Как появляются личинки в еде
Насекомые и личинки в рационе: вред или польза?
Нидерландские диетологи создали новое масло из личинок. Ученые изготовили вафли и пирожные с содержанием нового ингредиента. Новый пищевой продукт получили из личинок мухи – черной львинки. Жир из насекомых может стать альтернативой другим пищевым добавкам. Продукт, полученный из личинок, усваивается лучше масла из коровьего молока. В масле из личинок содержится больше белка, витаминов, клетчатки и минералов. По кулинарным свойствам новый продукт не уступает сливочному и оливковому маслу. Участники эксперимента не смогли по вкусу отличить жир личинок в выпечке. По мнению ученых, производство такого масла будет более экологичным. Для разведения личинок требуется меньше пространства, энергии и воды.
На Земле обитает около 1900 съедобных видов насекомых. Ежедневно около 2 млрд человек употребляют их в пищу. В основном, блюда из насекомых популярны в странах Азии. Насекомые богаты белком, клетчаткой, полезными жирами и витаминами. Часто в пищу употребляют сверчков, кузнечиков, жуков, червей и личинок. В жуках содержится больше белка, чем в других насекомых. В ста граммах красных муравьев 14 граммов белка, это больше, чем в куриных яйцах.
В Европе набирают популярность рестораны, в которых готовят блюда из насекомых. В Дании частная фирма начала производить напиток на основе сока яблока, имбиря и сверчков. В Сан-Франциско в муку для приготовления закуски начос стали добавлять жуков и кузнечиков. Полезны ли насекомые, телеканалу «МИР 24» рассказала врач-диетолог Наталия Герасимова.
— Замена обычного масла маслом из насекомых сделает выпечку более полезной?
Наталия Герасимова: Я думаю, в данном случае ингредиент жира заменялся. В выпечке с личинками все равно присутствовала пшеничная мука. Все углеводные свойства сохранялись. В той же выпечке сохранялся сахар, а вместо сливочного масла использовались жиры из насекомых. Что касается использования таких продуктов в рационе питания, то пока это некое будущее. Не знаю, насколько светлое. С нашей ментальностью сложно оценить диетологические аспекты личинок, потому что для нас они уж слишком неприятны на вид. Для нашего европейского мировоззрения использование насекомых в еде пока еще слишком экзотично.
— Неужели привычное масло из коровьего молока и коровье молоко не столь полезны?
Наталия Герасимова: С точки зрения экономики коровье молоко и масло из коровьего молока – достаточно дорогой продукт, он требует усилий животноводства. Все мы помним про СО2 в атмосфере, про коров. Чтобы сделать килограмм сливочного масла, нужно использовать 20 литров молока. Это продукт дорогой. Использовать его в выпечке несколько нецелесообразно. Выпечка, которая покупается в магазине, сделана на маргарине. Выпечка правильная, здоровая, вкусная только дома, на домашней кухне.
— На каком масле лучше жарить?
Наталия Герасимова: Разные существуют точки зрения. Что касается сливочного масла и холестерина, они реабилитированы оба. Перспективы скончаться от инсульта или инфаркта все равно у нас очень высокие, но роль сливочного масла, яиц, сала и прочих продуктов, которые содержат высокий уровень холестерина, их негативный вклад был преувеличен. Сейчас связи ставятся под очень большое сомнение.
— Тем более, есть и диеты, которые советуют убрать углеводы и оставить жирные продукты.
Наталия Герасимова: Это популярная диета кето, которая пришла из США. Это некая антитеза углеводной диете. Масса новинок приходит.
— Вернусь к насекомым. Когда говорят о них, считается, что они могут заменить продукты из привычного рациона, чтобы сделать его более здоровым. Это возможно?
Наталия Герасимова: Все это на стадии эксперимента. В юго-восточной Азии это привычный рацион. Для китайца съесть личинку ничего не стоит с моральной точки зрения и с физиологической. Так у них устроен организм. Мы в средней полосе употребляем пшеницу, молоко, гречку, свинину, для азиата молоко – это отрава. У них нет молочных продуктов, к сожалению. От этого страдают наши соотечественники, которым там приходится жить. Организм каждого человека настроен на национальное питание, ферментная система на него настроена. Как наш организм будет переносить жир личинок, мясо личинок – большой вопрос. Особенно в долгосрочной перспективе. Есть такое понятие в диетологии. Мы рассматриваем длительное воздействие продуктов на здоровье человека.
— В чем здесь может быть проблема, если человек начинает вводить в рацион продукты из другого региона, с другого континента?
Наталия Герасимова: Чаще всего ничем хорошим это не заканчивается. Хорошо, если все не перерастет в изменения в физиологии организма в целом. Например, будет воздействие на генетический материал, на половые клетки. Мы любим животный жир ругать, не хотелось бы переходить на зыбкую почву вегетарианства или веганства, но в животных жирах содержатся жирные кислоты, которые благотворно влияют на наш генотип, на ДНК в целом, помогают ей лучше обустраиваться в меняющейся внешней среде. Наш генотип меняется, в том числе кусочек курочки тоже имеет к этому отношение.
— Считается, что за свою жизнь человек съедает не менее 5 килограммов насекомых. Причем по большей части живых, совершенно этого не замечая. О каких насекомых идет речь?
Наталия Герасимова: Все зависит от того, где мы живем. Насекомых в городе существенно меньше. Это большая биомасса – насекомые. Если вспомните лето на даче, там большое количество мошкары, комаров. Наверное, что-то к нам попадает – в еду и в случайно открытый рот. В юго-восточной Азии масса возможностей употребления, они подтверждают пользу насекомых.
— В будущем появятся пищевые добавки и продукты из насекомых?
Наталия Герасимова: Думаю, что это возможно. Изготовление тех же белково-жировых смесей, порошков, где мы не будем видеть шевелящихся насекомых, нам не будет так страшно все это потребить. Сделать, например, котлету из готового фарша, запечь ее. Это и протеин, и жир. Но каким образом это будет влиять на наш организм через поколения, вызывает сомнения. Мы пока не знаем. 30 лет назад мы большие надежды возлагали на растительные жиры, на маргарин. Потом оказалось, что гидрогенизированные растительные жиры оказывают гораздо более отрицательное воздействие на перспективу атеросклероза и других страшных заболеваний.
Еда из насекомых: главный тренд мирового FoodTech-рынка
Об эксперте: Андрей Зюзин — генеральный директор компании «ЭФКО Инновации», обладатель МВА бизнес-школы Fuqua университета Duke (США). Отвечал за развитие бизнеса Cisco Systems на рынках России и СНГ, а впоследствии — за взаимодействие и создание центра разработок компании в инновационном центре «Сколково». С 2007 года занимается венчурными инвестициями.
Белковые добавки из насекомых могут оказаться полезнее для организма, чем традиционное мясо и стать составной частью функциональных продуктов питания, а полученные из них ингредиенты даже способны заменить некоторые лекарственные препараты.
Пища из насекомых распространена в национальных кухнях Азии (Китай, Таиланд, Индия, Япония, Камбоджа), Африки (Камерун, Демократическая республика Конго, Гана, Ботсвана, Уганда) и Северной Америки (Мексика).
Но текущий тренд пищевой индустрии — не просто их употребление в пищу, а выращивание в промышленных условиях на разных питательных средах, в том числе и на органических отходах, для получения ценных веществ и белковой биомассы. Это то, что мы называем протеином из насекомых.
Рост объемов его производства — один из ключевых трендов мирового FoodTech рынка последних лет. До 2025 года рынок такого протеина будет расти в среднем на 37,5%, говорится в исследовании состояния и трендов мирового FoodTech-рынка группы компаний «ЭФКО», Московской биржи и J’son&Partners Consulting.
Предварительные расчеты экспертов говорят о том, что разведение животных, того же крупного рогатого скота, и производство мяса проигрывают по экономической эффективности белку из насекомых. Чтобы произвести 1 кг такого продукта, требуется в среднем в 500 раз меньше воды, в 12 раз меньше корма и в десять раз меньше земельных площадей, чем при выработке 1 кг белка из говядины.
В поддержку нового типа белка выступают и эксперты по пищевой безопасности, указывая на следующие преимущества:
Об этом, в частности, говорится в работе немецких докторов технических наук Оливера Шлютера и Биргит Румпольд из Института сельскохозяйственной инженерии и биоэкономики. В отличие от животных, которые могут стать переносчиками опасных для человека болезней, насекомых выращивают в изолированной среде, где риск такого заражения минимален. Кроме того, проведение лабораторных микробиологических исследований в белковой биомассе — простая манипуляция, что минимизирует риск ложноотрицательного теста на наличие болезнетворных организмов.
Кросс-реактивность возникает только при наличии аллергии на ракообразных. Об этом пишут португальский профессор Хосе Карлос Рибейро из Политехнического института Лейрии и профессор университета Порто Луис Мигель Кунья. Около 2 млрд жителей Земли уже включают насекомых в свой рацион без особых последствий, что позволяет рассчитывать на низкий уровень аллергенности полученных из насекомых пищевых продуктов.
Об этом говорится в другой работе немецких ученых Шлютера и Румпольд. А в промышленности культивируются только съедобные насекомые, не производящие и не накапливающие токсины.
Зачем нам белок и ингредиенты из насекомых? Из них можно получить:
Экономика мухи
Насекомых отличает высокая скорость размножения и наращивания белковой массы, поэтому они подходят для выращивания в промышленных условиях. Наиболее пригодны для культивирования — жук-мучник, саранча перелетная, саранча пустынная, сверчок домашний.
Российские компании проявляют интерес к личинке южноамериканской мухи «черная львинка», которая при культивировании на органическом субстрате наращивает массу в 500 раз за одну неделю. Она всеядна, способна развиваться при широких диапазонах температуры и влажности, не обитает в жилищах человека. При правильном культивировании ее личинки могут содержать 40% белка, 40% жира, кальций, фосфор. Белки и жиры, которые получаются при конверсии органических отходов с помощью черной львинки, могут использоваться в продуктах питания, фармакологии и косметическом производстве.
Белково-липидный концентрат из личинок обладает высокой пищевой ценностью и сбалансированным составом. Но в России он пока используется только в качестве кормовой добавки для рыб, свиней и птиц в агропромышленных комплексах.
Кормом для насекомых могут служить органические отходы пищевой промышленности, торговых сетей и ресторанного бизнеса. Этот экологический фактор положительно влияет и на экономику конкретного предприятия, и на развитие рынка растительных белков.
Хлеб и детское питание
Биомасса мух — не только сырье для производства белковых продуктов, но и источник ценных веществ. Так, личинка черной львинки содержит аминокислоту аргинин (человек получает ее с молоком матери). Сейчас это вещество для детского питания получают из кедровых орехов, но в личинке черной львинки его в семь раз больше.
Сушеных насекомых используют в целом виде или перерабатывают в муку, на 70% состоящую из белка. Ее можно использовать для приготовления хлеба и выпечки. Характеристики готовых продуктов из такой муки улучшаются: свежесть хлеба сохраняется до десяти суток. Мука из насекомых способна заменить и соевую муку в составе мясного фарша и колбас.
Перспективные стартапы
Essento. Швейцарская компания, с 2018 года работающая над технологиями производства продуктов из сушеных сверчков. В линейке компании сегодня батончики, закуски из насекомых с различными вкусами, сверчковая мука. Сумма инвестиций в последнем раунде не раскрывается.
MealFood Europe. Испанская компания выращивает личинок жука-мучника на отходах переработки злаков и производит из них белок и жир для производства кормов премиум-сегмента, хитозан (компонент хитина насекомых, ракообразных и некоторых грибов) для агротеха, очистки сточных вод и фармацевтической промышленности и органические удобрения. На данный момент компания уже развернула промышленное производство, которое намерена расширить к 2021 году, чтобы стать лидером своего направления индустрии. В 2020 году MealFood Europe привлекла инвестиции на сумму €50 млн.
Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Каких червей можно официально употреблять в пищу?
Во многих азиатских странах употребление насекомых и червей в пищу считается нормой. Но массово продукты из других мерзких для нас созданий не производятся. Скоро это может измениться, потому что Агентство по безопасности пищевых продуктов EFSA признало мучных червей пригодными для употребления в пищу. Производством продуктов из червей займется французская компания Agronutris и она планирует поставлять их в супермаркеты и рестораны. Мучные черви являются личинками мучного хрущака (Tenebrio molitor) и считаются вредителями, поэтому это очень даже хорошо, что им нашлось полезное применение. Они безопасны для человеческого организма, но несут ли они какую-нибудь пользу? Также многим людям наверняка интересно, каковы они на вкус. Представители EFSA и Agronutris уже дали ответы на эти вопросы. К тому же, они уверили, что переход на еду из насекомых может помочь окружающей среде.
Возможно, в будущем блюда из червей и насекомых станут нормой во всем мире
Съедобные черви в кулинарии
Об особенностях пригодных в пищу червях рассказало издание The Guardian. Как и говорилось в начале статьи, мучные черви — это личинки мучного хрущака. Так называется жесткокрылые насекомые длиной до 18 миллиметров. Они обитают во всех уголках Земли и чаще всего встречаются в складах с мукой, пекарнях и мельницах. Каждая самка откладывает по 200 яиц, из которых вылупляются личинки — те самые мучные черви. Они питаются мукой и даже печеным хлебом, поэтому считаются вредителями. В большей степени они приносят вред, загрязняя еду своим калом и шкурками, которые сбрасываются при линьке.
Мучной хрущак и его личинки
Считается, что мучные черви богаты белками, жирами и клетчаткой. Если учесть, что никаких опасных веществ в них не содержится — это очень даже питательный продукт. Сообщается, что в высушенном виде черви обретают вкус арахиса. Французская компания Agronutris хочет производить продукцию из мучных червей в промышленных масштабах. Скорее всего, они будут продаваться в качестве хрустящей закуски вроде чипсов и сухариков. Также в супермаркетах может появиться порошок из высушенных червей, который можно использовать как ингредиент в блюдах.
Немецкая компания Bugfoundation производит бургеры из насекомых
Но важно отметить, что некоторым людям есть мучных червей нельзя. Представители EFSA считают, что у людей с аллергией на креветки и пылевых клещей на червей тоже может возникнуть аллергическая реакция. И это не зависит от формы продукта — противопоказаны как закуски, так и порошки. Судя по всему, в них могут содержаться те же аллергены, что и в креветках и пылевых клещах.
Рецепт блюда из червей
Компания Agronutris не станет первым производителем продуктов из насекомых. Этим также занимается фирма Jiminis, которая даже представила рецепт кексов из мучных червей. Понадобятся:
Какао, растопленное масло, яйцо, йогурт и небольшое количество разрыхлителя нужно смешать с водой до получения густой массы. К полученной смеси нужно добавить мучных червей. Залив этим составом формочки для кексов, нужно отправить их в духовку на 20 минут. После этого верхушки кексов можно смазать сахарной пудрой и украсить хрустящими червями.
Забота об окружающей среде
Компании Agronutris и Jiminis не просто хотят заработать денег. Их представители уверены, что популяризация продуктов из насекомых может спасти окружающую среду. Дело в том, что при разведении домашнего скота вырабатывается много углекислого газа. А он, в свою очередь, приводит к повышению температуры воздуха и усугубляет проблему глобального потепления. А при изготовлении продуктов из мучных червей выбросов гораздо меньше. К тому же, эта продукция явно не будет дорогой.
При производстве мяса и многих других продуктов наносится вред природе
Только вот на то, чтобы приучить людей к такой необычной еде, потребуется время. Но когда хрустящие насекомые появятся в продаже, брезгливость людей со временем должна исчезнуть. А избавляться от нее уже пора, потому что агентство EFSA уже готово признать безопасность сверчков и личинок еще нескольких видов жуков.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
Возможно, в будущем наше представление о еде сильно изменится. Недавно ученые предложили отказаться от поедания рыбы и заменить ее медузами. Из-за чего они выдвинули такое необычное предложение, можно почитать в этом материале.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Ученые доказали, что работа в ночную смену увеличивает риск развития сахарного диабета. 🩸 Вероятность заболевания увеличивается, если человек во время работы успевает плотно поесть. Но как же тогда питаться в ночную смену, чтобы оставаться здоровым?
Человечество безжалостно губит природу и остановить это крайне сложно. Например, можете ли вы прямо сейчас отучить хотя бы пару-тройку курящих людей выбрасыв…
Орангутаны тапанули — одни из самых редких обезьян в мире, которых осталось всего 800 особей. 🐒 На данный момент они находятся на грани вымирания, потому что на месте их обитания строится электростанция. Рассказываем, в чем заключается особенность этих созданий и как их спасти.
Без рта и без кишечника
Задача
Большинство животных кого-то или что-то глотают, а потом переваривают проглоченную пищу в кишечнике. Но у многих животных нет ни рта, ни кишечника. Что это за животные? Какими способами они могут получать и переваривать пищу?
Подсказка 1
Сейчас животными принято называть только многоклеточных (Metazoa), так что о всяких там амебах и инфузориях речь в задаче не идет.
Подсказка 2
Чтобы ответить на вопрос задачи, нужно вспомнить сведения из школьного курса физиологии человека о сути пищеварения. Пищеварительные ферменты расщепляют молекулы пищи на более мелкие (например, белки на аминокислоты). Этот процесс у человека идет в полости желудка и кишечника (полостное пищеварение) и на поверхности клеток кишечного эпителия (пристеночное пищеварение). Затем мелкие молекулы (переваренная пища) всасываются в кровь сквозь стенку кишечника. Важную роль в пищеварении человека играют бактерии толстого кишечника (например, они обеспечивают частичное переваривание клетчатки). Подумайте, при каких способах питания можно обойтись без какого-либо из этапов (или без кишечника и рта для их осуществления).
Подсказка 3
Ответ будет разным, если рассматривать только взрослые стадии или весь жизненный цикл животных.
Решение
Животными мы обычно считаем взрослых особей, а взрослыми — тех, кто умеет размножаться (особенно половым путем). На самом же деле единицей сравнения в зоологии служит не взрослая особь и даже не развитие организма, а весь жизненный цикл вида (см. послесловие).
Еще недавно к этому перечню можно было бы добавить целых два типа животных — погонофоры и вестиментиферы, но сейчас они сведены до уровня семейства кольчатых червей и называются сибоглинидами. Кроме этих, существует и десятки других кольчатых червей без рта и кишечника — например, среди морских олигохет. Есть такие виды также среди других классов плоских червей — турбеллярий (см. U. Dirks et al., 2012) и трематод (у них лишены рта и кишечника партеногенетические самки одного из поколений, спороцисты), среди нематод (см. N. Musat, 2006), двустворчатых моллюсков (семейство Solemyidae; см. F. Stewart, C. Cavanaugh, 2006).
Еще одна удивительная группа «бескишечных» животных — представители членистоногих, корнеголовые раки (из которых наиболее известна саккулина (см. главу «Настоящий ужас» из книги Карла Циммера «Паразиты»). Кого-то я мог пропустить, но и из приведенных примеров ясно, что «бескишечность» — не редкость среди животных.
У многих перечисленных групп кишечника и рта нет ни на одной стадии развития. Это ленточные черви, скребни, губки и трихоплакс, ромбозои и ортонектиды. Удивительно, что к ним относится и саккулина. Удивительно потому, что ее личинки похожи на обычных личинок балянусов — науплиусов, которые имеют рот и сквозной кишечник. А вот у личинок саккулин этих органов нет. Они вообще не питаются до попадания в организм хозяина — краба. В краба паразит попадает, полностью утратив облик и подобие рачка — в виде кучки клеток, больше похожих на раковую опухоль, чем на членистоногое. Какой уж тут рот и кишечник!
В других случаях рот и кишечник есть у личинок, но позднее они редуцируются. Так обстоит дело у двустворчатых моллюсков, вестиментифер и, видимо, у бескишечных нематод.
Как же питаются такие животные?
Многие из них — паразиты, обитающие в кишечнике хозяев (цепни), в их крови (саккулина) или внутри тканей и клеток (миксозои). Частично их окружает уже переваренная пища — глюкоза, аминокислоты и другие малые молекулы. Такую пищу можно всасывать через покровы теми же способами, какими это делают клетки человека (см. Перенос веществ через мембраны). Покровы многих паразитических животных напоминают всасывающий эпителий нашего кишечника — они покрыты выростами-микроворсинками для увеличения площади поверхности.
Но даже в такой среде, как кровь или кишечник, готовых питательных веществ паразитам не хватает. Они сохраняют собственные пищеварительные ферменты. Как правило, они закреплены на поверхности тела паразита — в мембранах клеток, в гликокаликсе или на кутикуле. Так что пищеварение у них аналогично нашему пристеночному. Часть ферментов, обнаруженных в гликокаликсе цестод, принадлежат хозяину — например, там активны амилазы поджелудочной железы. Иногда паразит выделяет мощные ферменты и во внешнюю среду, вызывая распад тканей — гистолиз.
Во всасывании переваренных веществ у миксозоев важную роль, видимо, играют пиноцитоз и фагоцитоз. Эти классические представления подтверждены недавними сведениями о геноме миксозоев: оказалось, что у них есть множество белков, связанных с разными формами эндоцитоза (см. Y. Yang et al., 2014). У цестод часть веществ тоже, видимо, поглощается путем пиноцитоза. Многие другие паразиты — скребни, нематоды-мермитиды, корнеголовые раки — ухитряются всасывать питательные вещества сквозь покровы, покрытые кутикулой.
Рис. 1. Эти ветвящиеся «корешки» — рачок саккулина, развивающийся внутри тела краба. Он поглощает питательные вещества из крови краба сквозь тонкую кутикулу, покрытую микроскопическими выростами. Длина масштабных линеек 75 мкм. Фото из статьи J. Goddard et al., 2005. Host specificity of Sacculina carcini, a potential biological control agent of the introduced European green crab Carcinus maenas in California
Предки всех паразитических групп животных почти наверняка имели рот и кишечник. А вот губки и трихоплакс, возможно, лишены его изначально (хотя точно доказать это сложно). Как же питаются эти животные?
У губок пищеварение внутриклеточное. Почти все губки питаются мелкими частицами — от размеров вирусных частиц до 5 микрометров. Клетки губок заглатывают и переваривают частицы пищи. Главную роль в этом играют воротничково-жгутиковые клетки, создающие ток воды. Но пищу могут заглатывать и амебоциты, высовывая свои ложноножки во внешнюю среду. У некоторых губок пищу заглатывают и пинакоциты — покровные клетки.
Как это ни удивительно, некоторые губки стали настоящими хищниками (кажется, это единственные хищные животные без рта и кишечника). Сначала такая губка была открыта в мелководной пещере в Средиземной море. Потом оказалось, что около сотни видов глубоководных губок тоже хищничают. У таких губок нет ни системы каналов, ни клеток, создающих ток воды, — они полностью отказались от фильтрации. Зато у них есть длинные сократимые выросты, покрытые крючковидными иглами-спикулами. Мелкие рачки «насаживаются» на эти иглы. Тогда амебоидные клетки ползут к месту поимки рачка и окружают его. Сначала он переваривается внеклеточно в образовавшейся «камере»; потом отдельные амебоциты фагоцитируют и переваривают куски добычи.
Рис. 2. Хищная глубоководная губка Chondrocladia lyra. Фото из статьи Becky Oskin, Senior Writer, 2012. Weird-Looking, Meat-Eating Sponge Found In Deep Sea
Трихоплакс — представитель типа плакозои — питается цианобактериями, одноклеточными водорослями и клетками слоевища многоклеточных водорослей. Наползая брюхом на добычу, он «присасывается» краями тела к субстрату и слегка выгибает спину. Так под его телом формируется «временный кишечник». До недавнего времени считалось, что в эту полость выделяют пищеварительные ферменты железистые клетки со жгутиками (на рис. 3 они обозначены как «gland cells»).
Рис. 3. В недавней работе C. Smith et al., 2015. Novel Cell Types, Neurosecretory Cells and Body Plan of the Early-Diverging Metazoan, Trichoplax adhaerens у трихоплакса описали два новых типа клеток: «клетки с кристаллами» и «липофильные клетки». Именно последние, видимо, выделяют ферменты, отвечающие за внеорганизменное пищеварение трихоплакса
Но недавно выяснилось, что механизм внеклеточного пищеварения трихоплакса сложнее: пищу переваривают ферменты, выделяемые немногочисленными клеткам без жгутиков (см. C. Smith et al., 2015. Coordinated Feeding Behavior in Trichoplax, an Animal without Synapses). Жгутиковые «железистые» клетки брюшного эпителия, возможно, только чувствуют наличие пищи и выделяют сигнальные вещества, регулирующие работу «пищеварительных» клеток. Переваренную пищу трихоплакс всасывает, видимо, с участием пиноцитоза.
Описан и другой способ питания трихоплакса: он может забрасывать клетки добычи на спину работой жгутиков. Потом через дырки в эпителии их захватывают своими отростками и переваривают внутренние волокнистые клетки. Так что у трихоплакса есть и внутриклеточное пищеварение.
Теперь о том, как питаются остальные бескишечные свободноживущие морские животные — погонофоры и вестиментиферы, олигохеты и нематоды. Долгое время это было загадкой. Растворено в воде органики в море слишком мало; даже если она и поглощается, ее не должно хватать даже крошечным и тонким нематодам. Что уж говорить о массивных моллюсках! Может быть, на определенных участках тела клетки что-то фагоцитируют? Предполагалось, что так питаются погонофоры с помощью щупалец, но эти данные не подтвердились.
Разгадка пришла, когда был открыт механизм питания гигантских погонофор-вестиментифер — рифтий (см. В. В. Малахов «Вестиментиферы — автотрофные животные»). Выяснилось, что на месте кишечника у них развивается массивный тяж клеток — трофосома.
Клетки трофосомы набиты симбиотическими бактериями. Эти хемоавтотрофные бактерии-симбионты окисляют сероводород до серы и получают энергию для синтеза органики. Рифтии снабжают их сероводородом, углекислым газом и кислородом. А потом часть симбионтов переваривают.
Впоследствии именно такие бактерии были найдены у других бескишечных морских бентосных животных. У нематод и погонофор они обычно живут в трофосоме (реже — в полости тела, вне клеток); у олигохет — в покровах; у двустворок — в массивных жабрах.
Рис. 4. Черви рода Osedax — необычные погонофоры, живущие на скелетах китов. Слева — самка, справа — карликовый самец. Оба пола лишены рта и кишечника. Самки извлекают питательные вещества из костей с помощью корнеподобных выростов, в которых живут бактерии-симбионты. Изображение с сайта sciencehubb.co.uk
Эти черви живут на скелетах китов (реже — других морских млекопитающих и крупных рыб) и питаются содержащимся в костях коллагеном. Глодать кости без рта и кишечника — не такое простое дело! Недавно выяснилось, что черви выделяют кислоту для растворения минерального матрикса костей (см. M. Tresguerres et al., 2013. How to get into bones: proton pump and carbonic anhydrase in Osedax boneworms).
Любопытно, что при этом они используют те же механизмы, что и клетки — остеокласты костной ткани человека.
Иногда у одного вида хозяев только один вид симбионтов. А иногда в теле хозяина живут несколько разных бактерий — до четырех (см. Бактерии-симбионты заменили морскому червю органы пищеварения и выделения, «Элементы», 19.09.2006) до шести и даже до восьми видов.
Кстати, бактерии могут играть важную роль и в питании губок. Губки буквально нашпигованы бактериями, в том числе фотосинтезирующими. Недавно открыта хищная губка, видимо, получающая часть пищи от метанотрофных бактерий. А у некоторых губок внутри живут зоохлореллы — эукариотические водоросли. Губка «культивирует» своих симбионтов внутри клеток и частично их переваривает. Симбиотические бактерии есть и у трихоплакса. А недавно описаны бактерии, живущие на поверхности тела цестод (см. L. Poddubnaya, G. Izvekova, 2005. Detection of bacteria associated with the tegument of caryophyllidean cestodes). Возможно, они участвуют в пищеварении этих паразитов.
А бывают ли фотоавтотрофные симбионты, позволяющие хозяину отказаться от рта и кишечника? Мне не удалось найти явных примеров. Правда, бескишечная турбеллярия Symsagittifera roscoffensis, живущая в симбиозе с водорослями-зоохлореллами, к этому близка. Настоящего кишечника у нее и так нет, а рот и глотка во взрослом состоянии не функционируют. Многие ученые считают, что за счет такого же симбиоза питались по крайней мере некоторые вендобионты — представители древней вендской фауны, тоже лишенные рта и кишечника.
Наконец, некоторые бескишечные животные могут вообще не питаться. Так, не питаются «взрослые» ортонектиды — самцы и самки — после выхода из тела хозяина во внешнюю среду.
Послесловие
Теперь вернемся к началу ответа и посмотрим на проблему пошире.
У большинства животных жизненный цикл включает половое размножение и как минимум два поколения — многоклеточное поколение диплоидных особей и одноклеточное поколение гаплоидных гамет. Да-да, гаметы — вовсе не клетки нашего тела, а самостоятельные организмы! У них другой генотип; часто они обитают в воде (например, у морских ежей или полихет), а не в теле многоклеточных родителей, как у человека; у них свое сложное поведение и своя судьба. У всех гамет нет ни рта, ни кишечника. И у них свои разнообразные способы питания (о них можно рассказать как-нибудь в другой раз).
Что касается многоклеточного поколения, то у его особей, развивающихся из зиготы, кишечник тоже появляется далеко не сразу. Возникает он в ходе гаструляции, а работать начинает и того позже. Как же получают энергию и необходимые для роста вещества животные этого поколения, пока у них нет рта и кишечника? Большинство — за счет запасов желтка, накопленного в яйце. У многих животных даже после выхода из яйца личинки не имеют рта и кишечника и начинают питаться только после метаморфоза. Некоторые — например, млекопитающие — «паразитируют» в теле предыдущего многоклеточного поколения. Как настоящие паразиты, они разъедают пищеварительными ферментами стенку матки, приманивают материнские кровеносные сосуды и замещают их стенки своими клетками. Потом «паразит» формирует сложную систему выростов, через которую высасывает из матери пищу (см. Development of the placental villi). Лишь намного позже у нас образуется кишечник (и тем более рот), а работать они начинают только после рождения.
Итак, у всех животных (на ранних стадиях развития) нет рта и кишечника. Возможно, это отчасти повторяет ход эволюции — скорее всего, пищеварительной системы не было и у общих предков современных животных. Лишь на каких-то более поздних этапах эволюции у животных появились рот и кишечник. А потом многие группы утратили эти органы — причем далеко не только паразиты.
Вообще, одна из «моралей» сей басни состоит в том, что утратить в ходе эволюции можно всё что угодно: не то что рот и кишечник, но даже красу и гордость многоклеточных животных — нервную и мышечную системы. А ведь некоторым далеким от зоологии ученым эволюция до сих пор представляется восхождением по «лестнице существ». Как мы уже отмечали в одной из предыдущих задач, на самом деле морфологический регресс — очень распространенный путь эволюции (см. задачу «Тепло- или холодно-?»).
Второй вывод состоит в том, что животные гораздо изобретательнее человеческого разума. Никакой зоолог, наверное, не смог бы предсказать, что погонофора может питаться костями, а губка — рачками. Что уж говорить о неспециалистах! Как часто они думают, что животные устроены в соответствии с представлениями школьных учебников. Приведу два примера. Первый — на одной из олимпиад довольно высокого уровня был задан такой вопрос:
«Сердце у насекомых:
а) трубчатое многокамерное;
б) двухкамерное;
в) трёхкамерное;
г) четырёхкамерное».
Нужно было выбрать один вариант ответа. Составители считали, что верный ответ — а). А на самом деле сердце у насекомых бывает очень разное. Есть насекомые, у которых вообще нет сердца (карликовые наездники). Часто сердце имеет много пар остий (боковых отверстий), но слабо разделено на камеры. Если же считать, что створки остий — это границы между камерами, то тогда у домовой мухи сердце четырехкамерное, у многих клопов — двух- или трехкамерное, у вшей — одно- или трехкамерное.
Второй пример. На курсах повышения квалификации учителей один известный методист объяснял, как надо преподавать зоологию. Он считал, что строение животных всегда можно объяснить, исходя из общей логики и принципа корреляций. Вот, например: почему у турбеллярий (свободноживущих плоских червей) есть реснички, а у нематод — нет? Всё очень просто: у нематод появилась толстая кутикула, а сквозь нее подвижную ресничку не просунешь. Вроде бы логично и понятно, вот только фактам не соответствует. Дело в том, что у еще одной группы червей — у гастротрих — на брюхе очень толстая кутикула, а в ней проделаны дырки, сквозь которые торчат и прекрасно работают подвижные реснички! И никто, конечно, не объяснит исходя из «общей логики», почему ресничек нет у взрослой печеночной двуустки — близкой родственницы турбеллярий, лишенной всякой кутикулы.
И последнее замечание. Уже не в первый раз при составлении ответа испытываешь изумление от того, как быстро развивается наука. Еще 20–25 лет назад никто не знал ни о хищных губках (а оказывается, их уже больше сотни наоткрывали!), ни о червях-костоедах; почти все ученые были убеждены, что миксозои — это протисты (причем их делили на два класса, которые оказались стадиями жизненного цикла одних и тех же видов); у ортонектид, которых к тому времени изучали уже больше века, не были описаны мышцы и рецепторы, и т. д.
Зоология развивается ничуть не менее динамично, чем биохимия или физиология. И как много всего еще предстоит открыть и выяснить! Вот, например: как все-таки черви-зомби извлекают из костей коллаген и используют ли они жир? И зачем нужны бактерии-симбионты трихоплаксу? Пока этого точно никто не знает.