«Планета насекомых». Глава из книги
Глава 8. Знания, полученные от насекомых
Застежка-липучка — очень полезное изобретение. Мы используем ее на обуви, на куртках, детских варежках и лыжных ботинках. Все началось со швейцарского инженера, который ходил на охоту со своей собакой. Он раздражался, что каждый раз, когда они возвращались домой, собака вся была в колючках, и начал присматриваться к этим умным механизмам по распространению семян. Маленькие крючки, которые цепляются за шкуру проходящих мимо животных — хм, возможно, неплохая идея? Так появилась текстильная застежка.
Все в большей и большей степени инженеры и дизайнеры обращаются за вдохновением к решениям, созданным природой. У природы были миллионы лет для оттачивания своих решений, и эволюция создала огромное количество разумных структур и функций.
Насекомые занимают существенную позицию, когда дело касается хитрых решений, потому что их такое несметное количество и они отлично умеют приспосабливаться к условиям окружающей среды. Мы можем использовать их как модель для изучения организмов, подобно тому, как мы используем плодовых мушек. Мы можем заставить их делать такие вещи для нас, которые у нас самих не получаются, например, заползать в рухнувший дом или перерабатывать пластик. Возможно, они помогут нам решить проблему резистентности патогенов к антибиотикам, улучшить эмоциональное состояние у пожилых людей или даже примут участие в освоении космоса. С уверенностью можно сказать, что мы продолжим черпать вдохновение и повторять за ними еще очень долго.
Бионика — природа знает лучше
Бионика, как гласит словарь, — это «копирование структур, принципов или процессов у живых организмов, примененное в инновациях, технических решениях или механическом производстве товаров».
Существует множество примеров бионики, основанных на насекомых. Стрекозы вдохновили нас на создание дронов. Жуки-златки со своими температурными рецепторами на брюшке — они откладывают яйца в обгоревшие после лесного пожара стволы деревьев — стали предметом изучения американских военных для разработки поисковых сенсоров.
Окраска многих насекомых образована не пигментами, а специальными структурами на поверхности, которые отражают световые волны определенной длины. В результате получается интенсивный металлический цвет, который меняется в зависимости от угла, под которым вы на него смотрите, как у синих бабочек Morpho из джунглей Южной и Центральной Америки. Знания о структуре цвета могут помочь нам в создании цветов, которые не исчезают, лучших солнечных панелей и мобильных экранов, новых видов текстиля, красок и косметики. Или денежных купюр, которые невозможно подделать.
Подышите на деньги!
Красивый жук-усач Tmesisternus isabellae, который обитает на очень ограниченной территории в Индонезии, меняет расцветку в зависимости от влажности. Если очень сухо, насекомое приобретает золотой цвет с темными и зелеными кругами. Если влажность растет, микроструктуры на покровах тела, которые обеспечивают окраску, расширяются, и золотой цвет меняется на красный.
Недавно китайские химики скопировали этот фокус и использовали его в типографии. Эти химики считают, что чернила, на производство которых их вдохновили жуки, могут использоваться для печати купюр, которые невозможно подделать
Если вы сомневаетесь, что купюра настоящая, вы можете просто подышать на нее и посмотреть, поменяет ли она цвет. Таким образом уникальный и редкий жук может поспособствовать искоренению подделок и обмана.
Тогда остается только хранить купюры в безопасном и закрытом от насекомых месте, особенно на юге, где термиты могут съесть все, что содержит даже частичку целлюлозы. Например, деньги. Термиты не раз уничтожали индийские ценности: в 2008 году они съели все сбережения, которые индийский торговец хранил в деревенском банке, а в 2011 термиты прогрызли насквозь пачки рупий в банковском хранилище. Убытки составили сотни тысяч евро!
Термитники помогут построить энергосберегающие высотки
Возможно, мы переживем, если термиты съедят немного рупий, когда мы узнаем, сколько мы можем сэкономить, если скопируем их архитектурные решения. Оказывается, термиты навели нас на идею оптимального охлаждения воздуха.
Огромные термитники в Африке могут возвышаться на несколько метров над землей и вмещать миллионы белых или светло-коричневых общественных насекомых. Несмотря на сильную жару снаружи, внутри всегда комфортная температура. А внизу, в глубине, возможно, в метре от поверхности, лежит ее величество королева и с рекордной скоростью откладывает яйца в своей богатой кислородом комнате с приятной температурой. Вокруг нее тысячи работников ухаживают за грибными садами, которые являются большой кухней термитника (см. стр. 123). Здесь производится еда для миллионов особей. Но грибы привередливы и требуют поддержания температуры около 30 градусов Цельсия, чтобы расти. Каким же образом термиты ухитряются держать температуру на одном уровне?
Конструкция термитника позволяет поддерживать внутри постоянную температуру. Люди скопировали ее принципы для вентиляции торговых центров.
Оказалось, что гениальная система воздушных каналов использует дневные изменения температуры снаружи муравейника, чтобы создать поток воздуха сквозь конструкцию. Эти «искусственные легкие» отвечают за то, чтобы прохладный, богатый кислородом воздух опускался вниз, в то время как теплый, насыщенный углекислым газом — выводился наружу.
Архитекторы скопировали умный дизайн термитников, когда строили Истгейт-центр — большой торгово-офисный комплекс в Хараре. Центр является одним из крупнейших в Зимбабве, но в нем нет обычной системы охлаждения или отопления. Вместо этого используется пассивное охлаждение, основанное на принципах термитов. В результате здание использует в 10 раз меньше энергии, чем подобные здания с обычной вентиляцией.
От коричневых бананов до Нобелевской премии
Вам наверняка знакома плодовая мушка — эти маленькие существа, которые образуют целое облако, когда взлетают с вашего фрукта. Да, они могут раздражать, но эти маленькие красноглазики получили целых шесть Нобелевских премий!
Мы называем их плодовыми мушками, или дрозофилами. На латинском род называется Drosophila, «те, кто любят утреннюю росу» — это звучит намного более поэтично и указывает на то, что изначально эти мушки обитали в более теплых и влажных тропических местах. Сегодня многие виды плодовых мушек проживают по всему миру (за исключением Антарктики). Общее для всех семи видов, которые могут появиться без приглашения на вашей кухне, заключается в том, что они любят селиться в гнилой забродившей органике: компосте, перезрелых фруктах или остатках пива в пивной банке. Они откладывают там яйца и размножаются с рекордной скоростью.
Конечно, они очень надоедливые. Мы предпочитаем есть нашу еду в спокойствии и считаем, что маленькие существа не должны нам мешать. Но эти малютки на самом деле важнее, чем кажется.
Плодовая мушка дрозофила — некоронованная королева лабораторий. Она принимала участие в исследованиях и лабораторных экспериментах на протяжении более ста лет.
Плодовая мушка обладает рядом полезных качеств, которые позволяют ей быть подходящим объектом для исследований: ее легко и дешево содержать в лаборатории, у нее короткий жизненный цикл и огромное потомство. Кроме того, мы уже неплохо разобрались в ее ДНК. К 2000 году весь геном дрозофилы был полностью изучен. И, не пытаясь никого обидеть, я могу сообщить, что ваши гены похожи на гены плодовой мушки намного больше, чем вы, возможно, хотели бы. Например, одно исследование, которое изучало выборку связанных с заболеваниями генных последовательностей у людей, нашло 77% из них у плодовых мушек. Именно благодаря этому сходству исследования на плодовых мушках очень полезны для понимания различных феноменов, в том числе и имеющих отношение к людям.
Мушки многому научили нас в области генетики: они помогли узнать, что такое хромосомы и каким образом свойства передаются следующим поколениям. Это принесло Нобелевскую премию Томасу Ханту Моргану в 1933 году. Каких-то 10 лет спустя, после сильнейшего воздействия излучением, мушка и Герман Мюллер получили еще одну Нобелевскую премию (в 1946 году), показав, что излучение приводит к мутациям и наносит вред генетическому материалу. В 1995 году Нобелевская премия по медицине и физиологии была опять присуждена нашей маленькой крылатой подруге и команде из трех человек за серьезную работу, показавшую, каким образом гены управляют развитием в ранней внутриутробной стадии. В 2004 году премия была присуждена за работу в сфере обонятельных систем мушек, в 2011 году — иммунной защиты. В 2017 мушки получили пока свою последнюю Нобелевскую премию за изучение внутренних часов, управляющих суточным ритмом у живых организмов. Последние премии являются примером исследований мушек с высокой степенью актуальности для людей.
И то, что нас раздражает в мушках больше всего, — их любовь к бродящим, желательно содержащих алкоголь вещам — оказалось полезным. Исследования «алкоголизма» у плодовых мушек очень серьезны и важны и содержат большое количество параллелей с людьми, рассказами о которых можно оживить любую вечеринку. Например, самец мушки, получив внушительную дозу алкоголя, становится надоедливым и жаждет секса, при этом шансы на успешный половой акт значительно снижаются. А самки, у которых свидание прошло неудачно, «утешаются», выпивая больше, чем самцы после успешного спаривания.
Не останавливаясь на этом, плодовые мушки продолжают дарить нам новые знания о таких заболеваниях как рак и болезнь Паркинсона, о таких феноменах, как бессонница и расстройства суточного биоритма в связи с дальним перелетом. Так что в следующий раз, когда будете ругаться на плодовых мушек на кухне, проявите немного уважения. Когда вы устанавливаете ловушку для мушек, можно хотя бы прошептать «спасибо» этому одному из самых важных животных в мире биомедицинских исследований.
Муравьи дают нам новые антибиотики
То, что бактерии все в большей степени развивают резистентность к антибиотикам, является серьезной и растущей проблемой. Всемирная организация здравоохранения утверждает, что это приводит к более чем 700 000 смертельных исходов ежегодно. В борьбе против резистентности к антибиотикам нам помогают знания экологии и эволюции, и то, как похожие проблемы решают насекомые, тоже может помочь.
Особенно интересно изучать муравьев. Они живут очень плотно в большом коллективе и зависят от хорошей защиты против бактерий и грибков, чтобы избежать заболевания всей колонии. Поэтому у муравьев есть две специальные железы на теле, которые производят антибиотик. Они смазывают этим веществом самих себя и своих собратьев с помощью передних лапок. С помощью экспериментов было доказано, что эти действия учащаются тогда, когда споры грибов находятся в муравейнике.
Муравьи-листорезы, которые несут листья домой, чтобы их пережевывать и разводить на них колонии грибов (см. стр. 124), особенно страдают от грибковых инфекций. Иногда другие грибы-паразиты пытаются укорениться в грибных садах муравьев. Если у них это получается, они могут уничтожить как потомство грибов, так и самих муравьев. Поэтому муравьи выработали сильнейшую защиту против таких захватчиков в форме симбиоза с бактерией. Бактерии живут в специальном кармане на теле у муравьев и производят антибиотик, который убивает грибов-захватчиков. Эта кооперация совершенствовалась на протяжении миллионов лет. Это означает, что у нас есть прекрасные возможности найти эффективные средства для уничтожения патогенных микроорганизмов с помощью изучения взаимосвязи муравьев и бактерий. Уже сейчас несколько находок запатентованы, в том числе антибиотик под названием Селвамицин, выделенный из бактерий, ассоциированных с муравьями-листорезами. Это вещество, к примеру, эффективно против распространенной инфекции — молочницы, вызываемой грибком Candida albicans.
Терапия личинками
Я всегда радуюсь, когда вижу одежду или украшения с мотивами насекомых. Симпатичная бабочка или мохнатый шмель время от времени украшают человеческую одежду. Но мухи? Это редкость. Я провела маленький совершенно ненаучный тест: поиск «украшение с бабочкой» дал около 100 результатов. Если заменить «бабочку» на «муху падальную», результатов будет ноль.
Мы думаем о падальных мухах только как о распространителях заболеваний, но эти насекомые могут вылечить нас, если присядут на инфицированную рану. Это кажется отвратительным, но это не новость. Великий монгольский воитель Чингисхан в XIII веке создал самую обширную империю в мире — от Кореи до Польши. И государство было создано не с помощью дипломатии и переговоров: все основывалось только на жестоких и беспощадных войнах. Легенды повествуют, что Чингисхан всегда брал с собой в походы тележку, полную личинок мух. Их клали на рану солдата, и они способствовали лучшему заживлению, а солдат мог быстрее вернуться в строй.
Такая терапия личинками использовалась с большим успехом во время наполеоновских войн, во время американской Гражданской войны и Первой мировой войны. После того, как мы обнаружили фантастические особенности антибиотика, терапия личинками забылась. Но в современном мире терапия личинками стала опять актуальна, в первую очередь благодаря резистентности бактерий.
Для медицинских целей важно, чтобы личинки были стерильны перед тем, как они окажутся на ране. Поэтому их выращивают в собственных лабораториях. Часто используется что-то похожее на чайный пакетик с личинками внутри. Таким образом можно быть спокойным, что личинки не убегут, но при этом они могут высунуть голову, чтобы сделать свою работу. А работа у них комплексная. Личинки ограничивают рост бактерий в ране, производя вещества, сходные с антибиотиками, и вещества, меняющие уровень pH в ране. Кроме того, они просто поедают мертвые ткани. В некоторых случаях было обнаружено, что личинки вырабатывают вещества, способствующие росту новых тканей. Личинки поедают только мертвую ткань, они не трогают живые ткани вокруг раны.
Среди самых творческих попыток применить мясных мух был «король личинок» — англичанин, который в начале XX века утверждал, что вдыхать запах личинок полезно для здоровья. Этот мужчина страдал от туберкулеза, но был уверен, что личинки, которые он выращивал как приманки для рыбалки, поддерживали его в живых. И он очень хотел поделиться этим с другими больными. Каждое лето «король личинок» получал несколько тонн мертвых животных, часто из зоопарков. Он оставлял их на улице до тех пор, пока они не наполнялись личинками. Личинки мух он собирал и перемещал в специальную ванну, которая находилась внутри так называемого ателье для личинок. Это был дощатый сарай, где пациенты, между всеми ваннами с личинками и воняющим разлагающимся мясом, могли отдыхать, читая, играя в карты или приятно беседуя с другими больными.
Запах с фермы «короля личинок» можно было почувствовать за несколько километров, и мало кто из ученого мира поддержал взгляды англичанина. Несмотря на то, что некоторые пациенты подтвердили улучшение состояния здоровья после посещения гниющих животных, вдыхание запаха личинок так и не стало коммерчески успешным.
Но, возможно, будущее покажет, что идеи «короля личинок» были не такими и ложными. Личинки мясных мух могут выделять вещества в виде газов, которые предотвращают рост бактерии, родственной туберкулезной палочке (вариант, не вызывающий заболевание, который часто используется в тестах). Пока мы ждем дальнейших исследований, те, кто ловит рыбу на живую приманку, могут глубоко вдохнуть над банкой с личинками — не исключено, что это все-таки полезно.
Сверчки в роли домашних животных
Насекомые также могут помочь улучшить эмоциональное состояние людей. Широко известно, что домашние животные делают нас более счастливыми и здоровыми, и на Востоке на протяжении тысячелетий было обычным делом держать дома насекомых в этой роли. В Китае и Японии нередко держали сверчков, родственников кузнечиков, в клетках. В первую очередь ради того, чтобы послушать их «пение». Но в Китае в XIII веке придумали организовывать между ними бои. До сих пор здесь ежегодно проводится двухдневный турнир по боям сверчков. И это только один из более ста традиционных китайских фестивалей, посвященных насекомым.
У японских детей встречается такое хобби: они ловят или покупают больших самцов жуков и организовывают бои между ними. Речь идет об одних из самых крупных видов жуков на планете, с крупными рогами или длинными челюстями, которые самцы используют в бою.
В Японии, как и в США, популярны автобусные туры, которые организуют, чтобы увидеть стаи светляков, «танцующих» ночью в особых местах.
* * *
На сегодняшний день насекомых рассматривают в роли домашних животных в современных домах престарелых. Что произойдет, если пожилые люди начнут заботиться о сверчках?
Эксперимент провели в Корее. Почти сто корейцев старше 71 года были протестированы на такие психологические проблемы как депрессия, восприятие окружающей действительности, уровень стресса, проблемы со сном и качество жизни. Затем группа была разделена на две равные части. Обе группы пенсионеров получали рекомендации по здоровому образу жизни и еженедельные телефонные консультации, но только одна группа получила клетки с пятью поющими сверчками. Мы говорим о виде Teleogryllus mitratus — садовый сверчок, который обитает в Юго-Восточной Азии, поющий благозвучные песни.
Через два месяца всех участников проинтервьюировали и протестировали заново. Почти всем пожилым людям понравились их сверчки и три четверти считали, что забота о насекомых улучшила их эмоциональное состояние.
Результаты тестов также показали небольшой положительный эффект на несколько исследованных факторов, особенно тех, что касались уменьшения степени депрессии и улучшения качества жизни.
Что хорошо со сверчками в клетке, так это то, что они дешевы и требуют мало ухода. Не нужно выгуливать их, стричь им ногти или расчесывать шерсть. Но тем не менее может быть полезно следить за тем, как сверчок ползает по клетке, и поет, и иногда ест. Осознание того, что это маленькое существо нуждается в вас, может быть очень важным фактором. Такая мелочь может придать смысл одинокой жизни пожилых людей.
Биофилия — любовь к природе
К счастью, похоже, что интерес к насекомым растет и на Западе. Многие люди заботятся о пчелах: сажают богатые нектаром цветы, размещают отели для насекомых и домики для шмелей в саду. Многие любители насекомых проделывают важную работу: ищут и фотографируют насекомых в новых местах. Что-то вроде поиска сокровищ, который дарит близость к природе и увеличивает наши знания о насекомых.
Во многих местах, особенно в жарких странах, вы найдете дома для бабочек — большие павильоны под сеткой, где бабочки могут свободно летать, где ими восхищаются и их фотографируют. Норвежский фотограф Кьелл Сандвед, работавший в музее в Вашингтоне, получил всемирную известность благодаря своему алфавиту бабочек — красивые макрофотографии крыльев бабочек, на которых можно разглядеть буквы. Места зимовки бабочки данаида монарх в Мексике притягивают к себе туристов со всего мира, а Новую Зеландию посещает полмиллиона туристов в год, чтобы восхититься светящимися личинками грибных комариков в пещерах Вайтомо.
* * *
Эти феномены указывают на то, чем занимался энтомолог Эдвард О. Уилсон — потребность в глубокой и близкой связи с природой и другими видами, испытываемую людьми. Уилсон назвал это биофилией — любовью к живым существам. Он считал, что эта особенность развилась и обрела силу в процессе эволюции, потому что близость с природой укрепляла наши шансы на выживание.
Если вы заметили цветы, то могли найти их плоды через несколько недель. И если вы хорошо изучили виды, которые могли вам навредить или даже убить, это повышает шансы на выживание. Многие считают, что наше подозрительное отношение к змеям и паукам имеет такое же происхождение.
На сегодняшний день существует много исследований, подтверждающих, что близость к природе важна для человеческого здоровья и хорошего самочувствия
Пожилые люди живут дольше, если их дом находится возле зеленой зоны, независимо от социально-экономического статуса. Студенты учатся лучше, если они видят что-то зеленое из окна. Дети с расстройствами личности страдают от меньшего количества симптомов после активности на природе. В домах, находящихся в зеленой зоне, происходит меньше случаев насилия.
* * *
Когда мои дети учились в начальной школе, весной я ходила с их классом в походы к озеру. Пятиклассники скептически рассматривали меня, когда я вытаскивала из озера коричневую грязь с помощью металлического дуршлага на длинной ручке и выкладывала ее на белый пластмассовый поднос.
«Фу! Вы будете в ней ковыряться?» — визжали некоторые. Но затем происходило что-то фантастическое: грязь опускалась вниз, а разнообразная жизнь выходила на первый план. Мы вместе изучали жука-вертячку с двумя парами глаз, и говорили о том, что кажущийся серебристым слой на нижней части жука-водолюба — это образованный волосками воздушный пузырь, из которого он берет воздух для дыхания под водой.
Внезапно начинается борьба за пластиковый поднос и дуршлаг. Все хотят найти необычных маленьких насекомых. Мальчики уже забыли, что кеды промокают в воде, а девочки совсем не обращают внимания на грязь под накрашенными ногтями.
Эти дни — прекрасные воспоминания, потому что я чувствую, что участвовала в чем-то значимом.
Уже сейчас больше половины населения Земли проживает в городах, а в будущем их станет еще больше. У многих нет возможности выбираться в дальние походы на природу. К счастью, находящиеся по соседству парки и небольшие участки леса вполне можно считать природой, и там гарантировано проживают насекомые.
Таракан — лучший друг человека?
С новыми формами устройства жизни появляются новые проблемы и новые возможности для получения пользы от насекомых. Например, если городское здание рухнет, спасать людей из-под завалов очень сложно. Собаки породы сенбернар, известные тем, что спасают пострадавших от лавин в горах, не всегда справляются с задачей. Ваш ангел-спаситель в современном городе может оказаться тараканом.
Вы наверняка слышали высказывание о тараканах, что они единственные, кто переживет ядерную войну? Мифы, которые берут начало в старых фильмах с такими выразительными названиями как «Оно», «Насекомое» или «Сумерки тараканов». В фильмах доминируют постапокалиптические насекомые-монстры, поедающие радиоактивные отходы на завтрак, а то, что осталось от красивых женщин в красных платьях — на десерт. Конечно, это ерунда. Хотя тараканы действительно более устойчивы к радиации, чем люди (но жуки-чернотелки еще более устойчивы).
Способности тараканов, а также их надежная природа и восхитительная техника движения могут быть нам полезны. Одна из разработок ученых такова: надо собрать маленький рюкзак для таракана, оснащенный микрочипом, приемником и передатчиком, а также добавить прибор контроля, который крепится к антеннам таракана и его хвостовым нитям. Микроприбор управляется на расстоянии и может стимулировать хвостовые нити с помощью маленьких электрических импульсов. Это заставляет таракана думать, что кто-то приближается к нему сзади, и поэтому он быстро бежит прочь. Если импульс посылается к антенне, он думает, что он на что-то сейчас наткнется, и сворачивает в сторону. Таким образом можно направить целую армаду тараканов с рюкзачками в опасное здание, и, обрабатывая обратные сигналы, можно нарисовать карту места.
В рюкзачок можно также добавить микрофон, который будет улавливать звуки из окружающей среды. Тогда те, кто управляет на расстоянии насекомыми, смогут слушать, что происходит в развалинах. Если направить тараканов на звук, мы сможем определить его источник и быстрее прийти на помощь пострадавшему.
Если вам не повезет и вы будете заблокированы внутри обрушившегося дома, не наступайте на случайно пробегающих мимо тараканов. Может статься, что они окажутся вашим спасением
А если же вы заблудитесь в Швейцарских Альпах зимним деньком, придется по старинке довериться сенбернарам.
С полиэтиленом в меню
Каждую минуту в море попадает столько пластика, что им можно заполнить целый мусоровоз. Почти столько же выбрасывается и на суше, и количество отходов только растет. Ведь мы любим пластик, потому что он удобен и дешев. Сейчас, ежегодно, мы производим и используем в 20 раз больше пластика, чем 50 лет назад. При этом перерабатывается менее 10%. Остальные пластиковые отходы попадают на свалки, на обочины дорог или в океан. В докладе Фонда Эллен МакАртур подсчитано, что если мы продолжим в том же духе, то к 2050 году в океане будет больше пластика, чем рыбы. Дело в том, что пластик в природе очень медленно разлагается. Поэтому известие о том, что некоторые насекомые могут переваривать и перерабатывать пластик, стало настоящей сенсацией.
Давайте возьмем для примера полистирол. Даже если вы не знаете, что это за материал, вы наверняка держали его в руках, когда покупали фастфуд в контейнере или горячие напитки не в картонном стаканчике. Полистирол, часто называемый изопор, на самом деле материал, который используется в одноразовой посуде для горячей еды и напитков. Только в США выбрасывается 2,5 миллиарда подобных стаканов ежегодно, и материал считается биологически не разлагаемым. Но оказалось, что личинки мучных хрущаков пережевывают стаканы из полистирола как будто это обычная еда.
Насекомые могут помочь человечеству разобраться с пластиковыми отходами. Личинки мучного хрущака переваривают полистирол, а восковая моль может перерабатывать полиэтилен
Несколько сотен личинок мучного хрущака из американской и китайской популяций угостили полистиролом. Все они принадлежали к виду большой мучной хрущак (Tenebrio molitor) — такие жуки обитают и в южной Норвегии, а иногда могут завестись в доме, если влажные остатки муки будут долго лежать у вас в шкафу. Полистирол был изрядно поеден, и личинки на этой особенной диете стали куколками, а после, как обычно, превратились во взрослых жуков. За один месяц, например, 500 китайских личинок мучного хрущака съели третью часть, 5,8 граммов, сервированного им полистирола. Все, что осталось, это диоксид углерода и немного экскрементов жука, которые были достаточно чистыми, чтобы использовать их в качестве удобрения для растений. Степень выживания не отличалась у личинок, питающихся обычной пищей, от личинок на полистироловой диете.
Но питательной эту пищу не назовешь. В другом эксперименте сравнивались три группы: личинки, которым дали полистирол, личинки, которых кормили чем-то вроде кукурузных хлопьев, и личинки, которые не получили ничего. Личинки, питавшиеся кукурузными хлопьями, прибавили в весе на 36%, в то время как личинки на полистироле остались в том же весе. Но в то же время, ситуация у них была намного лучше, чем у бедных голодающих личинок, которые потеряли четвертую часть своего веса в течение двух недель, пока проходил эксперимент.
Строго говоря, не сами жуки совершают работу по переработке пластика. Они зависят от полезных сожителей в их желудке. Если личинки получат антибиотик, который уничтожит микрофлору в их желудке, они также прекратят переработку пластика. Скорее всего, переработка пластика зависит от общих усилий как жука, так и бактерий.
Следует продолжать исследования, чтобы понять, сможет ли это помочь нам с проблемой пластика в океане: мучные хрущаки не любят мочить лапки и вряд ли готовы к морским путешествиям. Но на земле тоже очень много пластика, от которого мы с удовольствием бы избавились, и с этим жуки могут нам помочь.
* * *
И мучной хрущак в этом не одинок. Существуют несколько насекомых, которые могут поучаствовать в решении проблемы полиэтилена. Восковая моль — это бабочка, которая считается вредителем среди пчеловодов, потому что она поедает восковые соты в ульях. Но пчелиный воск имеет структуру, схожую с полиэтиленом, из которого делают пластиковые пакеты. И действительно, оказалось, что восковая моль может прогрызть дырку в пакете и превратить пластик в этиленгликоль — вещество, известное нам как антифриз для автомобиля. Опять же это не заслуга самой личинки, потому что если мы без сантиментов сделаем пюре из бактерий, живущих в желудке моли, и намажем это пюре на пакет, на нем тоже образуется дырка.
Теперь ученые набрасываются на новые открытия, чтобы найти, как мы можем производить в большом количестве эти активные вещества, и, возможно, в будущем перевести это в практическое решение, которое сможет нам помочь с нашим пластиковым мусором.
Вечно молодой — жук с эликсиром молодости
Иногда научные открытия происходят в результате случайностей. Например, американский ученый в начале XX века забыл несколько личинок в ящике. Когда люди изучают все подряд, от структуры клеток человека, причин стерильности у мулов и реакции личинок ручейника власокрылого на свет, как делал этот парень, легко что-нибудь забыть.
Итак, личинки пролежали в ящике пять месяцев. Для кожееда как Trogoderma glabrum, который обычно проходит весь свой жизненный цикл за два месяца: от маленького яйца до мертвого взрослого жука, пять месяцев без еды должны были означать конец. Когда же наконец ученый вспомнил про личинок в ящике, они были вполне живыми. И что еще более странно: они стали моложе!
Если вы помните краткий курс энтомологии из первой главы, вы знаете, что все насекомые линяют (меняют кожу) несколько раз на личиночной стадии, по дороге во взрослую жизнь (см. стр. 29). Обычно это происходит только в одну сторону: из маленькой личинки в более крупную и развитую личинку. Как люди развиваются из грудного ребенка в подростка, а не наоборот. Но личинки в ящике пошли обратным путем: они развились в обратном направлении, от большого к маленькому, от старшего возраста личинки к младшему.
Это была революция. Ученый продолжил морить личинок голодом и обнаружил, что эти сумасшедшие маленькие создания смогли остаться в живых на протяжении более пяти лет, «не съев ни крошки», как он написал. Они только становились меньше и меньше, потому что жили в обратном направлении — они перешли от более взрослой стадии личинки к самой младшей. И что еще более странно: когда эти бедняги, находящиеся на вынужденной длинной голодовке, получили наконец доступ к еде, они переключились на обычный режим и снова начали развиваться от «младенчества» до «отрочества».
Более новое исследование 1970-х годов подтвердило старые открытия. Личинки Trogoderma glabrum могут расти и вперед, и назад — и так несколько раз. Правда не без последствий: хоть они и выглядят как «младенцы», такая личинка с повторяющимся циклом вперед-назад физиологически все-таки стареет. И с каждым раундом процесс роста у них занимает больше времени.
Это действительно невероятно. И такое свойство есть не только у этого насекомого. У медоносных пчел также можно управлять процессом старения. Пчелы, которые отвечают за деток в улье, могут жить и оставаться на высоком уровне активности на протяжении многих недель. Однако пчелы, которые летают снаружи и собирают нектар, в среднем, погибают уже через несколько недель. Самое удивительное, если пчелы-работники будут вынуждены перенять у пчел улья их работу, некоторые из них станут «моложе»: они получат назад более долгую жизнь с более высоким интеллектуальным уровнем. У медоносных пчел этим управляет специальный белок, что-то вроде пчелиного эликсира молодости.
* * *
Исследования этих насекомых могут помочь нам понять процессы старения у людей. Это может дать новые знания, например, о деменции, и в дальнейшем помочь нам сохранить крепкое здоровье в старости.
Комары в космосе
Что касается продолжительности жизни и старения, как насчет ухищрения, которое поможет нам путешествовать между звездами? Возможно, насекомые смогут помочь и здесь. Спящий комар-звонец Polypedilum vanderplanki — на самом деле молодой космонавт, готовый к продолжительным стадиям отдыха.
Комар живет в Африке, и стадию личинки он проводит в маленьких лужах, которые постоянно высыхают. Люди умирают, если теряют более 14% воды в теле, многие другие организмы могут выдержать потерю до половины жидкости в организме, но эти комары-звонцы настоящие чемпионы: они могут пережить потерю целых 97% жидкости.
В засушливый период личинки могут перенести многое: их можно сварить, окунуть в жидкий азот, положить в спирт, подвергнуть космическому излучению на протяжении многих лет или просто оставить лежать на месте (самое длительное наблюдение — 17 лет).
Когда придет время проснуться, нужно просто полить их водой, и подобно кусочкам сублимированного мяса в сухом супе, личинки комара набухают до нормального размера. Через час личинка снова начнет есть, словно ничего не случилось.
Личинка муравья так же может перейти в стадию, представляющую что-то среднее между жизнью и смертью, без каких-либо повреждений. Единственное, что ей нужно — это немного времени, чтобы подготовиться. Так как похоже, что ключ к выживанию в том, что личинка заменяет воду в теле на особый сахар, называемый трегалозой. Этот сахар не такой сладкий как обычный сахар, и в небольшой концентрации находится в крови насекомых. Трегалоза, кстати, названа в честь коконов долгоносиков в Иране, такие коконы на персидском называются trehala и широко используются в традиционной персидской медицине.
Когда комары-звонцы понимают, что наступают сложные времена, они начинают вырабатывать больше трегалозы: ее концентрация в крови меняется с обычной, около 1%, до почти 20%. Сахар защищает различные клетки и органы.
Существует ряд организмов, которые овладели искусством быть живым мертвецом, в том числе бактерии, грибы (только задумайтесь о сухими дрожжах!), нематоды, тихоходки и ногохвостки. Самое увлекательное состоит в том, что они используют другую технику. Например, у тихоходок скачка трегалозы не происходит.
Если нам удастся понять процессы, которые управляют переключением от живого состояния до обезвоженного состояния покоя, мы сможем использовать это при консервации клеток, тканей или даже отдельных особей в обезвоженном состоянии. Возможно, именно у африканского комара-звонца мы найдем ключ к межзвездным перелетам в будущем?
Пчелы-роботы
Пока мы ожидаем, что насекомые помогут нам путешествовать между звездами, мы ценим, что они уже помогли нам путешествовать между цветками — и заодно опылять их. Ведь пчелы-роботы уже существуют. По крайней мере, в лаборатории. Это маленький дрон, оснащенный щеткой и слабым электрическим реле для добычи пыльцы. Были протестированы щетки, изготовленные из углеродного волокна, и из нейлоновых кистей для макияжа, и из конского волоса. Сложно представить, чтобы лошади опыляли цветы, но щетки из конского волоса оказались самыми подходящими.
Первые версии пчел-роботов были готовы для тестирований. В интернете вы можете просмотреть видео, где дрон летает от лилии к лилии в японской лаборатории, в которой он был создан. Пока полеты довольно неловкие, но лиха беда начало.
Самая близкая область применения для таких дронов — тепличные растения, зависящие от опыления. В этом случае мы, возможно, сможем обойтись без завезенных шмелей, которые частенько сбегают из теплиц и разлетаются на природе. Пока пчелы-роботы не очень эффективны, так как ими управляют вручную и их надо часто заряжать, но, возможно, в будущем они смогут летать с помощью GPS или ими сможет управлять искусственный интеллект, и батареи будут дольше держать зарядку.
* * *
Давайте же тем не менее надеяться, что мы не окажемся в мире, в котором нам придется заменять механикой бесконечные сложные функции живой природы. В живой природе более 20 000 видов участвуют в опылении диких цветов и культурных растений. Исследования показывают, что опыление наиболее эффективно, когда в нем участвует разнообразные виды, с различными способами опыления. Нам известно, что взаимодействие между цветковыми растениями и насекомыми совершенствовалось на протяжении более ста миллионов лет, и что природное опыление намного более сложное и удивительное, чем то, что мы сможем скопировать. Проще и дешевле заботиться о природных бесплатных решениях.
И что касается получения новых знаний от старых насекомых, мы никогда не знаем, какой вид окажется нам полезен: чернотелки, плодовые мушки или тараканы, муравьи или комары. Мы, люди, быстро сортируем другие виды на полезные или бесполезные. От тех, кто попадает в последнюю группу, мы хотим избавиться. Но живая природа удивительно устроена, и чем больше мы будем знать, тем больше придумаем новых умных решений. Это одна из множества причин, почему так важно сохранять живую природу и все виды, живущие в ней.
