Тема исследований доцента кафедры энтомологии биофака МГУ Алексея Полилова — особенности строения мельчайших насекомых. Результаты его работ стали сенсацией и дали старт мировой научной гонке за открытиями. Неудивительно, что 32-летний кандидат биологических наук стал одним из лауреатов премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2013 год.

— Уже больше 10 лет я занимаюсь изучением строения мельчайших насекомых из разных отрядов. Это и жуки, и перепончатокрылые, и сеноеды — очень разные насекомые. Их объединяет малый размер организма — самые мелкие виды достигают длины всего 0,14 миллиметра. Видов таких насекомых много, но строение их организмов до настоящего времени не изучалось. Мне интересно, 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.

— В природе существуют более мелкие насекомые?

— Пределы миниатюризации — одно из итоговых направлений того, чем я занимаюсь. Это интересно, потому что мельчайшие насекомые — одни из самых сложно устроенных многоклеточных организмов. Конструктивные ограничения, которые наблюдаем у этих насекомых, универсальны и для других животных. Изучение факторов, ограничивающих размеры их тела, заключается в выявлении причин, ограничивающих уменьшение размеров отдельных органов.

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.

Еще один яркий пример — нервная система. 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, — 20% организма! Мозг занимает не только голову, но и грудные и брюшные отделы, что создает серьезные энергетические затраты. Ведь у млекопитающих, мозг которых составляет проценты или доли процентов тела, его энергозатраты — до половины всего расхода энергии.

Уменьшается и размер нервной клетки — нейрона. Это одни из самых мелких клеток, входящих в состав организма многоклеточных животных. В их строении нарушаются фундаментальные цитологические законы: в нейронах отсутствует ядро. Это так называемые безъядерные нейроны.

— Почему открытие безъядерных нейронов стало сенсацией?

— 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.

Мной найден целый организм, большинство нейронов которого безъядерные. Они функционируют без ядер не в специальных лабораторных условиях, а в природе. Это насекомое летает, питается, находит хозяев. То есть система безъядерных нейронов работает самым активным образом! Поэтому это насекомое может послужить объектом изучения процесса восстановления нейронов.

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.

Сегодня встает вопрос — возможно ли обучение и существует ли память у мельчайших насекомых? Если — да, то как это согласовать с современной теорией памяти?

— Мельчайшие насекомые поддаются «дрессировке»?

— В нашей лаборатории проходят классические эксперименты по обучению животных реагировать на условный сигнал. Им 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.

Мы полтора года пытаемся ставить эксперименты по обучению мельчайших насекомых, и пока результат отрицательный. Возможно, не смогли пока правильно подобрать стимулы, предложить им достойную мотивацию — те вещества, которые бы заставили их решать поставленную нами задачу.

— Как удается обнаружить в дикой природе микронасекомых?

— Я собираю их с помощью сита, которое позволяет брать субстрат гниющей древесины, и на светлом фоне после просеивания выбирать что-то мелкое и бегающее. Понять, что это такое, — сложно. Поэтому я беру все, что есть, и разбираю детально под микроскопом.

Например, чтобы найти мельчайших паразитических насекомых, я собирал растения, на которых живут насекомые, которые их едят, а в яйцах этих жуков, уже в лаборатории, находил мельчайших паразитирующих насекомых.

— Вами были открыты новые виды?

— Вообще-то 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.

— Кто оплачивает ваши экспедиции?

— Часть финансирую я сам, некоторые оплачиваю из грантов, экспедиции во Вьетнам спонсируются Российской академией наук. Там организован Российско-вьетнамский тропический центр, который подчиняется РАН и Вьетнамской академии наук, на его базе мы проводили часть командировок.

Мы занимаемся фундаментальной наукой в чистом виде. Прикладного применения пока нет. С другой стороны, очевидно, что миниатюризация — это одно из направлений развития современной техники, и выявление общих закономерностей можно будет использовать в биотехнологиях.

После описания мною найденных у мельчайших насекомых безъядерных нейронов несколько нейробиологических лабораторий занялись этой темой очень активно. Это ученые из Канады, США и Евросоюза. Но пока их усилия не увенчались успехом.

Насекомые с безъядерной нервной системой — это специфическая группа, род, который живет в яйцах других насекомых, которые, в свою очередь, живут на растениях в строго определенных местах. Пока меня защищает от конкурентов то обстоятельство, что этих насекомых можно поймать не круглый год. Я потратил несколько лет, чтобы понять, когда их можно найти. Зато сегодня у меня фора — год или два — перед теми, кто будет изучать эти нейроны.