Тараканов призывают в спецназ

Американские ученые уже вплотную подошли к созданию киборга на основе американского таракана (Periplaneta americana). Им удалось найти способ, позволяющий имплантировать в тело насекомого не только различные сенсоры, но и биотопливный элемент, поставляющий для них электричество. Причем "топливо" для этого элемента поставляет тело самого таракана.

Фото:

Идея использования насекомых в качестве носителей датчиков весьма не нова — вот уже несколько лет специалисты из США и Европы пытаются заставить наших шестиногих соседей по планете служить на благо человечества. Причем единственным способом хоть как-то закрепить датчик в теле жука или стрекозы является его имплантация. Получается, что ученые создают некоего "киборга" — механико-биологическое существо.

Но тут, естественно, сразу же встает одна серьезная проблема — а от какого устройства этот датчик будет получать электроэнергию? Потому что если ставить вместе с датчиком и батарейку, то насекомое не сможет быстро передвигаться — практически все существующие батарейки весьма тяжелы для этих небольших существ. Да и как ее заменять в том случае, если ее заряд исчерпается? Повторную имплантацию устройства шестиногий разведчик просто-напросто не переживет.

Однако недавно, похоже, ученым удалось найти выход из этой ситуации. Сотрудники Университета Кейс-Вестерн-Резерв (США) разработали интересный биотопливный элемент, который работает на внутренних ресурсах живых существ. Точнее говоря, на сахаре трегалозе.

Этот углевод является димером, состоящим из двух остатков глюкозы. Он весьма обычен в организмах водорослей, дрожжей, высших грибов, лишайников, некоторых высших растениях, а также в крови червей и гемолимфе насекомых (а вот у позвоночных он редок). А сам топливный элемент, состоящий из пластинки, на которой закреплены два электрода, работает следующим образом.

На первом электроде имеется фермент трегалаза, который расщепляют трегалозу на две молекулы глюкозы. Далее, другой фермент, гексокиназа, осуществляет реакцию фосфорилирования глюкозы (она абсолютно обычна для всех живых организмов), превращая углевод в глюкозо-6-фосфат.

Читайте также: Пьезогенератор для жука-терминатора

Во время последней реакции высвобождается некоторое количество электронов, которые двигаются ко второму электроду. Таким образом возникает разность потенциалов и, следовательно электрический ток. Его вполне могут использовать имплантированные датчики и другие устройства. А сами электроны при помощи еще одного фермента присоединяются к кислороду (как и в финальной стадии клеточного дыхания). Во время всего цикла реакций не образуется никаких токсичных для организма веществ. Единственным побочным продуктом процесса является вода.

Сначала данную схему испытали на знаменитых грибах шиитаке (Lentinula edodes). Опыты прошли успешно — энергию химических реакций удалось перевести в электрическую, и сам гриб при этом остался жив. Далее группа ученых под руководством Даниэля Шерсона решила вживить этот элемент в тела нескольких американских тараканов (Periplaneta americana). Такой выбор объектов для эксперимента может показаться весьма неожиданным — до этого датчики устанавливали в основном на насекомых, которые больше летают, чем ползают. Однако в их организмах не так много трегалозы, как у усатых кошмаров домохозяек.

Не исключено, что исследователей подвиг к такому выбору объекта еще и эпизод из фильма G-Force (в российском прокате он шел под названием "Миссия Дарвина"), в котором показаны шустрые тараканы-диверсанты. Возможно также, что из Periplaneta americana решили сделать киборгов потому, что они легко приспосабливаются к любым условиям, в том числе и к воздействию токсичных веществ и радиации (а одной из самых важных задач, которую должны выполнять шестиногие "терминаторы" будет обнаружение утечек вредных отходов и оценка радиоактивного заражения местности).

Итак, ученые вживили элементы в тела тараканов и посмотрели, как насекомые отреагируют на это. По словам участников эксперимента, имплантанты вообще никак не повлияли ни на здоровье, ни на подвижность насекомых. Тараканы чувствовали себя превосходно, вот только аппетит у них несколько вырос. Но проблем это не создало — ведь Periplaneta americana практически всеядны (они даже тряпку, бумагу и опилки есть могут).

Согласно результатам исследований, топливное устройство получает энергию из углевода медленно. Поэтому созданное им электричество запасается аккумуляторами (тоже имплантированными) и расходуется небольшими порциями. В дальнейшем данную энергию планируется использовать как для питания датчиков, установленных на насекомом, так и для манипулирования его нервной системой.

Речь идет о дополнительных микроприборах, которые ученые думают вживить рядом с нервными центрами таракана, отвечающими за направление движения, а также за его скорость. Тогда, посылая на них сигнал, операторы смогут подгонять насекомых (или тормозить их), а также направлять прямо к цели. Стимуляция будет осуществляться напрямую — посредством микроразряда электрического тока.

Ученые также отметили, что тело таракана весьма удобно для вживления в него подобных элементов. Ведь, как и у всех других насекомых, кровеносная система не замкнута — кровь, содержащая трегалозу, на некоторых участках протекает не внутри сосудов, а вне них, непосредственно соприкасаясь с тканями организма. При этом она находится под весьма низким давлением. Соответственно, если в таком месте вставить пластинку с электродами, то никаких повреждений внутренних органов не будет. А нужный углевод всегда будет рядом.

До установки датчиков пока дело не дошло — нейробиологи лишь внедрили приспособления в брюшко пяти обездвиженных усачей, провели необходимые измерения, а затем удалили их. Однако, в связи с тем, что эксперимент прошел успешно, планируется вскоре повторить его, оснастив тараканов детекторами. Если все будет так, как планируют исследователи, то, возможно, уже через год на службу спасателей США и американских спецслужб поступят сотни тараканов-разведчиков.

Читайте также: Ученые скоро "выведут" птицепчелу

Предполагается, что они могли бы вести разведку в зданиях, отравленных вредными химическими веществами, искать людей под обломками после землетрясений, забираться в такие места, куда человек не способен попасть. А также следить за террористами. Ну и, конечно же, им придется постоянно уворачиваться от ударов тапком — люди вряд ли полюбят тараканов, даже тех, что состоят на государственной службе. Правда, им это не впервой…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"