Сарана, вирощена в умовах високої гравітації, стає неймовірно сильною

Сарані потрібно приголомшливо мало часу, щоб адаптуватися до зміни умов гравітації. Вчені помістили цілу купу комах у пристрій, який імітує додаткову гравітацію, і помітили, що їхні екзоскелети та ноги зміцніли лише за кілька коротких тижнів. Однак лише до певного моменту: із застосуванням надто великого додаткового тиску сарана ставала слабшою та гинула у все більших кількостях із застосуванням більшої імітованої сили тяжіння.

З усім тим, дослідження показує, як екзоскелети комах можуть адаптуватися до різних умов, і надає інформацію, яку ми можемо використовувати в розробці біоматеріалів. Ми знаємо, що коли ми змінюємо гравітацію, фізична система може змінитися у відповідь. Ссавці в умовах мікрогравітації Міжнародної космічної станції втрачають щільність кісток і м’язів.

Рослини легко реагують на зміни сили тяжіння, сильніші чи слабші.

Але більшість тварин на Землі – приблизно 80 відсотків – мають екзоскелет кутикули. Це членистоногі, як морські, так і наземні, і те, як їхні тверді раковини реагують на механічний вплив високої гравітації, за словами біологів Карен Стамм і Яна-Хеннінга Діркса з Бременського університету прикладних наук, є регіоном, який був напрочуд під впливом — досліджено.

Отже, вони взялися виправити цю діру в наших знаннях за допомогою спеціального пристрою, розробленого спеціально для вивчення комах у високій гравітації. Цей пристрій є спеціально розробленою центрифугою. Коли він обертається, відцентрова сила діє на все, що знаходиться всередині, створюючи додатковий тиск, подібний до дії сили тяжіння.

Дослідники змогли точно налаштувати свою центрифугу для створення конкретних гравітаційних умов. Нормальне прискорення земного тяжіння на рівні моря позначається 1g . Дослідники змогли помножити це аж до 8 г.

Наступним кроком було побачити, який вплив це матиме на комах.

Дослідники придбали майже дорослу сарану виду Locusta migratoria та помістили її в центрифугу після їхньої остаточної линьки, коли вони знімають один екзоскелет і з’являються зі своїм новим блискучим м’яким дорослим екзоскелетом, який розвивається та твердіє з часом.

Кожну групу сарани помістили в центрифугу на два тижні, поки їхній екзоскелет твердів. Було три групи: 3g, 5g і 8g, а також контрольна група 1g, з якою дослідники могли порівняти свою сарану, яка живе в умовах гіпергравітації. Центрифуга була безперервною – вона зупинялася лише раз на 3 дні, максимум на 15 хвилин за раз, з метою догляду.

Швидкість, з якою гинула сарана, була досить цікавою. У контрольній групі 1 г рівень виживання становив 76 відсотків. Цей показник трохи зріс для групи 3g: 81 відсоток сарани встиг. Але потім відсоток виживання різко впав: лише 51 відсоток із групи 5 г вижили протягом двох тижнів, а мізерні 7 відсотків сарани з 8 г вижили.

Вплив на товщину екзоскелета комах і міцність їхніх ніг, здавалося, цілком відповідав цій тенденції. У 3 г комахи мали значно сильніші ноги, ніж у комах 1 г. Але при 5г і 8г товщина кутикули зменшилася. І, крім того, 8 г сарани втрачають масу тіла. Це не звучить так, ніби це був дуже хороший час для них взагалі.

Але результати вперше показують, як комахи можуть адаптуватися та змінювати свої тіла до більшого механічного навантаження. Це має наслідки для розробки біоматеріалів, а також для нашого розуміння еволюції самого життя в усіх його чудових формах.

«Наші результати показують, що сарана, яка піддається гіпергравітації, здається, здатна відкладати кутикулу з різними механічними властивостями під час свого онтогенезу», — пишуть дослідники.

«Це вказує на те, що здатність біологічного матеріалу адаптуватися до механічного навантаження, яка раніше була відома лише для ендоскелетів і вищих рослин, очевидно, також присутня у комах і, можливо, навіть у всіх членистоногих. Таким чином, ця здатність може бути фундаментальною концепцією майже всіх форм скелета. і – беручи до уваги різноманітні еволюційні шляхи екзо- та ендоскелетів і рослин – може бути широко поширеною конвергентною еволюційною ознакою всіх несучих навантаження скелетних біоматеріалів».