Academic CentreKukaiņi pret teroristiem un citi bioloģijas jaunumi
Posmkāji ir savdabīga dzīvnieku grupa, ko uz Zemes pārstāv milzīgs sugu skaits. Kukaiņi un zirnekļi apdzīvo gandrīz vai visus Zemes nostūrus, pielāgojušies dažādām dzīves vidēm un barības iegūšanai. Nelielu posmkāju sugu skaitu cilvēki jau izmanto savā labā. Zinātnei un tehnoloģijām attīstoties, strauji pieaug interese par citām posmkāju izmantošanas iespējām.
Bites meklē sprāgstvielas
Suņi ar savu lielisko ožu palīdz cilvēkiem narkotiku un sprāgstvielu meklēšanā. Tomēr suņi vēl nav vislabākie palīgi, kukaiņu oža ir daudz pārāka par suņu ožu, jo tiem piemīt izcila jutība pret smaržu molekulām pat vismazākajā koncentrācijā. Arī bišu (attēlā) ožas spējas ir tikpat izcilas. Zinātnieki bitēm iemācīja reaģēt uz sprāgstvielu smaržu, it kā tā būtu bišu barība. Izmēģinot bites, rezultāti bija teicami – kukaiņi atrada sprāgstvielas 99% gadījumu. Atšķirībā no lielajiem suņiem tās spēja pārlūkot vismazākos stūrīšus un kaktiņus. Tomēr vēl jāatrisina viena problēma – kā zinātnieki uzzinās, ka bites atradušas meklēto? Zinātnieki mēģināja bites aprīkot ar miniatūriem raidītājiem, kas nav lielāki par sāls kristāliņu. Diemžēl tā ir dārga un sarežģīta tehnoloģija. Bieži varētu iztikt ar vienkāršāku metodi – bites vienkārši palaist aizdomīgā objekta virzienā. Pēc traģiskā 11. septembra notikumiem ASV tika izmēģinātas dresētas bites, kurām piedāvāja furgonu ar sprāgstvielām. Bites aplipa ap furgonu, norādīdamas uz bīstamo kravu.
Montānas Universitātes zinātnieki izdresējuši bites saskaņā ar klasisko dresūras paņēmienu – pacienājot tās ar saldu sīrupu, ja bites atrod sprāgstvielu pēc smaržas. Kā zināms, atrodot jaunu barību, kas smaržo, bites dodas uz stropu un apmāca pārējās bites reaģēt uz jauno aromātu. To pašu dara arī zinātnieku apmācītās bites, ja atrod sprāgstvielu – tās ziņo pārējai bišu saimei par virzienu, kurp jādodas, un aromātu, kas jāmeklē. Tā pāris stundu laikā sprāgstvielas virzienā dodas vai viss strops, vismaz visas darba bites, kuras ziedu nektāra vietā līdīs, raksies un meklēs dinamītu, nitroglicerīnu vai 2,4–dinitrotoluolu. Nākotnē ASV plāno visu nozīmīgāko robežas kontrolpunktu tuvumā izvietot stropus ar dresētām bitēm. Tikai nav skaidrības, cik ļoti uz bitēm var paļauties, jo tās nestrādā naktīs un nelabvēlīgos laikapstākļos. Šī iemesla dēļ zinātnieki izmēģina arī tauriņus un vēl citus kukaiņus.
Ohaio štata universitātes zinātnieks Kevins Dali sīka tauriņa galvā iemontēja elektrodus, kas kontrolē neironus, atbildīgus par smaržas atpazīšanu un arī mutes orgāna – snuķīša – darbību. Izpētot neironu aktivitāti, noskaidroja, ka tauriņš itin labi apguva sakarību starp kādu eksperimentā piedāvātu smaržu un cukura šķīduma garšu – izveidojās nosacījuma reflekss. Zinātniekam izdevās kukaini apmācīt, lai tas daudzo smaržu vidū izvēlas vienu – to, kas asociējas ar barību. Šādi apmācīti tauriņi varētu pēc smaržas atrast noslēptas sprāgstvielas un, iespējams, arī narkotikas. Projektu daļēji sponsorē Pentagons.
Kukaiņi–kiborgi
Pentagona zinātniski pētnieciskā aģentūra DARPA 2006. gadā bioinženieriem pasūtīja pētījumu – projektu “Hybrid Insect MEMS”; tas nozīmē kukaiņu sakrustošanu ar mikroelektromehāniskām sistēmām. Projekta būtība – aprīkot dzīvu kukaini ar dažādām noklausīšanās un filmēšanas ierīcēm un vadīt to vajadzīgajā virzienā, lai varētu izmantot izlūkošanā. Pie darba ķērās vairāku ASV universitāšu pētnieku grupas. 2008. gadā tika iegūti pirmie rezultāti kukaiņu vadīšanā. Kukaiņiem implantēja elektrodus, caur kuriem pievadot strāvu, panāca spārnu kustināšanu. Sākotnēji kukaiņi bija piestiprināti pie šiem elektrodiem, jo strāvu pievadīja pa vadiem, vēlāk zinātnieki tos atraisīja un mikroshēmas uzmontēja uz kukaiņu mugurām. Šo eksperimentu videoierakstu iespējams noskatīties interneta vietnē http://www.eecs.berkeley.edu/~maharbiz/Cyborg.html. Lai regulētu kustības virzienu, impulsus noraidīja uz vajadzīgajām spārnu muskuļu grupām. Tā kā kukainis lido uz gaismu, tad sākotnēji acu priekšā piestiprināja gaismas diodes. Ja gribēja dot komandu “pa labi”, tad iespīdināja gaismu labajā acī un otrādi. Lidojuma maršruts jau iepriekš bija ievadīts mikroshēmā. Lai lidojuma laikā mainītu tā virzienu, vajadzēja pievienot vēl arī radiokanālu, bet tas palielināja kopējo kukainim nesamo elektronikas masu. To atrisināt izdevās divām pētnieciskajām grupām 2009. gadā – kukainis tika aprīkots ar radio vadību.
Starptautiskā konferencē Itālijā uzstājās viens no projekta autoriem Hirotaka Sato. Viņš demonstrēja ar radio raidītāju vadāmas rožvaboles Mecynorrhina torquata. Šīs Āfrikā dzīvojošās rožvaboļu sugas eksemplāri (attēlā blakus) ir ļoti lieli: 4–8 cm gari un 4–10 g smagi. Rožvabolēm muskuļos un galvas ganglijos jeb “smadzenēs” bija implantēti seši elektrodi. Mikroskopiska ierīce, pielīmēta vabolei uz muguras, uztvēra radiosignālus un pārvērta tos elektriskajos impulsos, kas caur elektrodiem darbināja muskuļus. Kopumā vabolēm bija jāspēj panest diezgan daudz – plate ar mikroshēmu, radiouztvērējs, antena un akumulators, paredzēts 8,5 miliampērstundām, kas kopā svēra 1,33 gramus. Šīs milzu vaboles ir “spēkavīri” kukaiņu pasaulē, jo spēj panest arī lielāku masu – līdz trim gramiem.
Konferencē demonstrētās vaboles pussekundi pēc attiecīgā nerva elektrostimulācijas pacēlās gaisā. Ja uz vadības pults nospieda pogu “lidojums”, vaboles lidoja 97% gadījumu (29 izpildītas komandas no 30). Lidojumu laikā pēc komandas “pa labi” vai “pa kreisi” tās veiksmīgi pagriezās pareizajā virzienā. Lai vaboli manevrētu, vairs nevajadzēja spīdināt gaismu labajā vai kreisajā acī, kā to darīja iepriekš. Impulsu noraidīja tieši uz galvas ganglija redzes iecirkni.
Zinātnieki pieņem, ka vabolēm būs iespējams uzmontēt arī mikrofonu un pat videokameru, jo tās spēj panest lielāku kravu par raidītāju. Tālākie pētnieku mērķi robežojas ar zinātnisko fantastiku. Tā ir iecere videokameras vietā izmantot kukaiņa paša acis, tikai no tām būs jāiemācās “nolasīt” redzes impulsus un pārveidot radio impulsos. Tad kukaiņa redzes ainas būs vērojamas uz datora ekrāna – cilvēki spēs “redzēt” ar kukaiņa acīm. Kukainim gan katra acs sastāv no ļoti daudzām atsevišķām mazām actiņām, kas katra veido savu attēlu. Tā ir mozaīkveida redze, kas būtiski atšķiras no mūsējās, tātad arī attēls datorā varētu izskatīties pavisam savādāks. “Smago” kukainim nesamo akumulatoru plāno aizvietot ar sistēmu, kas saņems enerģiju no paša kukaiņa. Barojoties kukainis ne tikai uzkrās enerģijas rezerves savam organismam, bet arī uzlādēs iemontēto akumulatoru.
Eksperimenta turpinājumā izdevās implantēt elektrodus kukainī tā kūniņas stadijā. Kāpurs iekūņojas un šajā apvalciņā pārvēršas šķidrā masā, no kuras rodas pavisam atšķirīga izskata pieaudzis kukainis. Šķidrajā stāvoklī notiek kukaiņa un elektronikas “sakrustošana”. Šādos eksperimentos izdevās iegūt “krustotus” tauriņus, no kuru galvas ganglijiem varēja nolasīt noteiktu elektrisku ožas signālu, ja tauriņam piedāvāja kādu no smaržām. Ja tauriņš bija jutīgs pret piedāvāto smaržu, tā raidītais impulss pastiprinājās 10 reizes, salīdzinot ar pārējo smaržu radītajiem impulsiem. Tas nozīmē, ka nākotnē šādi tauriņi varētu kalpot kā dzīvi sensori. Dresēti vai ģenētiski modificēti kukaiņi aplidotu noteiktu maršrutu un pārraidītu, vai sajūt sprāgstvielu vai narkotiku smaržas.
Pētījumi ir tikai sākumstadijā, līdz rezultātam vēl tāls ceļš ejams, tomēr zinātniskā fantastika nu šķiet iespējama.
Ripojošais zirneklis
Pārsteidzoši, ka riteni pirmais “izgudrojis” zirneklis, nevis cilvēks! To atklāja Berlīnes Tehniskās universitātes bionikas profesors Ingo Rehenbergs (attēlā), vērojot tuksneša iemītniekus Marokas dienvidos. Bionikas speciālistus interesē dzīvnieku un augu ekstrēmi dzīves apstākļi, jo iespējams atrast tiem īpatnēji pielāgojušās sugas, no kurām cilvēki var ko jaunu mācīties. Pirms četriem gadiem profesors tuksnesī pamanīja kādu naktī aktīvu nepazīstamu zirnekli, kurš, noguris no skriešanas pa smiltīm, iztaisnoja savas astoņas kājas uz visām pusēm kā riteņa spieķus, šādi izveidoja riteni un aizripinājās. Toreiz neizdevās šo “riteni” noķert. Nu profesors atkal ieraudzīja ripojošo zirnekli. Svarīgo sensacionālo atradumu diemžēl nomedīja un apēda skorpions. Bez neviena eksemplāra, konservēta spirtā, profesora atradumam nebūtu vērtības. Viņš turpināja meklējumus un atrada vēl divus jaunās sugas zirnekļus. Vienu iekonservēja spirtā, otru aizveda uz Berlīni dzīvu. Kāds zirnekļu speciālists noteica, ka konservētais eksemplārs ir tēviņš, kas pieder pie ģints Cebrennus. Vai tā tiešām ir zinātnei jauna suga, varot noteikt tikai pēc mātītes. Droši vien to nosauks par Cebrennus rechenbergii. Profesoram mājās dzīvo otrs eksemplārs, tikai nav zināms, vai tā ir mātīte. Varbūt vienīgo ieraudzīto zinātnei tik vērtīgo mātīti tuksnesī apēda skorpions?
Profesors apbrīno zirnekļa spēju ripot kā ritenim. Iepriekš bija zināma kāda cita Sahāras tuksnesī mītoša zirnekļu suga, kas saliek kājas tā, lai spētu pasīvi ripot lejup no kāpas. Cebrennus spēj ko vairāk – ripo aktīvi, kustinot kāju un ķermeņa veidoto riteni, līdz ar to pa līdzenu virsmu pārvietojas taisni – ar pēdām atsperas, ķermenis ir kā riteņa ass, kājas –spieķi. Ripošana prasa mazāku enerģijas patēriņu kā skriešana, piedevām ir daudz ātrāka. “Ja izdotos izgatavot šādu konstrukciju, kas spēj gan soļot, gan ripot, tā lieti noderētu misijai uz Marsa. Diemžēl tehniski tas ir ļoti sarežģīti,” saka profesors. Žurnālisti jau šo zirnekli nosaukuši par vienriteņa arahnomobīli. (Latīniski zirnekļi – Arachnidae.)
Video ar oriģinālo zirnekli iespējams noskatīties interneta vietnē http://www.welt.de/wissenschaft/tierwelt/article 2705245/Geheimnisvolle-Radler-Spinne-entdeckt.html.
Ingrīda Jansone-Henkuzene