Поиск по статьям и
новостям

  
ipad
Подписка
vote
megapolis
Говорит Москва
Информационный центр Правительства Москвы
aura
lazer
ofshoram

Изучение миниатюрных насекомых меняет представление о жизни клетки

Виола Егикова

Как курсовая работа студента-третьекурсника может определить всю его дальнейшую жизнь? Спросите об этом, например, у доцента кафедры энтомологии биологического факультета Московского университета, кандидата биологических наук Алексея Полилова. Вот уже второй месяц его телефон практически не умолкает - с того самого дня, как были объявлены имена лауреатов президентской премии молодым ученым в области науки и инноваций за 2013 год. Звонят из разных редакций с просьбой об интервью, и это неудивительно, ведь статус награды очень высокий, она фактически приравнивается к Государственной премии и вручается ежегодно узкому кругу исследователей за наиболее яркие, наиболее перспективные работы.

Тема научных изысканий Алексея Полилова, на первый взгляд, не вписывается в такое определение. Ну что, скажите на милость, может быть яркого и перспективного в изучении крошечных насекомых, кому они вообще интересны, кроме отдельных энтузиастов-энтомологов? Но так способны рассуждать люди, разве что чрезвычайно далекие от того, чем вместе со своей командой занимается молодой ученый. Те же, кто в курсе его исследований, присматриваются к ним с неизменным вниманием, недаром публикации российского биолога тщательно отслеживаются в научном мире. Более того, можно сказать, именно они положили начало существующей литературе о миниатюризации насекомых. До той поры, пока Алексей Полилов не занялся этой проблемой, насчитывалось от силы три работы, причем одна касалась гораздо более крупных объектов, другая была чисто спекулятивной, без конкретного материала, третья затрагивала лишь частные вопросы.

Вот, собственно, и все, чем располагала мировая наука, когда заведующий кафедрой энтомологии биофака МГУ, профессор Рустем Девлетович Жантиев посоветовал своему студенту заняться исследованием миниатюризации мельчайших многоклеточных живых организмов. Надо сказать, он был не единственный, к кому зав. кафедрой обратился с таким предложением, но идея никого не вдохновила, а тут была воспринята сразу и безоговорочно. Что привлекло к ней Алексея, почему он с такой готовностью ухватился за тему, которая категорически не понравилась другим студентам? На этот вопрос Алексей Полилов отвечает просто:

- Эта тема меня очень заинтересовала.

- Вы увидели в ней то, что не замечали другие?

- Может, и так. Но скорее всего их испугали трудности, отсутствие информации, ведь все предстояло начинать буквально с нуля. Речь тогда шла о практически неизвестной группе насекомых: не было ни описания объекта, ни его систематизации, ни методики исследований. Для начала надо было понять, кого и как изучать, на это ушли первые годы работы над темой.

- То есть вы взялись изучать насекомых, о существовании которых никто не знал?

- Не совсем так. Миниатюрные жуки упоминались еще лет 150 лет назад, но разве что примерно так: "маленькие, черненькие", в содержательном плане эта информация была практически бесполезная. Иными словами, в принципе было известно, что есть некие микроскопические насекомые, но вот где они живут, как выглядят, каково их строение, как они развиваются, как функционируют, насколько разнообразны и т. д., - все эти и другие вопросы оставались открытыми. Надо было ответить на них, прежде чем приступать собственно к исследованию миниатюризации мельчайших многоклеточных живых организмов. Меня как исследователя привлекала именно эта проблема, но, чтобы заниматься ею, надо было сначала найти подходящий материал, то есть тех самых микроскопических насекомых.

- Насколько они малы?

- Это насекомые размером менее миллиметра. Из них наиболее интересные - те, что не достигают и нескольких десятых долей миллиметра, а самое крошечное насекомое из тех, что известны нам сегодня, длиной 0,139 мм.

- Где же обитают такие крохи?

- Как оказалось, практически везде, где есть лесная подстилка, разлагающийся субстрат, гнилая древесина... Мне повезло, что я начал с изучения миниатюрных жуков, их сразу удалось найти в большом количестве и разнообразии. Но есть и редкие миниатюрные насекомые, чей ареал строго очерчен, некоторые из них, например, живут исключительно в канальцах грибов. Одно время считалось, что это тропическая группа, но она обнаружилась и на Дальнем Востоке, где мы нашли в грибах десятки разных видов и родов миниатюрных насекомых, которые на территории России обитают только в дальневосточном регионе.

- Можете утверждать это с уверенностью?

- Сейчас уже да, потому что за плечами десятки экспедиций. Где только не довелось побывать в поисках крошечных насекомых! Я их искал в средней полосе России, на Урале, на Кавказе, на Кольском полуострове, в Крыму, в Саянах, в Узбекистане, Казахстане, Киргизии, Иране, Индии, во Вьетнаме... И это еще далеко не весь список территорий. А когда студентом только приступал к поискам, начинал с того, что планомерно просеивал грунт в подмосковных лесах.

- Любопытно, как ищут эти микроскопические создания?

- Есть такое специальное сито с набором разных ячеек, куда помещается субстрат, и то, что оказывается в самом нижнем ярусе, внимательно исследуется уже в лаборатории. Собственно, так мы находим и изучаем этих насекомых.

- Для этого наверняка нужна хорошая аппаратура, да и поездки, про которые упоминаете, требуют немалых средств...

- Когда-то в моем распоряжении был лишь старенький микроскоп 1950-х, так что практически все лабораторное оснащение приходилось приобретать самостоятельно. И почти во все экспедиции я ездил за собственные деньги, для этого подрабатывал со студенческих лет промышленным альпинизмом. Потом пошли гранты - сначала от немецкого Фонда Александра Гумбольдта (это позволило купить хороший флуоресцентный микроскоп и микротом - прибор для изготовления срезов биологических объектов), затем от РФФИ. Сегодня у нас уже есть неплохое оборудование: в последние годы университет активно закупает его, очень хорошая аппаратура есть и в университетском Центре коллективного пользования, и в факультетской межкафедральной лаборатории электронной микроскопии.

Все это позволило обеспечить серьезную базу для изучения мельчайших насекомых, и сегодня уже достаточно широко охвачено практически большинство групп, семейств, отрядов. Наверняка работу по систематизации продолжит кто-то, кому интересен поиск новых видов, у меня же теперь есть возможность заниматься тем, что мне гораздо интереснее, - морфологией миниатюрных насекомых.

- Они изначально были такими маленькими?

- В том-то и дело, что нет. Их размеры уменьшались в процессе эволюции, есть целый ряд подтверждений, позволяющих говорить о том, что предшествующие формы были крупнее, чем та фауна, которую мы рассматриваем сегодня. Исходные размеры родственных насекомых достигали сантиметра, и выходит, что в отдельных случаях мы имеем дело с уменьшением размеров почти в 100 раз! Очень интересно, почему это происходит. Очевидно, что миниатюризация позволяет насекомым занимать все новые экологические ниши, осваивать новые пространства. Кроме того, уменьшение в размерах обеспечивает ускоренное развитие, возможность дать жизнь большему числу поколений, то есть увеличивать численность. А еще это позволяет уходить от пресса специализированных хищников и паразитов, которые не успевают за изменениями. Любопытно, что в процессе миниатюризации насекомые сохраняют свои функции, они так же питаются, размножаются, ищут хозяина...

- Но до каких пределов они могут уменьшаться?

- Это очень интересный вопрос, он, в частности, объясняет важность изучения таких насекомых. Сама по себе проблема миниатюризации не нова, она неплохо исследована на примере более крупных объектов, в частности, на примере позвоночных. Но никто еще не рассматривал ее, имея дело со столь маленькими многоклеточными живыми организмами. Как оказалось, в процессе миниатюризации наиболее пластичны опорно-двигательная и метаболическая системы, но этого нельзя сказать о нервной системе. И потому у миниатюрных насекомых всегда непропорционально развит мозг, ведь он должен сохранить все необходимые нервные клетки, а их много! Вот и получается, что мозг у них занимает значительную часть организма, он уже не умещается в голове, мозг присутствует и в грудной, и брюшной полости - он везде. Но соответственно возрастают энергетические затраты, необходимые для деятельности нервных клеток. Наверное, одним из ограничителей процесса миниатюризации можно считать как раз работу нервной системы.

- А может быть обратный процесс, когда происходит увеличение в размерах?

- Да, практически во всех отрядах насекомых есть объекты, которые сегодня значительно крупнее своей предковой формы. Существует и другой тип гигантизма: изначальные размеры, например, могут быть в пределах сантиметра, в процессе эволюции они уменьшаются, то есть происходит миниатюризация. А еще через определенный этап времени следует увеличение, причем весьма значительное - до 10 и даже до 20 см. Объяснить этот процесс очень сложно, он скорее всего связан с биологической спецификой определенных организмов.

Что же касается пределов миниатюризации, выяснилась неожиданная подробность: есть минимум два вида микроскопических насекомых, которые обладают безъядерными нейронами. Например, оса Megaphragma. Когда я впервые с этим столкнулся, не поверил собственным глазам, ведь это элементарно противоречит классической теории, всему, что нам до сих пор было известно о нервных клетках. Они, как это всегда понималось, не могут существовать без ядра, а тут мы имеем дело фактически с частицами нервной клетки, и они полноценно функционируют! Насекомое живет, летает, питается, размножается, находит хозяина, на котором паразитирует. Возможно, безъядерные клетки - удобная форма миниатюризации, позволяющая преодолевать ее пределы. Но если это в принципе возможно для одних организмов, не исключается и для других.

- Говорят, после появления новостей о ваших статьях в Science, Nature и других ведущих научных журналах про безъядерные нейроны количество лабораторий, где стали заниматься исследованием миниатюрных насекомых, увеличилось в разы. Это так?

- Открытие, действительно, вызвало колоссальный интерес, ведь выход на такое уникальное явление, как безъядерные нейроны, может иметь далеко идущие последствия. Например, для понимания процессов регенерации нейронов. Долгие годы господствовала точка зрения, что нервные клетки не поддаются восстановлению, но оказалось, это все-таки не так. Три года назад было показано: в определенных условиях части нейронов способны срастаться, то есть поврежденные нейроны восстанавливаются. А тут налицо уже даже не отдельные клетки, тут целые организмы с частицами нейронов!

Не исключено, что это открытие будет иметь значение и для исследований, связанных с механизмом памяти. Считается, например, что долгосрочная память формируется благодаря белковому синтезу. Но в безъядерных клетках такого синтеза нет, и если удастся доказать, что насекомое с нервными клетками, лишенными ядер, способно к запоминанию, можно попытаться использовать этот феномен для восстановления функций памяти при ее нарушениях, вызванных повреждением нейронов вследствие инсульта, например, травмы, возрастных изменений. Если получится, это будет, без преувеличения, величайшим достижением...

- А как узнать, могут ли крошечные букашки что-то запоминать?

- Вот мы как раз и пытаемся это выяснить. Как? Используем в наших экспериментах классический тест, предложенный еще академиком Павловым: это когда у животного вырабатывают условный рефлекс, то есть реакция на некий стимул сохраняется в памяти. С миниатюрными осами то же самое. Другое дело, надо еще понять, что здесь может сработать как стимул. Сам по себе тест очень простой: насекомое ищет хозяина - в данном случае это яйца, на которых паразитирует. Это безусловный рефлекс. Нам надо покрыть яйца веществом, которое насекомое будет каким-то образом воспринимать. И если в дальнейшем этим веществом покрыть пустое место, а насекомое будет по-прежнему стремиться туда, как если бы там были яйца, куда ему предстоит внедриться, значит, сработал условный рефлекс. То есть оса запомнила, что этот вкус, этот запах или что-то другое связано с хозяином. Но вся трудность в том, чтобы отыскать это "что-то", ведь с собачкой Павлова иметь дело намного проще, ее поведение, как правило, предсказуемо. Иное дело - микроскопическое насекомое размером в доли миллиметра...

А потому тот факт, что пока нет положительного результата, еще не означает, что он отрицательный. Надо продолжать поиски. Не исключено, кстати, что наши эксперименты со временем сделают возможным и другие интересные приложения в биотехнологиях, в бионике и даже в микроэлектронике. Но говорить об этом преждевременно, пока мы проводим исключительно фундаментальные исследования.

- Вы говорите "мы", то есть у вас уже есть последователи на кафедре?

- Сейчас уже есть. В прошлом году, например, успешно защитила кандидатскую диссертацию моя аспирантка Анастасия Макарова, через несколько месяцев будет защищать диплом моя студентка Маргарита Яворская. Кстати, весной и сам буду защищаться: докторская. Подаем заявку на очередной грант, который поможет осуществить проект с семью участниками, и если мы получим финансирование, в нашей группе будет больше молодых исследователей.

- Как отнесетесь к тому, если кто-то из учеников назовет в вашу честь новый вид насекомых, как когда-то это сделали вы, назвав один из открытых вами видов именем профессора Жантиева?

- Наверное, мне будет приятно. Кстати, это уже сделали коллеги из Москвы и Санкт-Петербурга, у энтомологов это принято.

- Никогда не жалели о том, что в свое время последовали совету зав. кафедрой?

- Нет! Я занимаюсь очень интересной наукой. Ни за что не променяю ее на другое занятие.

P.S. Лекцию Алексея Полилова можно послушать на Фестивале науки, который по традиции пройдет в Москве во второй уик-энд октября.

Редакция: +7 499 259-82-33

Справки по письмам: +7 499 259-61-05

www.mospravda.ru

Факс: +7 499 259-63-60

Электронная почта: newspaper@mospravda.ru

МП
© 2005—2011 «Московская правда»

Rambler's Top100

Рейтинг@Mail.ru
Новая версия сайта