X

Подкасты

Рассылка

Стань Звездой

Каждый ваш вклад станет инвестицией в качественный контент: в новые репортажи, истории, расследования, подкасты и документальные фильмы, создание которых было бы невозможно без вашей поддержки.Пожертвовать
24статьи

Пермские учёные, разработки, открытия.

Марсианские экстремальные территории легко могут заселить российские комары

Все знают, что Белка и Стрелка — звёздные собаки. Но никто даже представить себе не может, что существуют звёздные комары. Это настоящие герои! Они выдерживают и холод Арктики, и африканский зной, и стынь открытого космического пространства. При такой морозостойкости о любвеобильности и эротической изобретательности этих существ можно слагать поэмы. Но, увы, пока пишутся только научные труды. И вообще! Они удивительно устроены, эти двукрылые. Назовём их уже — комары-звонцы.

О комарах обычно не говорят, их просто прихлопывают. Но мы поговорили и узнали много интересного. Наш собеседник — кандидат биологических наук Андрей Крашенинников, доцент кафедры зоологии беспозвоночных и водной экологии Пермского государственного национального исследовательского университета.

«Чтобы определить вид комара, надо его поймать и разрезать. Работа ювелирная! Под микроскопом следует отделить все части тела: голову, антенны, брюшко, крылья, половой аппарат...» Фото: Константин Долгановский

Легко попасть под мрачное обаяние пауков, прельститься гламуром бабочек, проникнуться «утопическим социализмом» муравьёв и пчёл. Но что замечательного в комарах?

— Первое. Комарами мы привыкли считать тех насекомых, что нас кусают. В реальности комары — это большая сборная группа, в которую входит несколько разных семейств. Те комары, которые нас кусают, — это кулициды (Culicidae). Я занимаюсь другим семейством. Мои комары не кусаются. По-русски их называют «комарами-звонцами». По-латыни — «хирономидами» (Chironomidae).

Комаров-звонцов хорошо знают люди, увлекающиеся аквариумистикой. На личинок рода Chironomus (это мотыль, или малинка) рыбаки ловят рыбу. А взрослая стадия называется «имаго» (лат. imago — «образ»). Имаго — это типичный комар. Только он не кусается. И во взрослом состоянии фактически не питается. Взрослая стадия нужна только для расселения и размножения.

Почему ваше внимание пало именно на комаров-звонцов?

— Открывать в биологии новые виды сегодня можно, лишь изучая какие-то мелкие группы, которыми мало кто занимался и занимается. А хирономиды отличаются довольно большим видовым разнообразием.

Бабочек и пауков уже всех описали?

— Я бы так сказал: с ними проще. Чтобы определить вид комара-звонца, надо его поймать и разрезать. Работа ювелирная! Под микроскопом следует отделить все части тела: голову, антенны, брюшко, крылья, половой аппарат... Затем сделать из них постоянные препараты в смоле, чтобы потом изучать их под микроскопом. Мы смотрим и внешнее строение, и слюнные железы, в которых содержатся очень крупные хромосомы...

О чём могут поведать человеку комары-звонцы?

— О многом. Комары-звонцы занимают своё почётное место в пищевой цепочке — это основная пища мальков рыб. Они встречаются в большинстве типов пресных водоёмов. Обитают даже на побережье морей, что не характерно для многих насекомых.

А наиболее интересно, на мой взгляд, то, что это самые крупные членистоногие наземной части Антарктиды. Есть такой комар, он называется Belgica antarctica. Крылья у него редуцированы. Обитают такие комары в массе своей именно на Антарктиде.

И у нас можно встретить представителей этого подсемейства комаров. Правда, род другой. И видовое разнообразие больше.

Так вот, меня очень заинтересовало: почему эти комары обитают в таких экстремальных условиях, за счёт чего они могут там существовать? Хотя тема криобиологии в нашей стране хорошо разработана...

Это связано с заморозкой-разморозкой живых (и не очень живых) существ?

— Это связано с зимовками. Не только с тем, чтобы заморозить, а потом разморозить и посмотреть, оживёт или нет. Науке интересны механизмы, позволяющие животным адаптироваться к холоду. Благо, что мы живём в России и нам за такими примерами далеко ходить не надо, потому что большая часть наших членистоногих может зимовать на стадии, допустим, имаго или на стадии личинки... При этом они промерзают насквозь.

Смотрите, если человека заморозить, а потом разморозить, будет хладный труп...

«Меня очень заинтересовало: почему комары семейства Belgica antarctica обитают в таких экстремальных условиях, за счёт чего они могут там существовать?» Фото: Константин Долгановский

Википедия сообщает, что в России на 23 февраля 2013 года крионировано 35 человек. У этих людей была надежда, что однажды их разморозят и оживят. А во всём мире таких людей, думаю, уже тысячи...

— Заморозить-то их заморозили, но не факт, что их разморозят. В чём проблема, в том числе и у человека? При замораживании вода увеличивается в объёме. Это всем известно. Кроме того, она ещё и кристаллизуется. При замораживании вода рвёт клетки. Следовательно, после размораживания будет труп — клеточные структуры повреждены.

У хладнокровных же, в том числе и у насекомых, есть вещества, которые защищают клетки от разрушительного воздействия замерзающей воды. Такими веществами являются в основном самые разнообразные углеводы — например, трегалоза. Перед зимовкой комары-звонцы накапливают, синтезируют её. Кроме трегалозы, в этих целях используется также глицерин. У насекомых, кстати, в качестве криопротекторов (веществ, защищающих живые объекты от повреждающего действия замораживания. — Примеч. ред.) глицерин встречается чаще всего.

В итоге у комаров-звонцов гемолимфа (жидкость, циркулирующая в сосудах насекомых) не кристаллизуется. И клетки у них не рвутся. В охлаждённом состоянии, когда все процессы жизнедеятельности замедляются, комары-звонцы могут находиться достаточно долго.

Буквально несколько лет назад этих самых комаров-звонцов стали активно исследовать японцы. Исследовали они не хладолюбивые формы, а, как ни странно, обитателей пустынь. Японцы изучали африканского комара-звонца, он называется Polypedilum vanderplanki. Его личинки обитают в вади. Это временные реки в пустынях Африки. Дожди там бывают один раз в два-три года. Возможно, ещё реже. В этой ситуации у личинок комаров-звонцов есть задача: как сохраниться до следующих дождей, если вся вода высохла? Они блестяще решают её. Африканские звонцы впадают в стадию, которая называется «криптобиоз» (замедление жизненных функций организма).

Известно, как они это делают?

— Они избирательно выгоняют из себя воду. Переводят свой организм в сухое состояние. А чтобы белки не денатурировали (не разрушались), используют накопленную трегалозу.

«У комаров-звонцов гемолимфа (жидкость, циркулирующая в сосудах насекомых) не кристаллизуется. И клетки у них не рвутся. В охлаждённом состоянии, когда все процессы жизнедеятельности замедляются, комары могут находиться достаточно долго». Фото: Константин Долгановский

Правильно ли я поняла, что и африканские, и арктические комары, находясь в разных климатических ситуациях, для самосохранения используют один и тот же механизм?

— Механизмы похожи. Японцы проводили опыты с уже высушенными африканскими созданиями: они подвергали их действию очень высоких и очень низких температур. Но!.. После того как личинок, подвергшихся испытаниям, заливали водой, те возвращались к жизни.

Этой способностью заинтересовались в Роскосмосе. Личинки высушенных африканских комаров-звонцов в рамках космического эксперимента «Биориск» были отправлены за пределы земной атмосферы. Там они больше года находились в специальной капсуле за бортом МКС. Подвергались воздействию открытого космоса! А когда капсулу спустили на Землю, исследователи были поражены. Если мне не изменяет память — более 80 % личинок ожило. А те личинки, что не вернулись к жизни, были просто повреждены вибрацией. При этом, попав в физраствор, фрагменты их тел проявляли жизненную активность.

Почему не наши, а африканские комары летали в космос?

— Вот и мне это стало очень интересно. И в то же время обидно. Почему японские исследователи? Почему африканские комары? Ведь у нас есть похожие виды.

Поясню. Африканские комары — их взрослая стадия (имаго) — активны при высоких температурах. Гораздо выше нуля. Термопреферендум (наиболее комфортная среда обитания) для них 20...25 градусов Цельсия.

И я задался целью найти комаров, которые могли бы проявить аналогичные свойства, но чтобы обитали они в отрицательных температурах. И такие комары есть.

На территории Урала живут комары, которые активны в январе. Имаго их бегают по снегу при температуре −20 градусов. Этим двукрылым надо, чтобы светило солнце и была открытая вода. Это необходимое условие для того... Во-первых, чтобы их личинки вышли из куколок, которые обитают в реках и ручьях. А во-вторых, чтобы взрослые особи отложили в открытую воду яйца.

Я говорю о комарах рода Diamesa. Причём в северном полушарии этот род встречается довольно широко. Есть работы японцев, которые изучали диамез в Гималаях, где эти комары точно так же проявляют активность при отрицательных температурах: откладывают яйца в родники.

А ещё есть формы, которые даже из ледников не выходят. Поясню: в горах бывают крупные ледниковые щиты. Вода внутри них проделывает себе каналы, по ним и течёт. А внутри этих миниатюрных ручьёв живут комары-звонцы, питаясь тем, что смывается с гор. Эти комары никогда не видят солнечного света. На поверхность они поднимаются только для того, чтобы спариться и отложить яйца. Некоторые из них бегают по снегу точно так же, как наши.

Но особый интерес, на мой взгляд, представляют хирономиды, живущие во временных водоёмах...

«На территории Урала живут комары, которые активны в январе. Они бегают по снегу при температуре −20 градусов. Этим двукрылым надо только, чтобы светило солнце и была открытая вода». Фото: Константин Долгановский

Почему обитатели временных водоёмов?

— Потому что они подвергаются двойному стрессу. Во-первых, временные водоёмы существуют только весной. К середине лета вода в них полностью высыхает. И вот личинки наших комаров сначала подвергаются высыханию, а потом промерзанию. На всю зиму! После зимы, когда всё оттаивает и водоём наполняется водой, личинки возвращаются к жизни и завершают свой метаморфоз. Выходит имаго. Имаго спариваются, откладывают яйца. Появляются мелкие личинки, они начинают активно питаться. Что происходит дальше, пока непонятно: этот этап жизни комаров-звонцов находится на стадии изучения.

Кто-то ещё в России, кроме вас, занимается так плотно звонцами?

— Мой научный руководитель работает во Владивостоке, занимается систематикой. Учился я у него. Это Евгений Анатольевич Макарченко из Биолого-почвенного института. В Новосибирске успешно занимаются кариосистематикой — изучают хромосомы. Исследователей комаров-звонцов в России много. Потому что комары-звонцы — это ещё и объект биоиндикации: по ним оценивают качество вод.

У нас есть и исследователи комаров-звонцов, и сами комары-звонцы, причём в большом количестве... Совсем непонятно, почему Роскосмос обратился к японцам...

— Не знаю, почему нельзя привлекать отечественных специалистов. Пока попытки наладить контакт с Роскосмосом не увенчались успехом. В будущем я планирую составить список организмов, которых можно использовать в подобных исследованиях.

А вы сопоставляли данные исследований по африканским комарам с результатами ваших исследований? Может, всё-таки «африканцы» в чём-то круче?

— Конечно, сопоставлял. Что интересно: если наших комаров, которые бегают по снегу, просто засунуть в морозилку, а через некоторое время достать, то эти ледышки оттаивают... И опять побежали.

Я подумала, если африканских комаров надо доставлять в космос в засушенном состоянии, то комаров-звонцов...

— Замороженными.

А может быть, живыми? Они ведь привыкли к низким температурам и, должно быть, из активного состояния сразу впадут в свою легендарную спячку?

— Скорее всего, для них нужно понизить температуру и уже в замороженном состоянии перевозить на далёкие расстояния. Ведь в чём проблема, если говорить о колонизации Марса?..

Да. Говорим о колонизации Марса!

— Чтобы человек мог жить на Марсе, необходимо создать там некое подобие экосистем. Во-первых, на планете должно быть что-то вроде водорослей, которые могут стать источником кислорода и пищей для других участников биологической цепочки. Следующий момент — консументы первого порядка. Термин из экологии — организмы, которые будут питаться водорослями. Здесь можно использовать рыб. Но!.. Есть проблема. Как транспортировать рыбу, чтобы она несколько лет находилась в спящем состоянии? Дорога длинная, лететь долго...

Предположу, что на Марсе уже три миллиарда лет не было дождя...

— Мы не говорим сейчас о том, что будем заселять всю планету в целом. Но даже если строить на Марсе некие теплицы-инкубаторы или что-то в этом духе, мы должны создать в них экосистемы, где можно будет выращивать пищу для человека.

В фильме «Интерстеллар» было что-то подобное — теплицы на Марсе, в которых цвели сады, если я правильно помню.

— Так вот. Чтобы создать на Марсе экосистемы, мы должны подобрать для этого организмы, а потом доставить их туда. При этом во время полёта наши организмы должны быть в иммобилизированном (спящем) состоянии. Если они будут активны, то их надо будет кормить. Только представьте, сколько нужно взять с собой корма, чтобы эти организмы в течение путешествия, которое может длиться не один год, поддерживать?

Есть версия, что во времена Всемирного потопа все животные Ноева ковчега тоже спали, пока Ной искал сушу. Правда, проверить это никак нельзя.

— И при полёте на Марс животные должны спать. Поэтому в путешествие отправится ограниченный круг организмов. Африканские комары, конечно, уже проверены космосом. Но их недостаток в том, что на стадии имаго они неустойчивы к низким температурам. А наши звонцы устойчивы. И если представить, что на Марсе когда-нибудь появится кислород, то марсианские экстремальные территории легко могут заселить наши российские комары.

Но там очень-очень-очень холодно.

— Вернёмся к комарам — любителям холода. Мы сейчас активно сотрудничаем с национальным парком «Русская Арктика». Изучаем комаров-звонцов архипелага Земля Франца-Иосифа. Комары-звонцы — единственные амфибиотические насекомые этой группы островов. Поясню: амфибиотические насекомые — это насекомые, которые часть жизни проводят в воде, а часть — на суше. По сути, это пища рыб.

На Земле Франца-Иосифа (а это самый северный архипелаг) живут только хирономиды.

Там нет ни бабочек, ни пауков, ни пчёл, ни мух, ни муравьёв?

— Бабочек нет, пауки есть, мухи тоже сейчас описаны. А комаров-звонцов очень много. Они заселяют там все водоёмы, которых огромное количество и которые потом полностью промерзают.

Кстати, мною описан оттуда новый для науки вид. А ещё я готовлю к описанию несколько видов комаров с хребта Пай-Хой, что на Югорском полуострове. В 2013 году я организовал экспедицию на побережье Карского моря.

Все комары, как мне кажется, похожи, если это не очень большие комары. Как вы определяете их вид?

— Видовая диагностика у насекомых идёт по строению полового аппарата. И чаще всего именно половой аппарат самца используется для определения вида.

«Сексуальное поведение комаров — звонцов изучают немецкие учёные, но и у нас есть наблюдения. Положение самца относительно самки, если брать разные виды, отличается большим разнообразием». Фото: Константин Долгановский

Значит, задавая вопрос о том, сколько вариантов полового аппарата зафиксировано у мужских особей комаров-звонцов, я получу ответ о числе описанных видов этих хирономид? Мне любопытна эта цифра.

— Для Евразии — 1 500 видов только комаров-звонцов. Для Дальнего Востока — более 600 видов. Для Урала — более 300 видов. Но описаны ещё далеко не все.

Чудны дела твои, эволюция! А нужны ли комарам-звонцам при таких фантазийных аппаратах самки?

— Да, конечно. И здесь есть очень интересная особенность — поведенческая. Самцы живут недолго. И основная их цель в жизни — спариться. Поэтому они пытаются спариться с самками своего и чужого вида, с самцами своего и чужого вида. С мухами пытаются спариться. И даже с родинками человека могут попытаться спариться. Они подбирают партнёра по принципу «ключ-замок». Им важно исполнить своё предназначение.

Как с такими экстраординарными кавалерами ведут себя самки?

— Сложно сказать. Когда мы видим рой комаров-звонцов, это в основном самцы. Самка влетает в рой, и происходит спаривание. Потом она откладывает яйца, а через некоторое время погибает.

Известно ли, как при такой причудливости полового аппарата и поведения происходит спаривание?

— Есть научная статья, которая посвящена сексуальным позициям комаров-звонцов. Это, я скажу, настоящая комариная «Камасутра». Сексуальное поведение звонцов изучают немецкие учёные, но и у нас есть наблюдения. Положение самца относительно самки, если брать разные виды, отличается большим разнообразием. У некоторых животных даже есть специальные выросты, которые, видимо, каким-то образом возбуждают самку этого конкретного вида.

Комары что-то чувствуют?

— Я думаю, что такой процесс чувствуют все животные. Это на гормональном уровне регулируется.

Я никогда раньше даже не задумывалась о чувствах и эмоциях комаров. Для меня комары были как тупые биомашинки.

— Понимаете, чтобы совершилось какое-то действие, должна возникнуть потребность. Эта потребность обычно регулируется гормонально — и у нас, и у них.

Кстати, почему звонцы называются звонцами?

— Потому что, когда они роятся, стоит сильный звон. У нас на водоёмах это бывает редко. Более характерен такой звон, скажем, для дельты Волги. Там гигантские рои! И звонцы на Волге сильно звенят.

Каковы ваши дальнейшие планы, связанные с комарами-звонцами?

— Будем продолжать инвентаризацию. Детально изучать северные регионы нашей страны, которые на сегодняшний день изучены крайне слабо. При этом уже можно говорить о закономерности, и очень интересной. У большинства насекомых число видов растёт при движении с севера на юг: чем южнее — тем больше видов. У комаров-звонцов перспектива обратная: чем дальше на север — тем больше их видовое разнообразие. Звонцы освоили огромное количество мест обитания.

Криптобиоз не даёт мне покоя. Можем ли мы, люди, взять эту способность комаров-звонцов (замедлять жизненные процессы, когда это надо) на вооружение? Человеку в его путешествии к Марсу тоже ведь лучше большую часть дороги спать.

— Звонцов сейчас активно изучают и у нас, и на Западе. Не назову фамилию авторов работы, не помню, но этими учёными почти полностью расшифрован геном Polypedilum vanderplanki, рассматриваются молекулярные механизмы криптобиоза.

Конечно, в будущем способность к криптобиозу будет каким-то образом перенесена на млекопитающих. Уже ставятся опыты на мышах. Когда всё получится, перейдут к приматам. В перспективе — человек. Надо только понять, как эти физиологические механизмы у комаров запускаются и допустимо ли включить их у млекопитающих.

Были ли вообще такие прецеденты, когда млекопитающим прививалось что-то от насекомых? Кажется, это называется «генная инженерия»?

— На уровне экспрессии генов, так скажем, нет. Это довольно сложно.

Что такое «экспрессия генов»?

— Экспрессия генов, если говорить простым языком, — это запуск синтеза белка на основе информации, записанной в гене. Что касается трегалозы, здесь есть два пути.

Первый. Уже описаны опыты с трегалозой: её количество в организме повышали тем, что делали укол. То есть вещество, которое защищает клетки от разрушения при замерзании, может поставляться с помощью уколов. На этом пути возникают проблемы — осмотический шок и многое другое.

Второй путь. Генная инженерия. Допустим, нам надо внедрить в геном млекопитающего какие-то гены и отработать механизм их запуска, чтобы гены, когда надо, начинали работать. В нашем случае это путь, результатом которого должно стать появление в организме белка, способного синтезировать трегалозу.

Генная инженерия сейчас активно работает с бактериями и растениями. С животными всё гораздо сложнее. Какие действия она предполагает? Надо вырезать ген или комплекс генов у одного организма и встроить в нужное место другого организма. Что-то уже делается на мышах, но это пока невероятно сложно. По крайней мере, опыты с трегалозой — дело будущего. Думаю, правда, ближайшего будущего.

Значит, перед российской наукой всё-таки стоит задача колонизации Марса? А я думала, что мы занимаемся с вами научной фантастикой.

— Опыты с трегалозой не из области фантастики. Российская наука ставит перед собой такие задачи.

И учёные реально думают, какие организмы понадобятся для колонизации Марса, разрабатывая технологии, которые позволят задуманное воплотить?

— Самая главная проблема, ещё раз говорю, — как доставить живой груз на Марс. И чтобы минимум затрат на его поддержание...

В связи с этим хотелось бы, чтобы наши учёные не оставались в стороне от исследований космоса. У нас есть целый ряд организмов, которых мы готовы предложить Роскосмосу.

Наконец, российские комары не хуже комаров африканских. Они разнообразнее, живут в значительно более экстремальных условиях — и промораживаются, и засушиваются. В конечном итоге они более доступны. И это важно.

Я знаю, что все мы одной «крови»: и пауки, и комары, и мыши, а также львы, орлы и куропатки... Потому что все мы когда-то вышли из одной клетки. Это ведь так?

— Это так. У нас похожие молекулярные механизмы. Почему, скажем, мы используем кишечную палочку в промышленности, чтобы она нам синтезировала инсулин и всё остальное? Потому что молекулярные механизмы у нас абсолютно идентичны — как у человека, так и у бактерии. Если мы встраиваем человеческий ген в бактерию, то она считывает информацию правильно.

Но бактерия не станет человеком. Что она тогда там считывает?

— Она считывает информацию о белке. И всё. Там не написано, что голова должна быть круглая или квадратная, а глаза — зелёные или голубые. Нет.

А белки?..

— А белки управляют механизмами развития. И мы, когда встраиваем гены из одних организмов в другие, встраиваем информацию о белке. Когда кишечная палочка синтезирует нам инсулин, она синтезирует его на основе той информации, которая записана в человеческом гене.

P. S. Мир живых организмов невероятно интересен и многое может дать человеку.

О проектеРеклама
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-64494 от 31.12.2015 года.
Выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций.
Учредитель ЗАО "Проектное финансирование"
E-mail: web@zvzda.ru
18+

Программирование - Веб Медведь