Микроскопические биоинженерные генераторы однажды смогут запитывать медицинские имплантаты, получая топливо прямо из организма, без потребности во внешней зарядке. Такова далёкая перспектива удивительной работы американских учёных, вознамерившихся скопировать и даже улучшить работу электрических клеток пресноводных рыб – угрей.

Электрический угорь (Electric eel) способен вырабатывать напряжение до 500-650 вольт при токе до одного ампера (то есть свыше полукиловатта пиковой мощности).

Когда эта рыба находит добычу, она посылает сигнал в специальные "охотничьи" брюшные органы, в которых тысячи и тысячи электрических клеток открывают каналы для пропуска в противоположные стороны ионов натрия и калия. Перемещение этих ионов создаёт на клетках напряжение, которое суммируется вдоль всего органа, достигая внушительной величины.

Эти опасные не только для морской живности, но и для человека импульсы могут следовать с частотой в сотни герц. И в определённых условиях угорь способен посылать такие разряды до одного часа кряду, не выказывая усталости. Всё – за счёт внутренней энергетики организма.

Ну разве это не чудо природы? Так почему бы не поучиться у него? И правда, про биомиметику слышали, наверное, все, а вот про биомиметику на клеточном и даже молекулярном уровне – едва ли.

Между тем именно такую задачу – разобрать по молекулам и скопировать работу электрических клеток угря – поставили перед собой Цзянь Сюй (Jian Xu) из Йельского университета (Yale University) и Дэвид Лаван (David LaVan) из американского Национального института стандартов и технологий (NIST).

Эти исследователи разработали сложные численные модели перемещения ионов через клеточные структуры и сравнили их с ранее полученными данными об электрических клетках.

А далее учёные разработали модели искусственных клеток, позволяющие улучшить выходные параметры, против природного аналога. В частности, один из таких проектов сулит рост пиковой мощности на 40%, а второй – на 28%.

Скопировав "боевые" клетки угрей, можно создать крошечные генераторы для нетребовательных к мощности имплантатов или иных небольших устройств. Так рассуждают Сюй и Лаван.

Они высчитали, что слои искусственных клеток, уложенных в куб со стороной чуть более четырёх миллиметров, способны будут производить непрерывную мощность около 300 микроватт.

Отдельные компоненты таких искусственных клеток, в том числе мембраны и ионные каналы, можно построить из сконструированных протеинов, которые уже продемонстрированы другими исследователями.

Источником энергии для таких биогенераторов, как и для природных аналогов, послужит аденозин трифосфат, синтезируемый из сахаров и жиров, имеющихся в организме, при помощи бактерий или митохондрий.

В теории это всё реализуемо. Вопрос лишь в достижимом тем или иным способом фактическом уровне мощности. Обойдёт ли угорь-генератор прочие варианты?

"В космосе никто не услышит вашего крика", — этот жуткий слоган из рекламы фильма "Чужой" вспоминается, когда знакомишься с результатами новой работы биологов. Только речь в ней не о фантастическом ксеноморфе, а о настоящей твари со дна морского. Мурена — существо и так небезобидное, но оказалось, что оно кое в чём может сравниться хоть с Чужим. Хоть со Своим.

У некоторых созданий не самого гуманного склада ума и славящихся пристрастием к пище животного происхождения зубы располагаются в несколько рядов. Акула — хороший пример. Картина зловещая — с этим согласится, пожалуй, даже тот, кто и акулы-то никогда не видел.

Впрочем, бывают и более монструозные картины. Например, картина "Чужой" (Alien) британского режиссёра Ридли Скотта (Ridley Scott) и вправду намного непригляднее. А уж один из персонажей — ксеноморф (xenomorph), которого все мы привыкли звать по-свойски Чужим, вообще — сущий кошмар.

Образ этого страшилища — кровожадного и безмозглого инопланетянина — некогда выдумал Ханс Рудольф Гигер (Hans Rudolf Giger) — талантливый художник и скульптор из Швейцарии. Для его творчества в целом характерны подобные мрачноватые мотивы, но никто и не думал, что на свете может водиться хоть что-то похожее.

Но недавно биологи из университета Калифорнии в Дэвисе (University of California, Davis) Питер Уэйнрайт (Peter C. Wainwright) и Рита Мета (Rita S. Mehta) поведали, что "чужеподобная" зверюга давным-давно живёт на Земле.

Это существо всем известно — мурена, хищная рыба со змеевидным телом без плавников и чешуи, достигающим трёх метров в длину. Особенность мурен, о которых мы сейчас расскажем, как вы уже догадываетесь, связана с зубами.

У этих морских жителей зубы располагаются не вполне обычным образом — сразу на двух парах челюстей. Причём одна пара находится "где надо", а другая — в области глотки. Естественно, дополнительная пара неплохо помогает проталкивать еду в пищевод (так как находится довольно далеко от ротового отверстия) и заодно размельчать её.

Питера Уэйнрайта и Риту Мета очень заинтересовала эта анатомическая черта, и они, будучи по природе старательными ихтиологами, принялись тщательно её изучать. Они использовали много разных исследовательских методов, включая кое-что из тяжёлой артиллерии, в частности, рентгенографию.

Делали они это всё не зря: выяснилось несколько крайне интересных моментов.

Так, оказалось, что мышцы мурены выдвигают глоточную челюсть далеко вперёд — до уровня "обычных" челюстей. Сразу же напрашивается сравнение с Чужим, о котором мы и так много сказали. У того видеочудища, также не отличавшегося пристрастием к фруктам и зелени, тоже были некие маленькие "вторые челюсти" которые выдвигались вперёд.

Так как у мурены выдвижение внутренних челюстей происходит в процессе питания, то получается, что у неё они намного практичнее, чем у Чужого, который умел пользоваться ими, только чтобы пугать несчастных киношных астронавтов. Интересно, помогло бы такое преимущество этому хищнику победить Чужого в какой-нибудь стычке?

Трудно сказать. Ведь Чужого, бродившего по коридорам космического корабля, мало чего стесняло. А вот мурене жить тесновато — она обычно ютится в расщелинах подводных скал или коралловых рифов. Из-за этого она не в состоянии делать некоторые простые вещи.

Например, она не может сцапать какую-нибудь зазевавшуюся рыбёшку или задумавшуюся креветку так же легко, как это делают многие другие водные хищники. В основном рыбы, кушая других рыб, стараются их всосать в себя вместе с водой. Это надёжный метод, проверенный тысячелетиями, которым пользовался ещё древний морской суперхищник.

Чтобы поймать таким образом жертву, нужно очень быстро раскрыть челюсти. Из-за этого в ротовой полости у рыбы давление резко падает, и под гнётом окружающей воды незадачливая пища мигом "влетает" в рот, даже не успев произнести последнее желание.

Однако, как мы сказали, жилище у мурен не ахти какое просторное — там не хватает места даже для того, чтобы как следует распахнуть пасть. Поэтому, чтобы не помирать с голоду, мурены и придумали (при некоммерческой поддержке эволюции) альтернативный способ надёжной ловли еды — выдвигающимися челюстями.

Разница лишь в том, что корм им вовнутрь попадает не под водяным напором, а под действием мышц, тащащих за собой глоточные челюсти, крепко сжимающие добычу.

Чтобы обед раньше времени не убежал, его удерживают загнутые зубы вторичных челюстей. А чтобы имелась возможность глотать крупную дичь, верхняя вторичная челюсть состоит из двух отдельных костей, расходящихся в стороны под нагрузкой.

Раньше о механизме укуса мурен людям было почти ничего неизвестно. Ну, кроме того, что мурена может этих самых людей неслабо погрызть. Так что и наука о челюстях этих зверей мало чего знала.

А в итоге работы Уэйнрайта и Мета появилась информация об удивительном быстродействии мышц, выдвигающих и задвигающих обратно глоточные челюсти. Как удалось выяснить благодаря многочисленным лабораторным видеосъёмкам, схваченный задними челюстями мурены провиант исчезает в ней прямо-таки мгновенно! Биологи утверждают, что исследование этого умения мурен было проведено впервые.

Любопытно, что когда-то о муренах человечество знало очень мало. И Владимир Даль, знаменитый составитель того самого словаря, считал, что мурена — это всего лишь "морская рыба", "похожая на хвостатую камбалу". А теперь оказалось, что она ещё похожа и на ужасную тварь из страшного кино. Обидно, что Даль так и не успел его посмотреть.