Ученые раскрыли удивительный механизм, позволяющий глубоководным личинкам насекомых выживать в экстремальных условиях. Речь идет о личинках озерной мухи Chaoborus edulis, обитающих в озере Малави (Ньяса) в Восточной Африке. Эти крошечные существа ежедневно совершают впечатляющие вертикальные миграции: днем они опускаются более чем на 200 метров в мертвую зону водоема — область с критически низким содержанием кислорода, где прячутся от хищников. Ночью личинки поднимаются к поверхности, чтобы подкрепиться, но при этом им приходится преодолевать опасный участок, кишащий рыбами.
Исследователи из Университета Британской Колумбии доктор Филипп Мэтьюз и доктор Эван Маккензи решили разобраться, как личинкам удается выдерживать значительное давление на глубине. Для отслеживания миграций они установили на дне озера гидроакустическую систему, а затем детально изучили строение самих организмов. В ходе препарирования ученые обнаружили, что часть дыхательной системы личинок преобразовалась в две пары микроскопических воздушных мешков. Они функционируют подобно балластным цистернам, позволяя существам регулировать плавучесть. Ключевую роль в этом процессе играет резилин — особый эластичный материал в стенках мешков. Его свойства меняются в зависимости от pH: он способен расширяться или сжиматься, тем самым контролируя объем воздуха и, соответственно, глубину погружения личинки.
Чтобы проверить пределы выносливости личинок, исследователи помещали их в миниатюрные барокамеры. Результаты оказались поразительными: воздушные мешки сохраняли целостность даже под давлением, соответствующим глубине около 400 метров, а их полное разрушение происходило лишь на отметке примерно 560 метров.
Важно отметить, что не требуется полного понимания динамики резервуара, в отличие от традиционных вычислений, где каждая операция должна быть точно контролируемой. Пока резервуар работает стабильно, его физические свойства можно напрямую использовать для вычислений.
Эта логика отчасти перекликается с тем, как природа решает инженерные задачи: сложный механизм работает надежно, даже если отдельные его нюансы остаются загадкой. Давление, при котором мешки теряют целостность, составляет около 5,65 мегапаскалей.
Эти данные опровергают распространенное мнение о том, что дыхательная система насекомых, содержащая воздух, принципиально не способна выдерживать глубоководное давление — а значит, именно это якобы объясняет почти полное отсутствие насекомых в открытом океане.
Кроме фундаментального биологического значения, открытие имеет и практический потенциал. Резилин, уже известный как практически идеальная биологическая резина, может стать основой для разработки умных материалов, реагирующих на химические сигналы, или искусственных мышц. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science.
Ранее Наука Mail рассказывала, зачем личинки с глубины двух километров плывут к солнцу.