Красноречие сардинки. Невероятные истории подводного мира

Эволюция сформировала акулу-молот за миллионы лет до появления первого молота, а перламутровую раковину задолго до первых композитных материалов. Благодаря естественному отбору природа за три с половиной миллиарда лет существования жизни создала и протестировала бесчисленные технические решения, чтобы обеспечить выживание разных видов животных, а заодно накопила неисчерпаемый запас бесценных творческих идей для изобретателей во всех областях.

Наш мир понемногу превращается в зеркало морей, копируя подводные идеи в так называемых биомиметических изобретениях. Так, волнистый шифер на крышах наших домов – имитация невероятно прочной конструкции морских гребешков. Форма корпуса многих автомобилей навеяна гидродинамическими обводами рыб. Роботы-хирурги воспроизводят пластику и ловкость щупальцев осьминога. Многочисленные лекарства – это копии морских составов: от ядов раковины конусов до белков асцидий. Природа часто опережает ученых и конструкторов и в изобилии предлагает им образцы для подражания.

Euplectella, или стеклянные губки, из океанических глубин умеют формировать стеклянный скелет, обходясь без печи и химической индустрии. Помимо всего прочего, их стекло обладает выдающимися оптическими характеристиками, превосходящими возможности нашего оптоволокна. Предполагается, что мощная оптика нужна губкам для усиления свечения биолюминесцентного планктона, который они используют в качестве светильников, чтобы привлечь свою пищу – планктонные водоросли. Полагают, что эти удивительные губки существуют тринадцать миллионов лет. Юные пары креветок, будучи еще совсем крошечными, устраиваются на жительство в их скелетах, напоминающих плетеную корзину. Когда креветки вырастают, они не могут выбраться наружу и остаются на всю жизнь вместе с приютившими их губками. Это, конечно, символ верности, однако не будем забывать и о том, что в будущем нас ждут многочисленные изобретения, подсказанные изучением строения стеклянных губок. Уже ведутся исследования с целью его применения для архитектурных конструкций, биосовместимых протезов, а также инновационных разновидностей стекла.

Революционные технические решения выходят из океана на сушу. Гемоглобин пескожилов, морских червей, чьи песчаные холмики, образовавшиеся после рытья норок, во множестве заметны на пляжах, переносит кислород в сорок раз лучше человеческого гемоглобина и совместим со всеми группами крови. Изучение его состава подвело к созданию консервантов для донорских органов, и новые вещества сохраняют органы в десять раз дольше, чем распространенные на сегодня формулы.

Некоторые из морских источников вдохновения повлияли на нашу действительность чудесным образом.

Медуза Aqueorea victoria обитает в водах Северной Америки и питается веслоногими рачками и другими медузами. Для привлечения добычи она испускает яркий зеленый свет, используя флуоресцирующий белок. Когда она ловит медузу размерами в половину себя самой и с наслаждением заглатывает ее, широко растягивая рот, Aqueorea victoria даже не подозревает, что люди, сымитировавшие ее технологию охоты, получили две Нобелевские премии и увидели свои знания о мире в новом свете.

Они скопировали выработку этого флуоресцирующего вещества, названного зеленым флуоресцентным белком (GFP, green fluorescent protein), и осуществили его синтез в лабораторных условиях, совершив тем самым революцию в биохимии.

Белки – это результат экспрессии генов. Код ДНК выражается в виде белков, то есть белки кодируют все команды и внутренние механизмы живых существ. Сегодня умеют, основываясь на ДНК, in vitro синтезировать белки и даже сборки нескольких белков, последовательно прицепляя один к другому. Когда GFP медузы прицепляют к белкам, последние получают флуоресцентный конец, что дает возможность отслеживать функционирование их клеток, визуализируя его и при этом не нарушая работу живого организма. С помощью GFP, просто заставляя белки светиться, биологи смогли, не вторгаясь в живые структуры, наблюдать за нейронами в процессе коммуникации, за генами в ходе их расшифровки, а также за многими другими скрытыми жизненными процессами. Благодаря GFP теперь можно увидеть и понять невидимые ранее механизмы, играющие решающую роль для нашего здоровья. Авторы этого открытия получили в 2008 году Нобелевскую премию по химии.