Нечеловеческая сила
Восемь суперспособностей, которые люди могут позаимствовать у животных
Кто же не хочет получить суперспособность? Видимо, об этом втайне мечтают и ученые, которые ищут способы дать человеку новые возможности. «РР» собрал восемь необычных существ, изучение которых может подарить нам фантастические умения. Возможно, недалек тот день, когда мы научимся продлевать жизнь и молодость, приобретем устойчивость к радиации, перестанем бояться бактериальных инфекций и начнем дышать под водой.
Считается, что зависть – стыдное чувство. Однако если бы им не обладали изобретатели, масса открытый так и не увидела бы свет. Желание летать, словно птица, привело к созданию самолётов, желание плавать как рыба – к аквалангам, ориентироваться в темноте, как кошка – к приборам ночного видения, а стрекоза когда-то вдохновила авиаконструктора Игоря Сикорского на создание вертолёта. Получается, зависть – двигатель прогресса, заставляющий нас стремиться к совершенству.
Сегодня исследователи пытаются воспроизвести уже не причудливые конструкции лап или крыльев представителей фауны, а куда более сложные механизмы, связанные с генами и молекулами в организмах живых существ. Удивительные секреты, которые хранят нестареющие землекопы и суперустойчивые тихоходки, спрятаны намного глубже, но, если у нас получится их разгадать, то и результаты будут фантастическими. Супергерои давно вокруг нас – осталось только понять, как они это делают.
1Вечно молодой, вечно голый
Супергерой: Голый землекоп
Суперспособность: Сопротивление старости
В чем секрет
Примерно 30 лет (может и больше, – даже это точно не известно) живут в лабораторных условиях голые землекопы – лысые млекопитающие грызуны из тёмных подземелий Африки. Очень похожие на них крысы уходят в лучший мир всего через два-три года жизни, максимум через пять лет, да и другие мелкие грызуны долго не живут. Не менее удивителен другой факт: землекопы почти не болеют раком, а смертность этих хладнокровных грызунов с возрастом не растёт, будто животные вовсе не умеют стареть.
Версий о том, как им это удаётся, у учёных несколько. Согласно одной из них, голые землекопы – подземные затворники, которые легко обходятся малыми дозами кислорода и живут совсем без света, а во-многом именно кислород и ультрафиолет приводят к поломкам в клеточной ДНК. Другая гипотеза о причине «вечной молодости» землекопов гласит, что в какой-то момент стареть для них стало эволюционно невыгодной стратегией.
Дело в том, что эти грызуны – единственные эусоциальные млекопитающие, которые ну никак не могут жить вне организованного сообщества, причём оно у них такое же сложное, как у пчёл или муравьёв. Эусоциальность подарила животным удивительную способность – быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды, поэтому частая смена поколений, для которой природа и создала старение и смерть, им уже не нужна.
Как стать супергероями
Команда учёных из НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ, где уже полтора года изучают землекопов, выдвинула еще одну интересную гипотезу: землекопы – это вечные дети, у которых не запускаются механизмы старения. Такой феномен называют неотенией, когда животное в течение всей жизни остаётся на стадии новорождённого: взрослые голые землекопы очень похожи на детёнышей крыc.
Что интересно, человек – тоже неотеническое существо. Взрослые люди даже внешне похожи на детёнышей шимпанзе, не говоря уже о поведении – любопытстве, способности легко учиться новому, любви к играм. Может тогда и нам удастся когда-нибудь приобрести эту особую форму вечной молодости? Не исключено, говорят исследователи, но эволюция – процесс небыстрый, поэтому, если это чудо и произойдёт само по себе, то не раньше, чем через несколько миллионов лет.
Но это совсем не значит, что «таблетку от старости» искать не стоит. В НИИ ФХБ изучают митохондрии землекопов – энергетические центры клеток, где с возрастом вырабатываются ядовитые вещества (активные формы кислорода, они же – свободные радикалы). Обычно чем существо старше – тем яда и разрушений от него больше. Но не у землекопов, ставших живым доказательством того, что жизнь без старения возможна.
Пока из самого грызуна эликсир бессмертия получить не удалось, но команда академика Владимира Скулачёва, декана факультета биоинженерии и биоинфоматики МГУ, создала молекулу SkQ1, возможно способную в определённых случаях замедлять старение. Антиоксидант доставляется в митохондрии и нейтрализует токсичные молекулы окислителей. Впрочем, надеяться лишь на один этот эликсир вряд ли стоит. Старение – процесс комплексный, который контролирует далеко не один механизм, значит и «таблетка от старости» должна действовать на множество процессов.
2Непробиваемый водяной медведь
Супергерой: Тихоходка
Суперспособность: Устойчивость к радиации
В чем секрет
Эти крохотные позвоночные существа размером около половины миллиметра завладели вниманием исследователей всего мира. Не только потому, что они похожи на трогательных неуклюжих медвежат, но и потому, что они невероятно устойчивы к самым разным экстремальным условиям. Тихоходку (по-английски «water bear» – водяной медведь) встречают буквально везде: на заснеженных горных вершинах, в знойных полупустынях, на прохладных альпийских лугах, в горячих источниках, на ледниках, в крохотных лужах на дорогах и в глубинах океанов.
Чтобы понять границы суперспособностей микроскопических мишек, учёные не раз проверяли этих животных на прочность. Оказалось, что они способны переносить охлаждение жидким гелием до температуры минус 271 градус по Цельсию, нагрев до 100 градусов, давление в 6000 атмосфер, условия открытого космоса в течение десяти дней, но самое интересное – около половины тихоходок выдерживают дозу радиоактивного излучения в 570 000 рентген. Смертельная доза для человека составляет в тысячу раз меньше – всего 400-500.
Как стать супергероями
Приблизится к тому, чтобы перенести радиационную устойчивость с тихоходок на людей, смогли японские исследователи из Токийского университета и Национального института генетики. Учёные захотели найти конкретные белки, отвечающие за эту суперспособность. Сначала они прочитали последовательность генома тихоходки Ramazzottius varieornatus — одного из самых живучих существ на планете, а потом поместили разные участки генома животного в модельные культуры клеток дрозофил и человека. После – проверили, повысилась ли у клеток устойчивость к ионизирующему излучению.
Исследователям удалось обнаружить новый ген Dsup, который кодирует белок, названный Damage suppressor – «подавляющий повреждения». Именно он каким-то образом защищает цепочки ДНК от разрывов, возникающих при сильной радиации. Как работает этот «суперклей» учёным пока непонятно, зато уже сейчас ясно, что если внедрить Dsup в геном модельной культуры клеток человека, то их устойчивость к радиации повысится на 40%
Конечно, один эксперимент – ещё не гарантия создания невидимого щита от радиации, но всё же это важный шаг на пути к разработке новой защиты от ионизирующего излучения. Так что же будет делать человек, обладающий такой суперспособностью? Конечно, отправится в космос, не боясь пострадать от космической радиации. Такая генная броня поможет нам в длительных межпланетных путешествиях, - призванных, к примеру, покорить Марс.
3Как такса в воде
Супергерой: Такса Николас или любая рыба
Суперспособность: Дышать под водой
В чем секрет
Чтобы понять, как дышат под водой рыбы, достаточно представить себе банку газировки, внутри которой растворены микроскопические пузырьки углекислого газа. Именно такими пузырьками, но кислорода, дышат рыбы, отфильтровывая их через жабры. Концентрация кислорода в воде заметно меньше, чем в воздухе. Рыбам этого хватает, а вот человеку, даже если представить, что у него есть жабры, такого количества не будет достаточно.
И всё же способ научить «воздуходышащих» существ получать кислород не из смеси газов, а из смеси жидкостей существует. Называется он «жидкостное дыхание». Почти фантастический эксперимент с участием таксы недавно показали тогда ещё вице-премьеру правительства России Дмитрию Рогозину и президенту Сербии Александру Вучичу. Сотрудники Фонда перспективных исследований затолкнули единственную в мире «таксу-амфибию» по имени Николас в узкий резервуар с водой, где после нескольких секунд замешательства, такса начала дышать. Потом собаку вытащили, она отряхнулась, выплюнула остатки жидкости и снова переключилась на привычное дыхание воздухом.
Как стать супергероями
Подобные эксперименты на людях хорошо знакомы фанатам фильма Джеймса Кэмерона «Бездна». Один из героев кинокартины собирается погрузиться на большую глубину и надевает скафандр, который заполняется прозрачной розовой жидкостью. Несколько секунд паники – и человек, который только что думал, будто захлебнётся, уверенно дышит без воздуха.
Первыми, кто не в кино, а в реальной жизни показал возможности жидкостного дыхания, стали Йоханнес Кильстра и его коллеги из Лейденского университета. В 1960-х годах они смогли заставить мышей в течение 18 часов дышать солевым раствором, обогащённым кислородом. Чуть позже Кильстра пытался сделать что-то подобное и с человеком: 49-летнему Фрэнку Фалейчику он залил в одно лёгкое раствор соли, чтобы посмотреть, как происходит газообмен. Фрэнк в отличие от мышей в результате выжил, правда, потом заболел пневмонией.
Сегодня самой подходящей жидкостью для подводного дыхания считают перфторуглеродные соединения – органические вещества, которые не накапливаются в организме, хорошо растворяют кислород и углекислый газ и, что очень важно, почти не вымывают сурфактант – вещество, не дающие лёгким «слипаться». Ими уже успели подышать и мыши, и кошки, и кролики, и Николас. Сегодня открытой информации об испытаниях этого метода на людях пока нет, однако главный российский разработчик технологии жидкостного дыхания Андрей Филиппенко после истории с таксой не раз отмечал, что пилотный эксперимент со здоровыми добровольцами можно начать уже в ближайшие месяцы.
Перспектив у использования технологии жидкостного дыхания немало: эвакуация подводников; аппараты для жидкостной вентиляции лёгких; скафандры с водой внутри, позволяющие космонавтам выдерживать большие перегрузки. Умение дышать под водой может помочь освоить новые пространства для жизни – на дне океанов и морей. Но методика существует уже почти 60 лет, и пока так и не стала широко применяться ни в одной из этих сфер. Учёные до сих пор думают, как же избавиться от последствий высокого давления во время глубоководных погружений, как должен выглядеть прибор для дыхания под водой, как заставить человека не захлёбываться во время перехода на жидкостное дыхание и как долго наши лёгкие вообще смогут перекачивать не воздух, а плотную и тяжёлую воду.
4Не болеющая грязнуля
Супергерой: Синяя мясная муха
Суперспособность: Устойчивость к бактериальным инфекциям
В чем секрет
Эти летающие существа живут в самых, с санитарной точки зрения, опасных местах: мусорных контейнерах, на грязных продуктовых рынках, в общественных туалетах или выгребных ямах. И хотя репутация у мясных мух противоречивая, всё же их удивительную способность невозможно игнорировать: насекомые буквально купаются в опасных бактериях, но при этом массово не гибнут от стафилококковых и стрептококковых инфекций.
Мухам крупно повезло: у них есть набор особых веществ пептидной природы, если точнее – семи групп белков, которые способны убивать микроорганизмы и разрушать сформированные ими биоплёнки. Ведь именно в такой форме патогены обычно прячутся от иммунной системы своего хозяина, образуя покровы на стенках кишечника, на зубах, в дыхательных путях и даже на клапанах сердца. Состоят биопленки из полимерного матрикса (говоря проще, слизи) и встроенных в него бактериальных клеток. Этот матрикс обычно и виноват в том, что действие антибиотиков оказывается неэффективным: в биоплёнках клетки «спят», а большинство современных антимикробных препаратов действует лишь на активно делящиеся клетки.
Как стать супергероями
Возможно, у учёных когда-нибудь получится заставить иммунную систему человека работать не хуже, чем у мух, но пока исследователи СПбГУ нашли другой способ подарить людям устойчивость к бактериальным инфекциям. Энтомологи из Лаборатории биофармакологии и иммунологии насекомых СПбГУ научились синтезировать мощные антибиотики прямо внутри личинок и делать из них средства для ухода за кожей. Если личинку заразить непатогенным штаммом кишечной палочки, эта прививка запускает в организме насекомого синтез антимикробных пептидов, а спустя сутки из неё уже можно собирать гемолимфу (кровь) с активными веществами, которые потом переводят в гелевую форму.
В конце прошлого века насекомые помогли исследователям создать ещё и противовирусное лекарство на основе пептида аллоферона. Лечение с его помощью прошли уже более двух миллионов больных с папиллома-вирусными, герпетическими инфекциями и среднетяжелыми формами гепатита В. Для самих же ученых аллоферон стал лишь отправной точкой в дизайне линейки гибридных молекул. Одна из таких молекул – пептид аллостатин, сочетающий в себе свойства природного аллоферона и иммуноглобулинов человека – показала хорошие результаты в борьбе с раком у лабораторных мышей и уже прошла доклинические испытания. Сегодня аллофероноподобные пептиды синтезируют химическим путем и их «насекомое» происхождение постепенно забывается, хотя изначально они были выделены всё из того же опарыша.
Разработки новых антибактериальных средств – это всегда возможность ещё немного отдалить тот момент, когда антибиотики совсем перестанут работать. К тому же, отмечают исследователи, стратегия, которую используют мясные мухи, заставляет учёных по-новому взглянуть на разработку таких лекарств. Если «естественные антибиотики» насекомых – это комплекс веществ, который работает, только если все его компоненты на своём месте, то, может быть, и антибиотики будущего должны стать сложными комбинациями из нескольких соединений, каждое из которых обладает уникальными свойствами, необходимыми для достижения желаемого результата?
5Видеть как Бэтмен
Супергерой: Летучая мышь
Суперспособность: Эхолокация
В чем секрет
В 1793 году итальянский натуралист Ладзаро Спалланцани обнаружил, что летучие мыши, в отличие от сов, прекрасно ориентируются в кромешной темноте. Чтобы разобраться, почему так происходит, он надевал на ночных животных светонепроницаемые колпаки, потом прозрачные шапочки, а затем даже ослеплял бедных зверьков, что, кстати, никак не помешало им уверенно летать в тёмной комнате. Годом позже швейцарский исследователь Шарль Жюрин решил залепить уши летучих мышей воском, после чего рукокрылые стали натыкаться на любые преграды. И Жюрин понял: летучие мыши «видят ушами».
В конце XVIII века никто ещё не знал о коротких ультразвуковых сигналах, поэтому над результатами натуралиста просто посмеялись. Правда открылась спустя полтора века, в 1938 году, благодаря американскому зоологу Дональду Гриффину. Вместе с Джорджем Пирсом и его детектором ультразвука он зафиксировал «голоса» летучих мышей, а назвать этот способ ориентации в пространстве учёные решили эхолокацией. Работает он достаточно просто: мыши издают ультразвуковые сигналы и улавливают их эхо, отражённое от предметов. Сегодня известно, что эхолокацию также используют дельфины, землеройки, некоторые птицы и тюлени.
Как стать супергероями
Способ первый – последовать примеру американца Рича Ли, который имплантировал себе в ушные раковины магниты, способные передавать звук. Изначально он сделал это, чтобы слушать музыку: благодаря системе, состоящей из аккумулятора, усилителя и катушки, он может заставлять магниты в своих ушах вибрировать и воспроизводить его любимые песни. Однако американец постепенно теряет зрение, поэтому магниты помогут ему ещё и ориентироваться в пространстве – нужно только подключить к системе ультразвуковой дальномер, и он сможет «слышать» преграды на своём пути почти так же, как летучая мышь.
Есть и второй способ, который не требует никаких особенных приспособлений, а только упорных тренировок. Методику придумал Дэниел Киш – специалист по эхолокации, который обучил тысячи слепых и слабовидящих людей ориентироваться в пространстве при помощи звуков. Суть метода проста: человек издаёт щёлкающие звуки и учится улавливать эхо, которое отражается от окружающих предметов. Благодаря технологии Киш научился ездить на велосипеде и ходить в походы, не говоря о самых простых бытовых процедурах – приготовлении еды и уборке в доме.
Дэниел вдохновил многих специалистов на изучение человеческой эхолокации: его мозг исследовали с помощью магнитно-резонансной томографии, чтобы понять, какие зоны активизируются во время необычной ориентации в пространстве. К тому же учёные проанализировала особенности распространения щёлкающих звуков и диапазон их частот у трёх опытных людей-эхолокаторов. Оказалось, что слышимая фаза щелчка составляет всего около трех миллисекунд, а распространение волн можно сравнить с направленным светом фонарика – оно более «точечное», чем человеческая речь.
6Сила притяжения
Супергерой: Тростниковая камышёвка или другая перелётная птица
Суперспособность: Магниторецепция
В чем секрет
Если человеку для поиска маршрута приходится пользоваться Яндекс-навигатором, гугл-картами или, в крайнем случае, бумажным автомобильным атласом, то вот у птиц эта система куда более продуманная. В арсенале пернатых находится сразу несколько видов «компасов»: днём они определяют положение сторон света по солнцу, ночью – по звёздам, иногда – с помощью обоняния, но трэвел-чутьё почти никогда не подводит птиц именно благодаря магнитному «компасу». Причём, как недавно показала международная группа исследователей на тростниковых камышёвках, птицы умеют не только отличать, где находится север и юг, но и ориентироваться по магнитному склонению – разнице в направлении на географический и на магнитный север. Так они понимают свои координаты не только по широте, но и по долготе.
Встроенный компас есть и у мигрирующих рыб – он тоже помогает им путешествовать. Магниторецепцию не так давно нашли и у лягушек, тритонов, червей, улиток и омаров. Известно, что даже некоторые бактерии способны ориентироваться по линиям магнитного поля Земли. А в позапрошлом году американский геофизик Джо Киршвинк на конференции в Королевском институте навигации в Лондоне представил результаты эксперимента, в котором на изменения магнитного поля реагирует человеческий мозг. Всё же научная статья так и не вышла, а в его исследованиях принимали участие всего около двух десятков человек – этого слишком мало, чтобы делать однозначные выводы.
Как стать супергероями
Животным магниторецепция помогает, в первую очередь, ориентироваться в пространстве во время длительных путешествий, а вот для человека эта суперспособность, как оказалось, интересна другим – она позволят чувствовать электромагнитные поля. Одним из первых, кто предложил внедрять в человеческий организм небольшие магниты, стал американец Стив Хаворт. Сегодня он известен как виртуозный модификатор человеческих тел: Хаворт придумал загонять под кожу различные причудливые фигурки из силикона, поэтому быстро стал кумиром среди мастеров по пирсингу и тату.
Магнит в силиконовой оболочке обычно имплантируют в руки – пальцы или ладони. Модификация позволяет притягивать небольшие металлические предметы, а в некоторых случаях – чувствовать, как работают, к примеру, трансформаторы или электромоторы. Эту идею быстро подхватили фанаты бодимодификации по всему миру, и сегодня особой формой магниторецепции обладает уже немало людей. Интересно, какие ощущения они описывают: будто статические поля похожи на лёгкое давление в области импланта, а переменные – на вибрацию или покалывание.
Вряд ли стоит всерьёз задумываться над тем, чтобы создать в своём организме магнитный компас, ведь функция геолокации сегодня есть в любом смартфоне, поэтому магнит в пальце – это скорее пока забавная игрушка, позволяющая чувствовать чем-то чуть большим, чем обычный человек.
7Биологическая «запаска»
Супергерой: Аксолотль
Суперспособность: Регенерация конечностей
В чем секрет
«Играющий в воде» – именно так с испанского переводится название симпатичной амфибии с тремя парами наружных жабр, которые похожи на волосатые розовые веточки. Аксолотль – это личинка саламандры, способная (как, кстати, и некоторые другие хвостатые амфибии и ракообразные) отращивать на месте старых лап новые. Эта загадка не даёт покоя биологам, ведь умение воссоздавать утраченные конечности или органы – путь если не к бессмертию, то, как минимум, к крепкому здоровью.
На месте, где ещё недавно была лапа или хвост, у аксолотлей скапливаются клетки, похожие на эмбриональные, у которых ещё нет специализации. Этот слой называется бластема – из него появятся утраченные мышцы, нервы, кости и другие ткани. Что интересно, чем примитивнее форма жизни – тем больше у неё способностей к регенерации, поэтому, к примеру, губки способны восстановить себя даже из небольшого кусочка.
Как стать супергероями
Высокоразвитым представителям Homo Sapiens доступен весьма скромный набор способностей: заживление ран на коже, срастание костей и регенерация тканей печени. Хотя каждый из нас умел восстанавливаться не хуже аксолотля в самом начале своей жизни – когда был эмбрионом. Вот почему многие исследователи уверены, что организм человека можно заставить вспомнить забытую программу регенерации, главное – найти её «включатель».
Сегодня учёные умеют запускать регенерацию, к примеру, у лягушек, воздействуя на биотоки – электрические явления, которые можно наблюдать в живых клетках. Профессор Тафтского университета в Бостоне Майкл Левин, меняя электрическое напряжение клеточных мембран, смог заставить пресноводных отращивать дополнительные лапки. Были эксперименты с пересадкой нервной ткани на место утраченных конечностей, которые тоже помогли лягушкам восстановиться, хотя и с разной степенью успеха.
Для людей же самой эффективной пока остаётся работа со стволовыми клетками: сегодня из них можно вырастить аналог кожи, роговицу, печень, ткани желудка, мышцы, даже сердечные клапаны и ушные раковины. Но всё-таки это не то же самое, что вырастить целую руку. Возможно, новые подсказки даст геном аксолотля, последовательность которого в начале года прочитали генетики из Германии и Австрии.
Пока это самый большой в мире собранный геном: он составляет 32 миллиарда оснований – в десять раз больше, чем у человека. Оказалось, что в ДНК аксолотля нет гена Pax3, который есть у многих других позвоночных и играет важную роль в эмбриональном развитии. К тому же в геноме амфибии встречаются очень длинные интроны – участки некодирующей ДНК. Возможно, изучение этих особенностей когда-нибудь поможет и человеку научиться повторять трюки аксолотлей.
8Ночной охотник
Супергерой: Гремучник
Суперспособность: Инфракрасное зрение
В чем секрет
Абсолютная темнота – не помеха для охоты, если кроме глаз у тебя есть датчики тепла. Такой суперспособностью обладают гремучие змеи, которых ещё называют ямкоголовыми – за два углубления, расположенных по бокам головы между ноздрёй и глазом. Эти терморецепторные ямки чувствительны к инфракрасному излучению и помогают гремучникам выслеживать птиц или мышей даже очень тёмной ночью. «Датчики» способны воспринимать довольно слабые колебания температуры – доли градуса Цельсия.
Как стать супергероями
Например, с помощью нейроимплантов. Учёные из Университета Дьюка решили научить лабораторных крыс распознавать инфракрасное излучение – часть спектра, в котором обычно не могут видеть млекопитающие. Сначала они вживили электрод в соматосенсорную кору мозга грызунов, которая отвечает за осязание, а на втором конце импланта установили сенсор, реагирующий на инфракрасный свет. Как только возникало излучение, электрод стимулировали нейроны животного, создавая у него ощущения. Сначала грызунам это не нравилось, но через 40 дней они привыкли и даже смогли найти с помощью инфракрасного света награду – миску с водой.
В своих следующих экспериментах американские исследователи имплантировали животным ещё три электрода, чтобы их восприятие ИК-света расширилось до 360 градусов. Теперь крысы смогли решить задачу с поиском воды за четыре дня. Но и на этом учёные из Университета Дьюка не остановились и вживили электроды не в соматосенсорную, а в зрительную кору. В итоге крысы научились всего за один день находить поилки с водой по инфракрасным источникам света – так быстро мозг приспособился к новым сигналам.
Подобные нейроимпланты в будущем могут расширить и человеческие возможности, ведь бионические глаза, обладающие инфракрасным зрением, пригодились бы самым разным специалистам: военным – выслеживать врага по тепловому следу, врачам – следить за током крови в организме пациента, даже искусствоведам – чтобы сканировать художественные полотна и, возможно, находить под ними скрытые наброски.
Фотографии: Benny Mazur/flickr.com/CC BY 2.0; Frank Fox/Mikrofoto.de/CC BY-SA 3.0; Сергей Мамонтов/РИА Новости; Steve Buissinne, jochemy/pixabay.com; Ron Knight/CC BY 2.0; Roselle Kingsbury/CC BY 2.0; Clinton & Charles Robertson/CC BY 2.0
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl