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

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

Электричество атмосферного пограничного слоя — давний предмет познания

Наука и жизнь
5 блестящих фактов о волосах 5 блестящих фактов о волосах

Узнай, какие секреты скрывает твоя шевелюра

Maxim
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
Осел в небе, или Новые рекорды. Алексей Шупляков: «Триумфы» Осел в небе, или Новые рекорды. Алексей Шупляков: «Триумфы»

Дебютный рассказ Алексея Шуплякова «Оптицевание»

СНОБ
За люриком под парусами За люриком под парусами

Репортаж с архипелага Новая Земля

Наука и жизнь
Ребенка мне родила подруга: как я стала мамой, несмотря на страх перед родами Ребенка мне родила подруга: как я стала мамой, несмотря на страх перед родами

Наша героиня не захотела доверить роды... своей подруге

Cosmopolitan
Водородный разворот Водородный разворот

Как устроена водородная энергетика и чем «водоробус» лучше электробуса

Популярная механика
Галстук с ослами: на что намекает одежда Байдена и лидеров других стран Галстук с ослами: на что намекает одежда Байдена и лидеров других стран

Вещи политиков и глава государств с тайными смыслами

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

История экзотического фрукта гуавы

Наука и жизнь
«Азбука вкуса» перешла на бумажные крышки для кофе «Азбука вкуса» перешла на бумажные крышки для кофе

Продуктовый ретейлер «Азбука вкуса» отказался от пластиковых крышек для кофе

Inc.
Бабочка барония — живое ископаемое Бабочка барония — живое ископаемое

Живых представителей древних видов бабочек можно встретить и по сей день

Наука и жизнь
В мире детства В мире детства

Делимся с нашими читателями беспроигрышными способами развлечь ребенка

Лиза
Жажда правды Жажда правды

Журналистское расследование, открывшее миру голодомор

Дилетант
Шахматы с голубем: почему не надо спорить с теми, кто обвиняет жертву насилия Шахматы с голубем: почему не надо спорить с теми, кто обвиняет жертву насилия

Ни одно преступление против женщины не обходится без обвинений жертвы

Cosmopolitan
Драма 1921 года Драма 1921 года

Страшные подробности царь-голода в Советской России 1921 года

Дилетант
«Я и Брэдли очень строгие»: Ирина Шейк о воспитании 4-летней дочери от Купера «Я и Брэдли очень строгие»: Ирина Шейк о воспитании 4-летней дочери от Купера

Ирина Шейк рассказала об отношениях с бывшим возлюбленным и их ребенком

Cosmopolitan
Город бомбы Город бомбы

Из истории американского атомограда

Вокруг света
5 книг о том, как «обезвредить» психопата и помочь близким с пограничным расстройством личности 5 книг о том, как «обезвредить» психопата и помочь близким с пограничным расстройством личности

5 книг, в которых вы найдете приемы и техники психологической самопомощи

Популярная механика
Как повысить эмоциональный интеллект у детей — три совета от нейробиологов Как повысить эмоциональный интеллект у детей — три совета от нейробиологов

Как развивать эмоциональный интеллект у детей

Inc.
5 секретов красоты японок, которые позволят тебе выглядеть моложе 5 секретов красоты японок, которые позволят тебе выглядеть моложе

Выглядеть моложе своего возраста — одна из особенностей азиатской красоты

VOICE
Mind the gap. Миф о неравенстве оргазмов Mind the gap. Миф о неравенстве оргазмов

Требует ли количество оргазмов уравнения между мужчинами и женщинами?

СНОБ
Могут ли существовать первичные черные дыры размером с атом Могут ли существовать первичные черные дыры размером с атом

Может ли темная материя являться скоплением первичных черных дыр

Популярная механика
Разлив озер внутри кратеров на древнем Марсе вызывал огромные наводнения: новое исследование Разлив озер внутри кратеров на древнем Марсе вызывал огромные наводнения: новое исследование

Марс был настолько влажным, что его ландшафт изменялся от проточной воды

Популярная механика
«Чувствуешь ли ты, что в чем-то до сих пор виноват?» Психолог Александр Рязанцев — о том, как пережить утрату «Чувствуешь ли ты, что в чем-то до сих пор виноват?» Психолог Александр Рязанцев — о том, как пережить утрату

Отрывок из книги Александра Рязанцева — о стадиях и способах переживания горя

СНОБ
«Почему я не хочу читать дочери сказку про Золушку» «Почему я не хочу читать дочери сказку про Золушку»

Золушка не та, за кого себя выдает, а ее успех построен на умелых манипуляциях

Psychologies
Двое в комнате Двое в комнате

История шедевра Яна Вермеера

Robb Report
Часы войны Часы войны

Именно войнам мы обязаны появлением наручных часов

Вокруг света
Без маски. Игорь Свинаренко: «Тайна исповеди» Без маски. Игорь Свинаренко: «Тайна исповеди»

Новая книга журналиста Игоря Свинаренко рассказывает о XX веке.

СНОБ
Стоп-менеджер Стоп-менеджер

Почему тебя до сих пор не повышают? Есть пять вероятных причин

Cosmopolitan
Черенковское излучение предложили ловить фотонными кристаллами Черенковское излучение предложили ловить фотонными кристаллами

Физики предложили модификацию черенковского детектора

N+1
Открыть в приложении