Мельчайшие насекомые, чья длина составляет всего какие-то доли миллиметра, до последнего времени были практически не изучены. Благодаря доктору биологических наук, завкафедрой энтомологии МГУ Алексею Полилову и его коллегам мир узнал о многих удивительных чертах их морфологии и эволюции. 1 августа исследователь выступит с пленарным докладом на энтомологическом симпозиуме, который пройдет в Новосибирском госуниверситете.

Что происходит с конструкцией органов при уменьшении размеров тела насекомых от одного сантиметра до десятых долей миллиметра? По линейным размерам — это уменьшение в сто раз, а по объему — в сто пятьдесят тысяч и более раз. Цель моей работы — понять, что в организме насекомого остается прежним, что изменяется, объясняет энтомолог, открытия которого в 2013 году стали сенсационными для всего научного сообщества.

Мельчайшие насекомые относятся к разным отрядах насекомых — это и жуки, и перепончатокрылые, и сеноеды. Их объединяет малый размер организма — самые мелкие виды достигают длины всего 0,14 миллиметра. Есть ли пределы миниатюризации? Что ограничивает размеры тела в целом и отдельных органов?

Оказалось, что есть органы, размер которых не может изменяться пропорционально изменению размера тела. Непропорционально меняется, например, половая система. Развивается только одно яйцо, которое занимает больше половины длины тела самки. Ведь из него должна выйти готовая к жизни личинка, а ее живучесть определяется количеством клеток, из которых построен организм. Для развития такого огромного яйца необходима половая система, которая занимает значительную часть тела насекомого. Спермий может быть в два раза больше длины тела. Размеры фасетки не меняются, поэтому эволюция глаза идет по пути сокращения количества фасеток, а не их размеров.

Еще один яркий пример — нервная система, поясняет Полилов. Ее эффективность определяется количеством клеток и числом контактов между ними, поэтому уменьшить ее размер пропорционально размеру тела очень сложно. Даже у самых маленьких насекомых, размером с амебу, в мозге больше четырех тысяч клеток. Относительный объем нервной системы мельчайших насекомых значительно больше, чем у человека или других животных, — до 20% организма! Мозг занимает не только голову, но и грудные и брюшные отделы, что создает серьезные энергетические затраты. У млекопитающих, мозг которых составляет проценты или доли процентов тела, его энергозатраты — до половины всего расхода энергии.

При этом у мельчайших насекомых размеры нервной клетки — нейрона — тоже уменьшаются. Это вообще одни из самых мелких клеток, входящих в состав организма многоклеточных животных, подчеркивает исследователь. Оказалось, в их строении нарушаются фундаментальные цитологические законы: в некоторых, иногда в большинстве, нейронах отсутствует ядро. Это так называемые безъядерные нейроны. Когда их обнаружили, это стало сенсацией.

Дело в том, что безъядерные нейроны ни у кого из животных ранее не были выявлены. С их обнаружением ставится под сомнение принятый в науке принцип работы нервной системы, который до сих пор был построен на постулате «нервные клетки не восстанавливаются». Если разделить нейрон на части, то часть без ядра погибает, срастить разделенное ядро нельзя. Но пару лет назад в работах некоторых ученых было показано, что в лаборатории можно разделить клетку на части, которые будут работать. Можно даже создать условия, в которых они будут снова срастаться. Это был прорыв.

Вторая проблема, которая может быть решена в ходе исследований мельчайших насекомых, — изучение памяти. По современным представлениям долгосрочная память определяется белковым синтезом. В моих работах исследованы мельчайшие насекомые, у которых невозможен синтез белков в связи с отсутствием ядер.

Насекомым предлагается стимул — либо это запах, либо пища. Стимул заставляет их совершать определенные действия. Затем стимул убирается, и животные совершают те же самые действия, руководствуясь условным рефлексом, который выработался в процессе эксперимента. Пока «дрессировка» насекомых не увенчалась успехом.

Мельчайшие насекомые можно обнаружить буквально рядом с домом. Ученый собирает их с помощью сита, которое позволяет брать субстрат гниющей древесины. Далее после просеивания на светлом фоне он выбирает все мелкое и бегающее.

Понять, что это такое, — сложно. Поэтому и берется все, что есть, и в дальнейшем разбирается детально под микроскопом. Например, чтобы найти мельчайших паразитических насекомых, рассказывает Алексей, я собирал растения, на которых живут насекомые, которые их едят, а в яйцах этих жуков, уже в лаборатории, находил мельчайших паразитирующих насекомых.

В ходе наших экспедиций — в Приморье, во Вьетнам — мы обнаружили много неизвестных науке насекомых. Но описали только 12 новых видов и три ранее неизвестных рода. Дело в том, что сделать описание нового вида — это отдельная работа. Но степень исследованности мельчайших насекомых такова, что можно открывать новые виды, не выезжая из Подмосковья. Неизвестные насекомые живут у нас за окном.

В 2014 году Алексей Полилов стал лауреатом Премии Президента Российской Федерации в области науки и инноваций. В представлении номинанта говорится, что «полученные результаты открывают новые возможности для целого ряда биотехнологических и биоинформационных направлений, таких как микроробототехника, нанооптика, моделирование нейронных сетей, изучение масштабирования сенсорных систем, геномика и многие другие, сфера применения которых потенциально велика».

Если вам вдруг не удастся дойти до НГУ 1 августа, рекомендую посмотреть лекцию Алексея Алексеевича на семинаре Future Biotech.

Источник — «Новая газета». Видео — Future Biotech.