Справлять нужду быстрее молнии и другие сверхспособности насекомых

1. Не пытайтесь повторить это дома

В баре, где все заказывают пиво, нередко можно увидеть очередь в туалет, что и неудивительно: в пиве 95% воды. Если утром привезли и разгрузили десять 50-литровых кегов, то практически столько же жидкости позже из этого бара вытечет по канализационной трубе, а узкое место во всем этом процессе сами знаете где. В свете этого примера понятнее становятся проблемы насекомого стеклокрылой цикадки (Homalodisca vitripennis из славного рода* Proconiini).

Эти крылатые существа прыгают по листьям растений и сосут сок. Растительный сок, почти как наше пиво, состоит главным образом из воды, так что бедняжке приходится за день высосать примерно в 300 раз больше собственного веса, чтобы хоть как-то насытиться. И соответственно, вся эта вода постоянно вытекает у них с другого конца. Если вы окажетесь под деревом, зараженным цикадками, вам может показаться, будто пошел дождик. Теперь вы знаете, отчего это.

Конечно, у таких неряшливых существ должно возникать много проблем: как минимум их неопрятные манеры могут привлечь хищников. Решение? Природа предложила вот что: постараться запулить свои выделения как можно дальше и быстрее. Насколько быстрее?

Ученые утверждают, что их находки найдут применение в микрофлюидике — отрасли технологии, используемой, к примеру, в принтерах, а также в секвенаторах ДНК

Биологи из Технологического института Джорджии задались этим вопросом и получили ответ: с ускорением примерно 20 g, то есть в десять раз быстрее, чем стартует с места гепард. Стеклокрылая цикадка делает это так: собирает жидкость на волоске, который торчит у нее из заднего конца тела. Волосок фиксируется в заданном положении с помощью защелки, но при этом подпирается пружиной. Стоит защелке открыться, и происходит выстрел: это самое вещество летит прочь. Аналоги «пружины» и «защелки» у других насекомых неизвестны. Подробности того, как именно цикадки писают, можно посмотреть в этом ролике.

Исследователи не ограничились выражением своего изумления перед ловкостью цикадки, а попытались воспроизвести описанный механизм с помощью искусственных ресниц и небольшого электропривода. Они утверждают, что их находки найдут применение в микрофлюидике — отрасли технологии, используемой, к примеру, в принтерах, а также в секвенаторах ДНК.

2. Муравьиный компас

Пустынные муравьи Cataglyphis в поисках еды могут отходить от гнезда на сотни метров. Своими повадками они напоминают спаниеля: на охоте муравей движется по синусоиде, рыща туда-сюда, а вот домой возвращается по идеальной прямой. Как он находит эту прямую? Еще интереснее повадки молодых муравьев, отправляющихся в свои первые вылазки: они время от времени останавливаются и делают оборот вокруг своей оси, глядя точно в сторону покинутого гнезда. Это при том, что гнездо у этих муравьев совершенно неприметное: просто дырочка в земле. Как они находят направление?

Известно, что большинство насекомых, в том числе и муравьи, делают это по солнцу или деталям ландшафта. Но оказалось, что пустынным муравьям это совершенно ни к чему: они прекрасно находят направление, даже если солнца не видно, а хитрые исследователи специально поменяли всю местность вокруг. Наконец, биологам пришла идея, что козявки могли бы использовать магнитное поле Земли. Притащили два здоровенных соленоида и с их помощью попытались запутать муравьев, поместив их в однородное магнитное поле другого направления. Это удалось: муравьишки заблудились.

Зачем этим муравьям понадобился такой изысканный механизм навигации, можно предположить: первые недели жизни насекомое проводит под землей и занято выкармливанием личинок, так что никаких ориентиров, кроме магнитного поля, использовать заведомо не может. А вот чего ученые не понимают, так это где у муравья находится этот самый компас и как он работает. И еще, конечно, странно, как малюсенький мозг муравья умудряется обработать столь разнообразную навигационную информацию: солнце, ориентиры на местности, число пройденных шагов, да еще и магнитное поле.

3. Комар — повелитель иммунитета

Комары распространяют разные болезни вроде малярии, лихорадки денге или вируса Зика. Эти болезни ученые привыкли изучать на грызунах: заражают крыску с помощью шприца и смотрят, как она болеет, надеясь использовать эти наблюдения для лечения людей. Крыски болеют не совсем так, как люди, что неудивительно: они же и не люди. Поэтому для ученых стало некоторым сюрпризом следующее явление: если заражать крысу не через укол, а так же, как заражается человек, через комариный укус, болезнь у нее протекает гораздо «человечнее». Развивается жар, лихорадка, кожный зуд. Очевидно, сам комар как-то участвует в развитии болезни, причем не только у крыс, но и у людей.

Этой загадкой занялись биологи из Техаса во главе с Ребеккой Рико-Хесси. Чтобы не тратить время попусту на обычных грызунов, они взяли линию мышей с «очеловеченной» иммунной системой. Оказалось, что белки из комариной слюны действительно взаимодействуют с иммунитетом, активируя Т-лимфоциты. По существу, это нечто похожее на аллергическую реакцию, но в сочетании с вирусной инфекцией все приобретает большой смысл: как бы ни прятался вирус от иммунной системы, сам комар (как существо значительно более близкое к человеку в эволюционном смысле) подсказывает нашим лимфоцитам, что надо быть настороже. Раз уж он стал безвольным орудием вируса, эта услуга — меньшее, чем он может искупить свою вину перед собратьями по животному царству.

Ученым остается выяснить, какой именно из сотен белков комариной слюны обладает этим волшебным действием, и они наверняка смогут использовать эти знания в борьбе с тропическими инфекциями.

4. Осы против государства

В Нью-Джерси проблема такая: неприятные зловонные клопы нападают на фруктовые сады и портят урожай яблок и груш. Чтобы извести клопов, ученые намеревались прибегнуть к методам биологической защиты: заселить сады особым видом миниатюрных ос, откладывающих яйца внутрь клопиных личинок. Самурайские осы — обитатель Азии. О том, к чему приводит необдуманное переселение видов из одной части света в другую, многие знают из литературы: мангусты, переселенные на Гавайи ради борьбы с крысами, занялись вместо этого уничтожением местных птиц и черепах. Ядовитая тростниковая жаба, ввезенная в 1935 году в Австралию ради борьбы с насекомыми, вообще стала национальным бедствием.

Были и успешные примеры: в 1980-х году в Африку заселили южноамериканских ос, чтобы охранять плантации маниока, и у ос все получилось, а автор идеи, швейцарский энтомолог Ханс Рудольф Херрен, был осыпан международными наградами.

В общем, биологическая защита — дело непростое, так что все надо много раз перепроверить. В США процедура включает подачу заявки в USDA (минсельхоз), в инспекцию по охране здоровья растений и животных. Заявка должна включать данные лабораторных экспериментов. Затем три разные организации независимо оценивают заявку по разным критериям, так что вся история может занимать годы и годы.

Биологи из Университета Рутгерса были примерно на полпути к успеху в этом нелегком деле: лабораторные эксперименты вроде как показали, что самурайские осы не вредят никому, кроме противных клопов. Так что можете себе представить их разочарование, когда они обнаружили этих самых ос, преспокойно летающих по грушевым садам их штата. Это не были их осы, сбежавшие из лаборатории: насекомые принадлежали к другой разновидности. Похоже, они добрались из Азии самостоятельно, не дожидаясь решения USDA.

Для ученых это означало две вещи: во-первых, их огромный исследовательский грант был потрачен зря, возобновлен не будет, и лабораторию можно распускать. Во-вторых, вся федеральная процедура больше не нужна, достаточно простого одобрения властей на уровне штата, и ос можно спокойно натравливать на клопиков.

Можно восхититься предприимчивостью ос, которые откуда-то ведь узнали, что в далекой Америке много вкусных тлей и клопов, и есть прямой смысл туда стремиться

Зоолог Пол Де Бах в 1971 году описывал подобные выкрутасы природы, назвав их «непредвиденным биоконтролем». Слово fortuitous имеет положительную окраску: это сюрприз, но приятный. В случае самурайской осы так, возможно, и было: у насекомого и так были все шансы получить иммиграционную визу США. Подобная история раньше случилась с европейской осой трихомалусом, самовольно заселившей Канаду, пока ученые еще только собирались оформить ей приглашение. А вот с другой осой, афелинусом, все сложилось неудачно: ее планировали ввезти в США для контроля соевой тли, но выяснилось, что оса имеет привычку жрать всех подряд. У афелинуса не было никаких шансов выправить въездные документы. Оса въехала нелегально и с 2005 года проживает в Пенсильвании.

Вывода тут два: во-первых, можно восхититься предприимчивостью ос, которые откуда-то ведь узнали, что в далекой Америке много вкусных тлей и клопов, и есть прямой смысл туда стремиться. Во-вторых, следует отметить, сколь жалки все попытки людей (и, в частности, государств) управлять тем, что происходит в природе. В мире, где каждый день тысячи судов пересекают океаны, а миллионы почтовых посылок доставляются с континента на континент, правительственные органы могут сколько угодно размышлять о том, каких насекомых им хотелось бы видеть у себя в юрисдикции, а каких нет. Однако эти размышления — пустая трата времени и средств налогоплательщиков. Мир, в котором мы живем, меняется без разрешения контролирующих органов, и это в целом к лучшему: чем меньше они могут проконтролировать, тем лично мне спокойнее.

Это же соображение, кстати, в полной мере относится и к миграциям людей — к пресловутой стене на границе с Мексикой и всей прочей чепухе, омрачающей эти январские дни. Но это уже другая история. А об истории с осами те, кто ею заинтересовался, могут подробно узнать из популярной статьи в журнале Science.

_______________

* Примечание. Сказано для красного словца: на самом деле это не род, а триба, потому что у цикадок все вообще очень запутано.

Автор статьи — научный редактор Forbes