Микрограбли захватили тела

У всякого, кому приходилось сталкиваться с шарлатанами, обещающими избавить от всех недугов с помощью мысли или волевой установки, человек, водящий руками над телом больного, вряд ли вызовет уважение, если не сказать больше. Однако впредь, прежде чем наброситься на недобросовестного лекаря с кулаками, проверьте, нет ли в его руках маленьких магнитов.

Нет-нет, дело вовсе не в том, что ответный удар кулаком с зажатым в нем твердым телом может ненадолго лишить вас сознания. В скором будущем в руках у самых выдающихся хирургов может появиться целая серия новых мобильных инструментов, управлять движением которых по организму можно будет дистанционно с помощью магнитов.

Одно из таких устройств продемонстрировал на завершившейся недавно ежегодной конференции Американского химического сообщества Дэвид Грасиас, профессор Университета имени Джона Хопкинса, занимающийся биомолекулярной и химической инженерией.

Его инструмент представляет собой микрозахват всего полмиллиметра в диаметре.

Создано устройство из тончайших листов меди и хрома, покрытых оболочкой из полимера. До тех пор, пока полимер остается твердым, створки микрозахвата открыты, однако стоит ему немного размягчиться под действием повышенной температуры или изменения рН среды, как створки захвата начинают закрываться и вскоре полностью схлопываются, оставляя внутри себя полость диаметром 190 микрон.

Как пояснил Грасиас, его микрозахват можно настроить на работу с самыми разными биосовестимыми химическими агентами. Такой захват, например, может быть использован для отбора образцов тех или иных тканей в организме пациента, может служить для изолирования отдельных участков пораженных органов. Управлять же его движением внутри тела можно с помощью постоянных или переменных магнитов.

Подобные методы малоинвазивной хирургии находят в последнее время все большее применение в микрохирургии. Вместо того чтобы делать широкий разрез и ломать ребра на пути к нужному участку тела человека или животного, хирурги могут теперь делать небольшую насечку, в которую вставляется полая трубка с тонкими хирургическими приспособлениями и видеокамера. Таким образом, зашивая ткани, хирург смотрит на экран широкоформатного монитора, а не рассматривает их через микрошов, склонившись над оперируемым.

Однако и такие методы, требующие минимального вмешательства извне, не всегда допустимы, и многие медики видят по ночам во снах куда более совершенные устройства, которые умещаются в пилюлю или вовсе могут вводиться пациенту внутривенно или внутримышечно.

Разумеется, инновация Грасиаса не только производит сильное впечатление, она уже сегодня может выполнять вполне конкретные медицинские задачи. Например, в ролике, размещенном на сайте Массачусетского технологического института, Грасиас демонстрирует удаление микрозагрязнения с помощью своего захвата, а также биопсию клеток живой ткани, размещенной в пробирке.

Как отмечает сам Грасиас, его микроустройство является первой такой машиной, работающей без источника питания – внутренней портативной батареи или внешнего источника питания.

Впрочем, это же обстоятельство, по признанию Чхан Джин Кима, разработчика микроустройств из Калифорнийского университета, может сделать манипулирование устройством в полостях и каналах человеческого тела весьма нетривиальным занятием: придётся ведь учитывать непостоянство химического состава биологических жидкостей или вариации температуры.

Сам же Грасиас рассчитывает в ближайшем будущем создать гораздо более миниатюрные устройства размером всего в несколько микрон.

Эволюция на крыльях мотылька

Возникновению теории эволюции мы во многом обязаны формам клюва галапагосских вьюрков, озадачивших Дарвина более полутора веков назад. Тем не менее, принципы положительного и отрицательного естественного отбора гораздо чётче прослеживаются на примере пар хищник – жертва. Даже немного странно, что за миллионы лет противостояния ни у одного из видов «добычи» не появились глаза на затылке, давшие бы неоспоримое преимущество перед остальными. Зато природа смогла максимально проявить свою фантазию в создании разнообразных средств защиты и маскировки.

Упитанные североамериканские мотыльки настолько беззащитны, что за ними охотятся как птицы, так и летучие мыши. Ситуация осложняется тем, что эти группы хищников не только предпочитают разное время суток, но и используют совершенно разные органы чувств.

Тигровые мотыльки научились обманывать и тех, и других.

Поскольку мелким насекомым обычно нечего противопоставить скорости и силе своих загонщиков, то приходится изощряться в умении прятаться, скрываться, а может быть, даже запугивать, подражая ядовитым видам.

Мари Нидам и Джон Рэтклифф, проанализировавшие в опубликованной в Nature работе поведение и способности 26 канадских видов мотыльков, обнаружили группы, находящиеся, в некотором смысле, на разных ступенях эволюции. Среди инструментов, разделенных между видами: ультразвуковые волны высокочастотного диапазона, различаемого летучими мышами, агрессивная окраска, отпугивающая птиц, и, наоборот, скромная палитра, позволяющая спрятаться даже ярким солнечным днем.

Каждый из видов выбрал свою стратегическую схему: от кого прятаться и кого отпугивать.

В большинстве случаев если мотылек был ярко окрашен, что имитировало угрозу для птиц, он предпочитал «молчать» в ультразвуковом диапазоне. Если же его окраска была низкоконтрастной, то сонограмма, регистрируемая учеными, оказывалась весьма впечатляющей, покрывая частоты от 50 до 100 кГц, хорошо различимые летучими мышами.

Соответственно выбранной стратегии, виды использовали и время суток и даже время года: отпугивающие птиц мотыльки проявляли активность днем и в начале сезона, а устрашающие мышей выходили на поиски пропитания в конце сезона и предпочтительно по ночам.

Восстановив родственные связи этих 26 видов с помощью генетического анализа митохондриальной ДНК, ученые обнаружили, что в каждой группе, состоящей из 3–5 видов, акцент сделан на того или иного хищника. А «между ними» – в некотором смысле, на более низкой ступени эволюции и специализации – располагаются мотыльки, умеющие и то, и другое. При этом есть как виды, отпугивающие птиц окраской, а летучих мышей – ультразвуком, так и мотыльки, прячущиеся от обоих хищников.

Способность насекомых генерировать высокочастотные сигналы стала отдельным объектом для пристального изучения.

Вне зависимости от дневного или ночного образа жизни и своих способностей мотыльки не использовали это умение весной, когда мыши практически не активны. Кроме того, ученые обнаружили только одну группу, обладающую средними способностями к ультразвуку: все остальные издавали либо сложные, многополосные «трели», действительно распознаваемые мышами, или же не звучали совсем.

Кстати, одиночные полосы на сонограммах оказались характерны для белых мотыльков, вообще ставших исключением из всех описанных закономерностей. Белизна этого вида символична – для его дальнейшей специализации есть не только эволюционный карт-бланш, но и все необходимые возможности.