Американские исследователи решили разобраться, как насекомым удается восстанавливаться после ранений за минимальные сроки.
Скорость этого процесса вынудила ученых изобретать новые методы, которые позволили детально рассмотреть особенности гемостаза у насекомых.
Насекомые мало похожи на млекопитающих, но нечто общее у них есть — кровь. Вернее, кровью мы называем жидкость, которая течет внутри организма позвоночных и обеспечивает газообмен. У насекомых (и других беспозвоночных) это гемолимфа. У нее совершенно иной состав: нет гемоглобина и тромбоцитов, защитную функцию лейкоцитов выполняют гемоциты. Гемолимфа переносит питательные вещества по организму и, как и кровь, заживляет раны.
У разных насекомых разная концентрация гемолимфы, а ее свертывание при повреждениях длится от нескольких секунд до нескольких часов. Правда, сам процесс свертывания остается плохо изученным. Предполагалось, что, например, у гусениц, чья гемолимфа богата гемоцитами, белки липопротеины и гемоцитин могут в числе первых реагировать на повреждения и образовывать тромбы.
Группа исследователей из Клемсонского университета (США) решила восполнить пробелы в знаниях о физике гемостаза у насекомых. В качестве модельного организма выбрали личинку табачного бражника (Manduca sexta).
Дело в том, что у этих гусениц ответная реакция на ранение занимает всего несколько секунд и требует нескольких капель гемолимфы. Эта особенность одновременно и загадка, и проблема, ведь при такой скорости сложно исследовать свойства гемолимфы с помощью привычных методов (95% попыток были неудачными). Поэтому авторы исследования разработали новые способы.
Ученые взяли взрослых гусениц табачного бражника массой 9-10 граммов за два дня до окукливания. Каждую личинку помещали в трубку и брали образцы гемолимфы через миллиметровый разрез на третьей ноге. Затем исследователи касались раны металлическим шариком и оттягивали его в сторону. В результате между шариком и гусеницей образовывался «мостик» из жидкой гемолимфы примерно два миллиметра в длину.
Видеосъемка запечатлела поведение капель в первые пять секунд, характерное для ньютоновской жидкости, например воды. Гемолимфа разрывалась, но в следующие 5-10 секунд начинала сворачиваться и становиться вязкой. Она вытекала, образуя между капель нити. Кровотечение у насекомых прекращалось через 60-90 секунд.
Тот же механизм гемостаза авторы работы наблюдали у тараканов (Parcoblatta americana), хотя состав их гемолимфы отличается, но концентрация гемоцитов в ней сопоставимая. Ученые отсоединили у насекомого сегмент жгутика антенны, из места травмы упала одна капля, а оставшаяся жидкость ушла обратно.
Других капель не появилось, и рана затянулась твердой коркой спустя 10 минут. Исследователи предположили, что нити, которые образуются в гемолимфе после некоторого времени, похожи на вязкие нити медоподобной жидкости. Но спектроскопический анализ показал, что гемолимфа на первых этапах становится вязкоупругой, как слюна.
Ключевое значение в свертываемости крови насекомых играют именно гемоциты, которые даже при небольшой концентрации делают жидкость стабильной. А образование корки, запечатывающей рану, происходит благодаря возникновению первичного сгустка гемоцитов на поверхности капли. Затем к нему адгезивно крепятся остальные гемоциты, и сгустки распространяются к центру капли, уплотняя место пореза.
