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

Не всякая поганка — гриб Не всякая поганка — гриб

Почему красивых и изящных водоплавающих птиц назвали поганками?

Наука и жизнь
Физики восстановили потерянную квантовую информацию о динамике молекулы азота Физики восстановили потерянную квантовую информацию о динамике молекулы азота

Физики предложили метод обработки данных о сверхбыстрой дифракции электронов

N+1
Наука и жизнь сто лет назад Наука и жизнь сто лет назад

Экспедиции к Северному полюсу и необычно сильные грозы сто лет назад

Наука и жизнь
Что нам нужно знать о повседневных психических расстройствах? Что нам нужно знать о повседневных психических расстройствах?

Книга о психике и ее заболеваниях

Psychologies
Фальшивый Чаадаев Фальшивый Чаадаев

Популярный портрет гусара Чаадаева является старой фальшивкой

Дилетант
Теплое течение Теплое течение

Что побуждает людей не просто помогать другим, а подчинять этому всю свою жизнь?

Лиза
Кудри на гвоздях, эпиляция пемзой: жуткие, но правдивые бьюти-истории из 90-х Кудри на гвоздях, эпиляция пемзой: жуткие, но правдивые бьюти-истории из 90-х

Как женщины наводили марафет в 90-х?

Cosmopolitan
Без побочных эффектов Без побочных эффектов

Почему антибиотики перестают помогать, и как снизить вред при их приеме

Лиза
Вокруг окна Вокруг окна

Ремонт и отделка оконных откосов

Идеи Вашего Дома
Никогда такого не было, и вот опять: как устроен ледокол «Виктор Черномырдин» Никогда такого не было, и вот опять: как устроен ледокол «Виктор Черномырдин»

Один из старейших ледоколов отправится на пенсию. Ему на смену уже вышел новый

Популярная механика
Ландшафт Марса может защитить колонистов от смертоносного излучения Ландшафт Марса может защитить колонистов от смертоносного излучения

Особенности марсианского рельефа могут существенно понизить угрозу облучения

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.
10 бесчеловечных экспериментов, о которых мечтают ученые 10 бесчеловечных экспериментов, о которых мечтают ученые

Мечты научного сообщества, от которых по коже бегут мурашки

Maxim
Нам нужна школа, где нет места буллингу Нам нужна школа, где нет места буллингу

Травля – одна из самых серьезных проблем в школе

Домашний Очаг
Потеряла 25 кг и мужа: как кетодиета разрушила мой брак Потеряла 25 кг и мужа: как кетодиета разрушила мой брак

Не все ожидают, что соблюдение диеты спровоцирует разрыв длительных отношений

Cosmopolitan
А вдруг уволят?.. А вдруг уволят?..

Страх потерять работу может быть cтимулом или помехой в карьере

Лиза
5 типичных для России вещей, которые сложно объяснить иностранцу 5 типичных для России вещей, которые сложно объяснить иностранцу

Что русскому хорошо, то немцу непонятно

Maxim
Ссоры с мамой, своя модная коллекция: малоизвестные факты о Надежде Михалковой Ссоры с мамой, своя модная коллекция: малоизвестные факты о Надежде Михалковой

10 интересных фактов о Надежде Михалковой

Cosmopolitan
Никто не услышит Никто не услышит

Звукоизолирующие межкомнатные двери

Идеи Вашего Дома
Существует ли допинг для мозга? Существует ли допинг для мозга?

Есть ли смысл в «умных таблетках» и «когнитивных усилителях»? Рассказываем

Здоровье
Еще 10 самых интересных фильмов и сериалов о войне в Афганистане Еще 10 самых интересных фильмов и сериалов о войне в Афганистане

Подборка кинокартин про бесконечную войну в небольшой стране Южной Азии

Maxim
«Людей не надо выбрасывать на помойку». Иван Вырыпаев — о детях и Детских деревнях SOS «Людей не надо выбрасывать на помойку». Иван Вырыпаев — о детях и Детских деревнях SOS

Режиссер Иван Вырыпаев — что такое настоящая семья и как ее построить

СНОБ
«Вот и всё. Зачем мы пугаем себя концом света?» «Вот и всё. Зачем мы пугаем себя концом света?»

Конец, который предсказывают нам большинство ученых

N+1
Конца света не было, зато были шальные деньги, рост ИТ и появился «индийский аутсорс»: история «ошибки 2000» Конца света не было, зато были шальные деньги, рост ИТ и появился «индийский аутсорс»: история «ошибки 2000»

История «ошибки 2000». Как мир боялся наступления 1 января 2000 года

VC.RU
Почему мы выгораем? Руководство по тому, как справиться со стрессом и работой одновременно Почему мы выгораем? Руководство по тому, как справиться со стрессом и работой одновременно

Как преодолеть первые симптомы выгорания и снова полюбить свою работу

Inc.
7 вопросов, которые помогут уменьшить число конфликтов в отношениях 7 вопросов, которые помогут уменьшить число конфликтов в отношениях

В чем причина скандалов в паре и как их можно избежать?

Psychologies
​​Ордер на заселение в ад: «Общага» — суровая и красивая студенческая антисоветская драма ​​Ордер на заселение в ад: «Общага» — суровая и красивая студенческая антисоветская драма

Самая ожидаемая премьера фестиваля «Общага» получила приз за лучший дебют

Esquire
Близкий человек обманул. Что делать? Близкий человек обманул. Что делать?

Что делать, если близкий человек сказал нам неправду?

Psychologies
Экзопланеты предложили искать в квантовом пределе Экзопланеты предложили искать в квантовом пределе

Физики применили квантовую теорию информации для наблюдения экзопланет

N+1
Вкусные «антидепрессанты»: 10 продуктов, которые содержат триптофан Вкусные «антидепрессанты»: 10 продуктов, которые содержат триптофан

Возможно, в вашем рационе не хватает одной аминокислоты – триптофана

Psychologies
Открыть в приложении