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

Автобудущее Автобудущее

Мы находимся на пороге одних из самых быстрых перемен в работе транспорта

Популярная механика
Психологи рассказали, как стать счастливее Психологи рассказали, как стать счастливее

Что такое хорошая жизнь и зачем нужно смотреть на себя со стороны

Inc.
Распилить все поровну Распилить все поровну

Мадагаскар – одна из беднейших стран в мире

Вокруг света
Полжизни в одной компании. История Саши Шкурко — главы отдела технологий продуктовых систем «Тинькофф» Полжизни в одной компании. История Саши Шкурко — главы отдела технологий продуктовых систем «Тинькофф»

Саша Шкурко проработала в одной компании 19 лет и построила карьеру мечты

СНОБ
По следам суперпаводков Алтая По следам суперпаводков Алтая

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

Наука и жизнь
Осел в небе, или Новые рекорды. Алексей Шупляков: «Триумфы» Осел в небе, или Новые рекорды. Алексей Шупляков: «Триумфы»

Дебютный рассказ Алексея Шуплякова «Оптицевание»

СНОБ
Дрессировка кошек Шрёдингера в промышленных масштабах Дрессировка кошек Шрёдингера в промышленных масштабах

Явление сверхпроводимости было открыто больше ста лет назад

Наука и жизнь
Красные флажки: как на первом свидании понять, что он опасен Красные флажки: как на первом свидании понять, что он опасен

Некоторые мужчины могут испортить тебе жизнь. Как их определить?

Cosmopolitan
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
Самцов кальмаров заподозрили в заботе о потомстве Самцов кальмаров заподозрили в заботе о потомстве

Самцы кальмаров заинтересовались условиями, в которых будет расти их потомство

N+1
Атмосферное электричество — часть среды нашего обитания Атмосферное электричество — часть среды нашего обитания

Электричество атмосферного пограничного слоя — давний предмет познания

Наука и жизнь
Платье в аренду, ноутбук по подписке: кто зарабатывает на шеринг-экономике Платье в аренду, ноутбук по подписке: кто зарабатывает на шеринг-экономике

Подписка на вещи становится новым способом потребления

Inc.
Дорога в «парадиз» Дорога в «парадиз»

В августе 1700 года Пётр начал, без объявления, войну со Швецией

Дилетант
Пропил этил Пропил этил

История встречи, любви и расставания мужчины и стакана

Men’s Health
Переход на водород Переход на водород

Решения для широкого использования водорода как топлива уже существуют

Наука
Осеннее равноденствие — 2021: как правильно подготовиться к долгой зиме Осеннее равноденствие — 2021: как правильно подготовиться к долгой зиме

В осенней части года тоже есть свое очарование и прелесть

Cosmopolitan
Изобрести колесо Изобрести колесо

Люди шли к изобретению колеса не одно тысячелетие

Вокруг света
Сиди без еды: 5 бонусов интервального голодания (не считая потери веса) Сиди без еды: 5 бонусов интервального голодания (не считая потери веса)

Рассматриваем систему интервального голодания подробнее

Cosmopolitan
Без маски. Игорь Свинаренко: «Тайна исповеди» Без маски. Игорь Свинаренко: «Тайна исповеди»

Новая книга журналиста Игоря Свинаренко рассказывает о XX веке.

СНОБ
Секс лечит насморк, а борода нужна для защиты: все лаутераты Шнобелевской премии — 2021 Секс лечит насморк, а борода нужна для защиты: все лаутераты Шнобелевской премии — 2021

Ты мог бы прожить и без этих открытий, но разве это можно назвать жизнью?

Maxim
Генетики выявили три предковые группы современных японцев Генетики выявили три предковые группы современных японцев

Ученые секвенировали 12 древних геномов

N+1
Как нами манипулируют. Разбираем распространенные риторические уловки Как нами манипулируют. Разбираем распространенные риторические уловки

Разбираем словесные приемы и неэтичные риторические установки

Inc.
Что может превратить человека в чудовище? Репортаж со съемок сериала «Самка богомола». Эксклюзив «Сноба» Что может превратить человека в чудовище? Репортаж со съемок сериала «Самка богомола». Эксклюзив «Сноба»

«Самка богомола» — проект о психических травмах, которые могут изменить человека

СНОБ
От Дюрера до Матисса От Дюрера до Матисса

Краткий экскурс в историю европейского рисунка XV–XX веков

Культура.РФ
Лишний воздух Лишний воздух

Отрыжка – мелкая неприятность, которая способна испортить жизнь

Здоровье
Ерунда и токсичный коллектив: почему молодые стали чаще увольняться и как их удержать Ерунда и токсичный коллектив: почему молодые стали чаще увольняться и как их удержать

Почему сотрудники все чаще покидают компании в поисках более интересной работы

Forbes
Ноль реакции: кому и когда нужна гипоаллергенная диета Ноль реакции: кому и когда нужна гипоаллергенная диета

В чем суть гипоаллергенной диеты и для чего она нужна

РБК
В древнеегипетском городе Буто нашли коллекцию ритуальных предметов VII–VI веков до нашей эры В древнеегипетском городе Буто нашли коллекцию ритуальных предметов VII–VI веков до нашей эры

Археологи обнаружили предметы, связанные с культом богини Хатхор

N+1
20 простых способов позаботиться о себе 20 простых способов позаботиться о себе

Проявить нежность к себе проще, чем кажется

Psychologies
Знаки отличия Знаки отличия

Экологичная косметика: читаем этикетки

Cosmopolitan
Открыть в приложении