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

По следам суперпаводков Алтая По следам суперпаводков Алтая

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

Наука и жизнь
Топ-15 самых популярных в России пород собак Топ-15 самых популярных в России пород собак

Породы собак, которые наши с тобой соотечественники чаще всего заводят

Maxim
Гуайява, сладкий плод с экзотическим ароматом Гуайява, сладкий плод с экзотическим ароматом

История экзотического фрукта гуавы

Наука и жизнь
Усмирить душевную бурю Усмирить душевную бурю

Что делать с мыслями и переживаниями об измене партнера?

Psychologies
Клён? Нет, ликвидамбар Клён? Нет, ликвидамбар

Осенью особенно интересно путешествовать по старинным усадебным паркам

Наука и жизнь
7 убеждений, которые должен пересмотреть каждый предприниматель 7 убеждений, которые должен пересмотреть каждый предприниматель

7 неочевидных опасностей, которые грозят предпринимателям

Inc.
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
15 вещей, которые девушки не делают принципиально 15 вещей, которые девушки не делают принципиально

Негласный кодекс поведения с мужчинами, которого придерживаются девушки

Maxim
За люриком под парусами За люриком под парусами

Репортаж с архипелага Новая Земля

Наука и жизнь
Британский авианосец Queen Elisabeth: королева глобальной политики Британский авианосец Queen Elisabeth: королева глобальной политики

Авианосец Queen Elisabeth — самый большой в британской истории боевой корабль

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

Электричество атмосферного пограничного слоя — давний предмет познания

Наука и жизнь
Худой мир Худой мир

История Алены, которая стала моделью в 15 лет и до сих пор борется с РПП

Cosmopolitan
Экологически чистое зазеркальное молоко Экологически чистое зазеркальное молоко

Макмиллан предложил название новому виду катализа — органокатализ

Наука и жизнь
Пышная свадьба и генетика: 10 факторов, увеличивающих вероятность развода Пышная свадьба и генетика: 10 факторов, увеличивающих вероятность развода

Какие факторы увеличивают риск того, что брак не продержится долго

Cosmopolitan
Мария-Антуанетта без пирожных Мария-Антуанетта без пирожных

Феминистский взгляд на эрцгерцогиню, закончившую жизнь на французской гильотине

Дилетант
Кавказская трилогия Кавказская трилогия

За одну поездку можно осмотреть сразу три южные республики

Лиза
На границе двух миров На границе двух миров

Порой они кажутся стражами, охраняющими прибрежную полоску песка

Наука и жизнь
Проверка на прочность: тест-драйв Chevrolet Camaro 1967 года Проверка на прочность: тест-драйв Chevrolet Camaro 1967 года

Ретромашина, о которой в далеких 1960-х могли мечтать только самые продвинутые

Вокруг света
Что посмотреть и попробовать в Хакасии. Гид «РБК Стиль» Что посмотреть и попробовать в Хакасии. Гид «РБК Стиль»

Что в Хакассии найдет «немассовый» турист

РБК
Чем важен Жан-Поль Бельмондо и как его фильмы показывали в СССР Чем важен Жан-Поль Бельмондо и как его фильмы показывали в СССР

Каким извилистым был путь Бельмондо к нашим глазам и сердцам

Maxim
Не упал — значит, не было Не упал — значит, не было

«А было ли вообще событие, если на нем не упал ни один королевский гвардеец?»

Лиза
Как абстрактная математика помогает конкретной физике Как абстрактная математика помогает конкретной физике

Абстрактные математические теории помогают физикам понять, как устроен наш мир

Популярная механика
Бешенство: как защитить себя от смертельно опасной болезни Бешенство: как защитить себя от смертельно опасной болезни

Самую важная информация о бешенстве

РБК
«Мы хотим разрушить всё, за что выступают Amazon и Facebook»: на что сервис обмена продуктами Olio привлёк $43 млн «Мы хотим разрушить всё, за что выступают Amazon и Facebook»: на что сервис обмена продуктами Olio привлёк $43 млн

Как сервис Olio помогает ресторанам и кафе избавиться от пищевых отходов

VC.RU
Лицо с экрана. Антон Лапенко Лицо с экрана. Антон Лапенко

Комик Антон Лапенко превращается в полноценную кинозвезду

GQ
Девушку-подростка увезли в больницу с аппендицитом, а она начала рожать Девушку-подростка увезли в больницу с аппендицитом, а она начала рожать

Аппендицит Нади Роадс из Огайо оказался беременностью

Cosmopolitan
Изысканный и бодрящий колд брю: пошаговая инструкция по приготовлению холодного кофе Изысканный и бодрящий колд брю: пошаговая инструкция по приготовлению холодного кофе

Чем отличается кофе, приготовленный по методу колд брю?

Playboy
Ситуация рода Ситуация рода

Психолог Ирина Млодик о новом отношении к зрелости и ее возможностях

Seasons of life
Насколько полезен шиповник: мнение эксперта Насколько полезен шиповник: мнение эксперта

Шиповник — это не только красивые цветы, но и полезные плоды

РБК
В Италии нашли самую большую коллекцию костяных орудий возрастом 400 тысяч лет В Италии нашли самую большую коллекцию костяных орудий возрастом 400 тысяч лет

Древние люди систематически обрабатывали останки слонов

N+1
Открыть в приложении