматов возрастом 54 миллиона лет

От кариеса страдали 7,48 процента особей вида Microsyops latidens

N+1
«Сколько надо — столько и нарисуют, никто им не указ». Политолог Дмитрий Орешкин о фальсификациях на выборах в Госдуму «Сколько надо — столько и нарисуют, никто им не указ». Политолог Дмитрий Орешкин о фальсификациях на выборах в Госдуму

Чем запомнились выборы в Госдуму-2021

СНОБ
Московское криохранилище в опасности: владельцы не поделили замороженные тела Московское криохранилище в опасности: владельцы не поделили замороженные тела

Конфликт между собственниками способен погубить развитие технологии в России

National Geographic
Нежелательный матрас: как МВД и «Мужское государство» воюют за чистоту русской нации Нежелательный матрас: как МВД и «Мужское государство» воюют за чистоту русской нации

Борьба с русофобией достигла новых высот

Forbes
Хрустят запорошенные страницы: почему «Дюна» Дени Вильнева не передает всю сложность фантастической литературы Хрустят запорошенные страницы: почему «Дюна» Дени Вильнева не передает всю сложность фантастической литературы

Почему на экранизацию «Дюны» не стоит возлагать надежд?

Esquire
Российские биологи определили механизм спаривания половых хромосом птиц Российские биологи определили механизм спаривания половых хромосом птиц

Механизмы объединения половых хромосом оказали схожими для девяти видов птиц

N+1
Да, я Хофманнита Да, я Хофманнита

HOFMANNITA — о женской хип-хоп-сцене, рехабе и чувстве недооцененности

Собака.ru
5 токсичных установок, мешающих нам заниматься творчеством 5 токсичных установок, мешающих нам заниматься творчеством

У многих из нас есть творческие барьеры, через которые пора перешагнуть

GQ
Флюороз: инструкция по спасению «пятнистых» зубов Флюороз: инструкция по спасению «пятнистых» зубов

Что собой представляет флюороз и как предупредить это некрасивое заболевание?

Cosmopolitan
Открыть в приложении