Биологи Нилуфар Алаи Кахки и Мортеза Монфаред рассказывают Live Science, как можно превратить личинок жуков из корма для домашних животных в уборщиков для музеев и лабораторий.
автор: Кенна Хьюз-Каслберри
Скелет волка или летучей мыши, которым вы любуетесь в музее естественной истории, может выглядеть нетронутым, но так было не всегда. Скорее всего, жуки-кожееды помогли подготовить эти кости к экспонированию. На протяжении десятилетий многие музеи полагались на колонии кожеедов, которые избавляли скелеты от мягких тканей, таких как кожа и мышцы. В отличие от агрессивных химикатов, которые обычно используются для препарирования костей, эти жуки более щадящие и могут очищать труднодоступные места. Но за этими колониями сложно ухаживать, а сбежавшие жуки могут даже представлять опасность для ценных музейных экспонатов, с которых не нужно снимать кожу. Теперь исследователи, возможно, нашли еще более эффективную команду для биологической очистки.
В новом исследовании, опубликованном 1 июля в журнале PLOS One, ученые обнаружили, что мучные хрущаки (Zophobas morio) — крупные личинки жуков, которые обычно продаются в качестве корма для домашних животных, — могут очищать скелеты с той же эффективностью, но при этом обладают практическими преимуществами. Личинки удаляли мягкие ткани у самых разных животных — от крошечных летучих мышей до 4,2-килограммового (9 фунтов) волка, не повреждая даже самые хрупкие кости.
Двое авторов статьи, Нилуфар Алаи Кахки, постдокторант Государственного музея естественной истории в Штутгарте, Германия, и Мортеза Монфаред, исследователь из Университета Фердоуси в Мешхеде, Иран, ответили на наши вопросы по электронной почте о том, что делает суперчервей уникальными и как их можно использовать в лабораториях и музеях.
Кенна Хьюз-Каслберри: Почему этих существ называют «суперчервями»? Чем они отличаются от других личинок жуков?
Нилуфар Алаи Кахки и Мортеза Монфаред: По сравнению с личинками многих других жуков, личинки Zophobas morio гораздо крупнее, и это одна из причин, по которой они так эффективно удаляют мягкие ткани с костей.
Однако по-настоящему уникальным их делает жизненный цикл. Большинство личинок жуков окукливаются автоматически, когда достигают нужного размера. В отличие от них, суперчерви нуждаются в дополнительном стимуле: их нужно изолировать по отдельности, прежде чем они окуклятся и превратятся во взрослых жуков. Пока они находятся вместе в тесном пространстве, они остаются на стадии личинки в течение нескольких месяцев.
Эта особенность дает большое преимущество при препарировании скелетов. Поскольку личинки остаются личинками в течение длительного времени, их можно многократно использовать для очистки образцов, не опасаясь, что они быстро превратятся во взрослых жуков. После каждого цикла очистки их можно просто покормить растительной пищей, дать им восстановиться, а затем использовать снова.
Это также делает их более безопасными, чем жуки, которые обычно используются для препарирования скелетов, например Dermestes. Взрослые жуки-кожееды могут размножаться, а самки могут откладывать яйца на — или даже внутри — скелетных образцов. Если яйца или личинки случайно попадут в музейные коллекции, они могут стать серьёзным вредителем и повредить ценные экспонаты. Поскольку суперчерви не превращаются во взрослых особей, если их намеренно не изолировать, этот риск значительно снижается, что делает метод более безопасным для музейных коллекций.
KHC: Как вы догадались, что черви могут очищать скелеты? Это стало для вас неожиданностью?
НАК и ММ: Несколько лет назад мы начали разводить колонию личинок Zophobas morio (мучных червей) в качестве живого корма для птиц. Нас, орнитологов, часто просили помочь с лечением раненых диких птиц, поэтому содержать собственную колонию было практичнее, чем постоянно покупать личинок. Мы кормили личинок в основном овощными отходами, такими как кожура огурцов, картофеля и бананов.
Однажды у нас закончились овощные отходы. После обеда мы поместили в колонию оставшуюся куриную кость с небольшим кусочком мяса. К нашему удивлению, личинки почти сразу собрались вокруг нее и с поразительной скоростью удалили остатки ткани. Было удивительно наблюдать за тем, как сотни личинок работают сообща, и мы сразу же задались вопросом, можно ли использовать их не только в качестве корма для животных.
В то же время мы были волонтерами в Зоологическом музее Университета Фирдоуси (ZMFUM), где одной из наших постоянных обязанностей была подготовка скелетных образцов. У нас был опыт работы с традиционными методами подготовки, включая ручную очистку, вываривание и захоронение. Несмотря на эффективность, эти методы часто отнимали много времени и были сопряжены с риском повредить хрупкие кости или потерять мелкие элементы скелета.
Увидев, как эффективно личинки очищают куриную кость, мы решили проверить, смогут ли они подготовить скелетные образцы. Первые испытания оказались весьма успешными. Всего за несколько часов личинки удалили мягкие ткани, не повредив даже хрупкие кости. Качество очищенных образцов нас по-настоящему удивило и убедило в том, что у этого подхода есть реальный потенциал.
С этого момента, как только у нас появлялись подходящие образцы животных, мы продолжали тестировать этот метод в различных условиях, постепенно совершенствуя его и оптимизируя протокол. В последующие годы эти наблюдения легли в основу стандартизированного, эффективного и безопасного метода подготовки скелетов, описанного в нашем исследовании. Да, мы были искренне удивлены. Мы уже знали, что суперчерви могут перерабатывать самые разные органические материалы, но не ожидали, что они очистят скелеты так быстро, так тщательно и с минимальным повреждением даже самых хрупких костей.
KHC: Чем эти суперчерви отличаются от других средств для очистки скелетов, например химических очистителей? Лучше или хуже справляются с этой задачей черви?
НАК и ММ: По нашему опыту, суперчерви обладают рядом важных преимуществ по сравнению с существующими методами подготовки скелетов.
По сравнению с кожеедами, одним из самых больших преимуществ является управление колонией. Поскольку суперчерви окукливаются только в том случае, если их изолировать друг от друга, их жизненный цикл гораздо проще контролировать. Пока они находятся вместе, они остаются личинками и продолжают очищать образцы. Это значительно снижает риск случайного попадания взрослых жуков или их яиц в музейные коллекции, что является серьезной проблемой при работе с кожеедами.
По сравнению с традиционными методами, такими как кипячение, ручная очистка или захоронение, личинки также экономят много времени и сил. Ручная очистка, особенно хрупких образцов, может занять много часов и всегда сопряжена с риском сломать или потерять мелкие кости. В отличие от этого, личинки эффективно удаляют мягкие ткани, сохраняя даже хрупкие элементы скелета.
У каждого метода препарирования есть свои преимущества и ограничения, и оптимальный выбор зависит от типа образца и целей исследователя. Однако, исходя из нашего опыта применения широкого спектра методов препарирования, мы считаем, что суперчерви — это эффективная, безопасная и практичная альтернатива для многих музейных и исследовательских задач.
Мы рассматриваем этот метод не как замену всех существующих методов, а как ценный новый инструмент, который музеи, университеты и исследовательские лаборатории могут адаптировать под свои нужды.
KHC: Сколько в среднем стоит использование червей?
NAK и MM: Трудно назвать среднюю стоимость, поскольку цены значительно различаются в зависимости от страны и поставщика. Привлекательность этого метода обусловлена не первоначальной ценой покупки, а долгосрочными затратами на обслуживание.
Колония может быть создана из относительно небольшого количества суперчервей. Когда личинки достигают нужной стадии развития, часть из них можно изолировать, чтобы они окуклились и превратились во взрослых жуков. Взрослые особи размножаются и производят новых личинок, что со временем позволяет колонии стать самодостаточной.
Необходимое оборудование также довольно простое. Колонию можно содержать в пластиковых или стеклянных контейнерах с пшеничными отрубями в качестве подстилки при температуре около 25 градусов по Цельсию [77 градусов по Фаренгейту]. В перерывах между циклами подготовки скелетов личинок можно кормить недорогими овощными отходами, чтобы они восстановились перед следующим использованием. Личинки могут оставаться в этой стадии в течение нескольких месяцев, то есть одну и ту же колонию можно использовать многократно.
Еще одним преимуществом является то, что размер колонии можно легко регулировать в зависимости от потребностей пользователей. Музей или лаборатория, обрабатывающие большое количество образцов, могут содержать большую колонию, в то время как в небольших коллекциях может быть гораздо меньше личинок.
В целом мы пришли к выводу, что этот метод относительно недорог в реализации и обслуживании, особенно по сравнению с традиционными методами подготовки скелетов, которые требуют много времени, трудозатрат и специализированного оборудования.
KHC: Как вы думаете, будут ли музеи и лаборатории использовать эти суперчервячные очистители в будущем? Почему да или почему нет? Оправдывает ли это затраты?
НАК и ММ: Мы считаем, что этот метод может быть использован во многих музеях, университетах и исследовательских лабораториях, особенно в тех, где регулярно готовят образцы скелетов.
Одно из его главных преимуществ заключается в том, что он сочетает в себе эффективность, безопасность и относительно низкие эксплуатационные расходы. По сравнению с некоторыми традиционными подходами, он требует только базового оборудования и не предполагает использования дорогостоящих химикатов или специальных ферментативных методов обработки. Это делает его особенно привлекательным для небольших музеев и учреждений с ограниченными ресурсами.
Мы также видим преимущества с точки зрения управления колониями. Поскольку жизненный цикл суперчервей можно контролировать, риск появления вредителей, наносящих ущерб музеям, гораздо ниже, чем при использовании некоторых других методов биологической очистки. В то же время личинки могут использоваться многократно в течение нескольких месяцев, что делает систему практичной для долгосрочного применения.
В конечном счете целесообразность применения этого метода зависит от потребностей каждого учреждения. Однако, исходя из нашего опыта, мы считаем, что он обеспечивает оптимальный баланс между стоимостью, эффективностью, безопасностью и качеством образцов. Пожалуй, одним из самых ценных аспектов этого подхода является то, что он работает в рамках естественного биологического процесса, а не против него. Вместо того чтобы подвергать мягкие ткани агрессивной обработке, мы превращаем их в источник питания для другого организма, создавая устойчивый цикл и получая при этом чистые образцы скелетов. Мы считаем, что это один из самых привлекательных аспектов метода.
KHC: Можете ли вы поделиться забавными историями из своих исследований?
NAK и MM: За годы работы мы собрали немало запоминающихся историй!
Одна из самых забавных произошла, когда мы экспериментировали с захоронением как методом подготовки скелетов к исследованию. Мы закопали голову персидского онагра (Equus hemionus) на территории университетского кампуса. К сожалению, особь уже начала разлагаться и источала очень сильный запах. Даже после того, как мы закопали ее, мы точно знали, где она находится, потому что в той части кампуса все равно ужасно пахло. Мы старались по возможности не проходить мимо, но любой, кто случайно оказывался рядом, сразу чувствовал запах. В какой-то момент к нам даже подошла охрана кампуса и спросила, что мы делаем. Наверное, им было интересно, зачем мы копаем яму и что-то хороним на территории университета!
Еще одна запоминающаяся история связана с нашей колонией суперчервей. Поначалу мы держали личинок в нашем кабинете в Зоологическом музее (ZMFUM). Почти все, кто заходил в комнату, пугались при виде тысяч крупных личинок, которые постоянно перемещались в своих контейнерах. Поначалу многие держались на расстоянии. Но со временем, когда мы объяснили биологию этих существ и продемонстрировали, насколько они полезны для наших исследований, реакция людей изменилась. Некоторые посетители искренне заинтересовались колонией, а те, кто поначалу боялся, в конце концов попросили разрешения подержать личинок в руках.
Эти моменты напомнили нам, что наука — это не только эксперименты и данные; она также может изменить представления людей о животных, которых часто понимают неправильно.
KHC: Что бы вы хотели донести до наших читателей?
НАК и ММ: Мы надеемся, что наша работа поможет читателям понять, что природа часто может предложить гораздо больше, чем мы изначально предполагали.
Многие организмы известны благодаря одному хорошо изученному свойству. Zophobas morio, например, широко известен как корм для животных, а в последнее время — как организм, способный перерабатывать некоторые виды пластика. Наша работа показывает, что один и тот же вид может стать совершенно неожиданным решением практической проблемы в музейном деле.
Это напоминает нам о том, что первое известное применение того или иного организма не обязательно является самым ценным. Иногда его второе или даже третье применение может принести еще больше пользы. Поиск таких возможностей начинается с любопытства, внимательного наблюдения и готовности задавать новые вопросы.
Это интервью было отредактировано для сокращения объема и повышения ясности изложения.
Кенна Хьюз-Каслберри — Менеджер по контенту, Live Science