Досвід, накопичений комахами, допомагає в створенні нових матеріалів і методів лікування
Аерозолі, фумігатори всіх мастей, протимоскітні сітки - чого тільки не придумав чоловік для боротьби з комахами, але найзатятіші з них все одно гордо і з гідністю долають ці перешкоди. А ми лише досадуємо.
Щоб перемогти цього ворога, його потрібно знати в обличчя, впевнені Джефф Яргер (Jeff Yarger) з Університету штату Арізона (США) і його колеги. Застосувавши найсучасніші лабораторні рентгенівські прилади, вони ретельно досліджували структурні особливості матеріалів, вироблених окремими безхребетними членистоногими, і прийшли до висновку, що частина з них можна обернути проти самих комах.
Наприклад, ручейники (їх дорослі особини нагадують нічних метеликів) виробляють липку павутину, яка, на відміну від звичайної, застосовується ними виключно під водою - як для лову видобутку (краю мережі кріпляться до каменів уздовж берегів), так і для будівництва укриттів.
Павутина ручейників ... (Тут і нижче фото Bennett Addison.)
«Вона не сильно міцніше, ніж суперклей, але ви спробуйте приклеїти що-небудь суперклеєм в ванні, не даючи йому при цьому висохнути», - робить нам привабливу пропозицію Джефф Яргер. Можливість створити клей, який працює під водою, безперечно, дуже цінна: в звичайних умовах спроба залатати текти в трубі вимагає зливу рідини, що в цілому ряді випадків просто неможливо, адже мало хто погодиться виводити з експлуатації, наприклад, труби опалення в зимовий період.
Ще більш важливим застосуванням такого речовини може стати створення штучних сухожиль і зв`язок, за допомогою яких нарешті вдасться наблизитися до повноцінного протезування цих вразливих тканин. Довгі нитки, створені за образом і подобою павутини ручейників, поводяться як колаген в сполучних тканинах, при цьому залишаючись стійкими до рідин, постійно оточуючим такі матеріали в людських суглобах.
Піддавши біополімери, що лежать в основі такої павутини, рентгеноструктурному аналізу, дослідники виявили, що вони радикально відрізняються від павутини павуків або ниток шовкового шовкопряда. Ця павутина фосфорильованій, тобто після того, як організм створює складові нитка амінокислоти, до молекулярної ланцюжку приєднуються фосфати. Ми вже використовуємо фосфати для створення деяких водостійких фарб, проте їх об`єднання з речовинами, що клеять поки не досліджувалося хімпромом. Отримавши таку біонічну підказку, хіміки цілком здатні повторити винаходи ручейників в порівняно короткі терміни.
Установки рентгеноструктурного аналізу, що належить Аргонської національної лабораторії (США), не минула і наша заклята подруга сарана. Немає потреби говорити про масштаб збитку від цієї комахи: докладне висвітлення проблеми можна знайти навіть в давньоєгипетських джерелах і Старому Завіті. Втім, будь ласка: найбільше зареєстроване хмара сарани, що накрила за один раз 513 000 км, складалося з 12,5 трлн особин, а важив 27,5 млн т. З огляду на, що кожне з таких комах з`їдає в день стільки рослин, скільки важить сама, апокаліптичний масштаб загрози очевидний. Боротьба за допомогою хімікатів, на жаль, не так проста: долаючи за день до 500 км, сарана з`являється раптово, розпорошувати ж пестициди до її прильоту безглуздо, остільки траєкторію цієї напасті обчислити неможливо. Після того як шкідник окупує поле, за нього теж можна не турбуватися: швидше за все, комахи, з`ївши все дочиста, полетять за кілька годин до того, як ви приступите до активних дій.
Але ось Скотт Кірктон (Scott Kirkton) з Юніон-коледжу (США), використовуючи рентгенівські знімки надвисокої роздільної здатності, з`ясував, що перед черговою линянням в кожній з життєвих фаз сарани їй стає тісно в старій оболонці. Від цього трахеї комахи стискаються і деформуються хітиновим екзоскелетом, йому стає важко дихати, що призводить до зниження активності і викликає саму линьку. Для перевірки отриманих даних сарану тримали в бідній киснем атмосфері, і виявилося, що в таких умовах вона линяє до терміну - будучи ще замалою для наступної життєвої фази. Оскільки збиватися в трильйонні хмари сарана починає після чергової линьки (до цього вона, живе поодинці, абсолютно нешкідлива), щоб знизити збиток від нашестя, насіннєве зерно слід зберігати в умовах малого доступу до кисню. «Занадто швидка линька призведе до появи менших за розмірами дорослих особин, з не дуже хорошим апетитом і урізаною загальною тривалістю життя», - пояснює пан Кірктон.
...Її параметри трохи перевершують звичний суперклей, зате такі фосфорильовані речовини можуть клеїти під водою. Для людини отримати в руки щось подібне було б дуже корисно.
Втім, линька властива переважній більшості комах-шкідників, уточнює вчений, тому після додаткової перевірки на інших видах метод цілком можна використовувати для боротьби чи не з усіма шкідниками, які інфікують насіння культурних рослин. І без жодних пестицидів! При цьому малі фізичні розміри насіннєвого фонду дозволяють легко тримати його в збідненої киснем середовищі, хоча, звичайно, тут може чекати інша проблема: треба постаратися не переборщити і не створити занадто сприятливі умови для розвитку грибків.
Ну а третя група дослідників на чолі з Томом Деніелом (Tom Daniel) з Вашингтонського університету (США), яка працювала з тією ж технікою, аналізувала м`язові зусилля махають крилами молі. У цьому сенсі м`язи комах є древньою загадкою, ніяк не піддається вирішенню. Та ж моль здатна різко прискорюватися з місця, а потім стрімко гальмувати. Теоретично її організм просто не може видати досить потужності для подібних ривків, і тим не менше кожен з нас може переконатися, що моль успішно робить це.
Так ось, на цей раз аналіз її рухів несподівано показав, що верхня частина грудного відділу, де знаходяться м`язи, розвиваючі основні зусилля при битті крил, чомусь має температуру менше, ніж нижня частина тулуба, м`язи в якій взагалі дуже мало задіяні при помахах .
Це видається не дуже логічним, адже при механічній роботі в організмі молі виділяється тепло. Картина, здавалося б, повинна бути прямо протилежною: чим сильніше працює м`яз, тим тепліше вона повинна бути! Розглянувши ситуацію за допомогою рентгена високої роздільної здатності, вчені встановили, що нитки міозину (протеїну, що формує частину м`язових волокон) тягнуть нитки актину (іншого компонента тих же волокон) при скороченні м`язів. Всі ці нитки формують решёткоподобную структуру. Вона пружна і здатна зберігати енергію пружної деформації довгий час. По суті, створюється накопичувач енергії, а не мотор (як думають багато біологів). Скорочення ж м`язів більше схоже на спрацьовування пружини після видалення утримує її ваги, ніж на пряму дію моторів звичайного типу.
На відносно холодних ділянках мускулатури молі нитки протеїнів залишалися з`єднаними в решёткоподобную структуру довше, ніж в нагрітих областях, але означало це не те, що тамтешні м`язи недопрацьовують. Навпаки, вони довше накопичують енергію для більш сильного скорочення. А за час такого очікуванні м`яз встигає сильніше охолодитися, тим самим створюючи враження своєю малою використовуваного. Більш того, саме через малу температури м`язи здатні так довго утримувати нитки міозину і актину у вигляді решітки, накопичуючи енергію для потужного ривка.
Саранча. Щось невинне, чи не так? Але тільки не в скупченнях, що утворюються з голоду. І тоді - прощавайте, посіви на величезних площах. (Ілюстрація Wikimedia Commons.)
Словом, дослідникам вдалося виявити новий механізм зберігання енергії в м`язі, а це дуже важливо, особливо якщо згадати, що м`язи молі і людини структурно не надто різняться. Очевидно, вважають автори роботи, накопичення потенційної енергії пружної деформації відіграє значну роль і в наших м`язах, що може помітно просунути протезування кінцівок і допомогти в лікуванні захворювань, що атакують мускулатуру людини.
