То, что нервные клетки не восстанавливаются, – давняя народная мудрость. Но исследования мельчайших насекомых, не видимых глазу, опровергают эту безнадёжную перспективу

Год назад на российские экраны вышел полнометражный американский мультфильм «Эпик». В нём сумасшедший профессор пытается доказать, что рядом с нами существует невидимый невооружённым глазом мир крошечных, но разумных существ. Они, как и мы, страдают, любят, ненавидят. Но в силу размеров существуют по иным физическим законам. Они живут намного быстрее, чем мы, и требуются специальные коммуникаторы, чтобы понять друг друга. Профессору никто не верит, пока его дочь-тинейджер волей случая не оказывается уменьшенной в тысячи раз… Мудрый мультик учит быть бережнее и внимательнее к миру, в котором мы живём.

Так вот, оказывается, всё это никакая не фантастика. Доцент кафедры энтомологии биофака МГУ, доктор биологических наук Алексей Полилов за свои пионерские исследования строения микроскопических насекомых недавно получил премию Президента РФ в области науки и инноваций.

Алексей Алексеевич, неужели рядом с нами действительно существует огромный невидимый мир?

– Почему же невидимый? Он видим с помощью электронных микроскопов. Вообще миниатюризация, или уменьшение размеров тела, – широко распространённый тренд эволюции животных и одно из основных направлений эволюции насекомых. В результате они становятся сопоставимы по размеру с одноклеточными организмами. Жуки перокрылки и перепончатокрылые мимариды – это мельчайшие многоклеточные. Размер насекомого-паразита яйцееда – всего 140 микрон, а самый крошечный из свободно живущих насекомых не превышает в длину 300 микрон. Это доли миллиметра, и невооружённым глазом мы их не видим. Их можно заметить, если только они двигаются при очень хорошем освещении на белом фоне. До последнего времени их строение не было описано, хотя представляет исключительный теоретический интерес. Ведь самое поразительное, что, имея столь миниатюрные размеры, они в полной мере остаются насекомыми.

Если крошечные насекомые стали такими в процессе эволюции, значит ли это, что они появились сравнительно недавно?

– Нет, они ровесники динозавров, а некоторые существовали ещё раньше. Хотя всё это время процесс эволюции продолжается.

Они, как обычные насекомые, обитают практически повсюду – в лесу, в почве и так далее?

– В общем, да – за окном, в горах, в лесу, в парке, в Москве и Подмосковье… Хотя в природных условиях южных широт, в тропиках их больше всего и по численности, и по разнообразию форм.

Чем же они лучше для науки, чем обычные насекомые?

– Это как раз тот случай, когда размер имеет значение, причём колоссальное. Он во многом определяет их морфологию, физиологию, биологию. Скажем, у некоторых совсем другой образ жизни, чем у их более крупных родственников.

Какой же?

– Это целый микромир, и говорить о каком-то одном образе жизни невозможно – как и у нас. Скажем, ваш образ жизни сильно отличается от того, который ведёт летучая мышь или муравей, не так ли? Так и у них. Есть такие особи, которые обитают в подстилках, в гниющих остатках, в грибах. Есть паразиты, которые развиваются в яйцах других насекомых…

Но чем они в целом отличаются от более крупных насекомых?

– У них очень специфический крыловой аппарат. Это не пластина, как у бабочек или стрекоз, а жилка, и основную машущую плоскость образуют щетинки по периметру крыла. Это некий веер или перо, обеспечивающее принципиально иной механизм полёта. Иначе говоря, у них совершенно иная аэродинамика, для нас пока неведомая. Тут важна относительная вязкость воздуха – для них она совсем не такая, как для крупных организмов. Правильнее говорить даже не о полёте, а о плавании в воздухе. Они похожи, например, на рачков, которые плавают в воде.

Что ещё вас поразило?

– Все они сохраняют то же строение, что и более крупные родственники. Невероятно, но у них высоко стабильна организация мускулатуры, остаются практически все системы органов. А наиболее масштабные изменения происходят в тканях внутренней среды и кровеносной системе: они принципиально упрощаются, ибо при таких размерах невозможна активная циркуляция крови и лимфы. Поэтому у большинства из них нет сердца. Но дыхание, транспорт питательных веществ, метаболические функции – всё работает как часы.

Сердца нет – значит, на чувства они не способны… А на мысли?

– Сейчас мы наблюдаем насекомых, у которых более 95 процентов клеток нервной системы безъядерные. Но вся структура и относительный объём нервной системы сохраняются. У них есть все необходимые органы чувств, они летают, питаются, находят хозяев, то есть их нервная система выполняет все свои функции. Мы хотим понять, как это происходит. Пытаемся с помощью экспериментов выявить их способности к запоминанию и даже обучению, разработали специальные тесты. А вдруг результат окажется положительным?! Шутки шутками, но они на самом деле не так просты.

Может ли всё это иметь прикладное значение для биотехнологий, биоинженерии, робототехники?

– Миниатюризация – это не только одно из основных направлений движения эволюции животных, но и главное направление развития современной техники. Некоторые пункты исследования уже включены в справочники по робототехнике. Возможная ниша для внедрения касается именно нейронов и памяти. Сегодня считается, что механизм памяти у всех животных более или менее одинаковый и связан с белковым синтезом. Будь то червь или млекопитающее, память у всех функционирует сходно. Но насекомые, о которых идёт речь, имеют безъядерные нейроны, что исключает возможность белкового синтеза. И если окажется, что у них при этом есть память, то либо будет перекраиваться вся теория памяти, либо откроются принципиально новые её механизмы.

Есть ли перспектива создания неких безъядерных моделей?

– Такая модель недавно была создана в одном из американских университетов и нашей командой из Питера. Учёные показали, что можно отделить отростки от тела нейронов и они какое-то время будут продолжать функционировать. Мало того: можно создать условия, при которых они обратно срастаются. То есть расхожая парадигма, что нейроны не восстанавливаются, полностью развенчана.

Значит, неверно, что нервные клетки не восстанавливаются?

– Эксперименты свидетельствуют о том, что восстановление нейронов возможно.

У вас за спиной стоят контейнеры, где обитают эти волшебные существа. Что вы чувствуете, работая с ними каждый день? Ощущаете, что это живые создания?

– Эмоции в основном профессиональные: меня поражает их строение, их простота и в то же время сложность.

Как вы себе представляете их жизнь?

– Нам это непросто, ведь они существуют в совершенно ином мире, где царит иное распределение сил. Для них сила поверхностного натяжения или электростатические силы гораздо больше их собственного веса, и вещи, которые мы себе даже представить не можем, для них обыденны. Скажем, они способны ходить по поверхности жидкости. Но если проваливаются, то уже не могут выбраться. Или могут электростатически к чему-нибудь прилипнуть и не иметь никаких сил отлепиться. У них есть, в нашем понимании, свои бесспорные минусы существования, но и свои плюсы. Им нужно крайне малое количество пищи, энергии, они могут развиваться в очень маленьких нишах, что невозможно для более крупных животных. Малые размеры увеличивают скорость метаболизма, что даёт возможность намного быстрей размножаться, получать новые поколения, наращивать свою численность. Но и опасностей для них существует куда больше.

Представляю ужас, который охватит ярых защитников животного мира, когда узнают, что каждый миг, шагая по траве, они уничтожают мириады крошечных жизней! А какой кошмар, наверное, испытывают эти насекомые, когда на их жилище наступает человек!

– Мы даже предполагать не можем, что они ощущают. Но подошва нашего ботинка вряд ли становится для них стихийным бедствием, а вот капля воды может обернуться настоящей катастрофой.

Великим потопом?

– Да, но только происходящим с куда большей частотой, чем для нас с вами.

Почему же? Ведь если у них очень короткая жизнь, значит, в микромире просто иная скорость жизни, и тогда их великие потопы случаются с такой же частотой, как наши.

– Ну, это уже метафизика.

Но какая увлекательная! Вы никогда не пытались себе представить этот невидимый мир как некую крошечную модель нашего, внутри которого, вероятно, есть ещё более мелкие миры?

– Когда-то физики упёрлись в предельные размеры элементарных частиц. То же и в биологии. Похоже, существует предел миниатюризации живых организмов, и он нами определён. Конечно, внутри этих видов могут существовать особи более или менее крупные. Так, например, самка большая, а самец в три раза её меньше. Этот карлик лишён крыльев, глаз, ротового аппарата, кишечника, практически всех органов чувств... Фактически он выполняет единственную роль – размножение. Вообще такие насекомые демонстрируют удивительный разброс размеров: длина мельчайшего отличается от длины крупнейшего из них в две тысячи раз, что существенно превышает разброс размеров в любом другом классе позвоночных животных. Таким образом, мы видим поразительную возможность масштабирования биологических структур и процессов, и это также крайне важно для науки. Тем не менее мы имеем дело с самым миниатюрным живым миром, сосуществующим рядом с нами. Он невероятен и очень загадочен.

Беседу вела Наталия Лескова

Теги: , , , ,