Большая восковая моль. Пчелиная огневка
Ежегодно утилизируются тонны перьев с птицефабрик. Однако благодаря содержащемуся в них белку они могут стать ценным продуктом питания, считают биотехнологи из Лундского университета в Швеции. Они придумали, как превратить отходы с птицефабрик в источник полезных веществ. О способе рассказывается в пресс-релизе на сайте университета.
«Если мы продолжим истощать ресурсы Земли и заваливать ее мусором так, как делаем это сегодня, нам понадобится 1,6 планеты, чтобы выжить. Но у нас есть лишь Земля. Так что мы должны найти новые разумные и творческие способы повторного использования отходов», — рассказывает профессор Раджни Хатти-Каул.
Хатти-Каул обнаружила на одной из птицеферм штамм бактерий, способных перерабатывать содержащийся в перьях белок (перья, как и волосы, ногти, чешуя, клювы и копыта, состоят в основном из кератина) в усваиваемые организмом аминокислоты. Вместе с коллегами она улучшила штамм, сделав переработку максимально эффективной.
Таким образом, микроорганизмы не просто помогут справиться с излишком мусора, а превратят его в полезный продукт питания.
«Если добраться до аминокислот, которые образуются при распаде белков, их можно эффективно использовать в кормах для животных или даже человеческой пище», — рассказала Хатти-Каул в интервью шведскому каналу SVT .
«В кормах для животных перья смогут заменить рыбную муку и соевый белок», — поясняет исследователь Мухаммад Ибрагим.
Плюс такого подхода в том, что при нем не требуется использовать какие-либо химикаты, что положительно скажется как на окружающей среде, так и на стоимости продукта. Из килограмма перьев можно получить до 900 грамм белка.
Микроорганизмы способны перерабатывать практически любые отходы с птицефабрик и скотобоен, включая рыбную чешую, но для начала исследователи решили сфокусироваться на перьях.
Процесс производства пищи из перьев чрезвычайно прост. Их необходимо поместить в контейнер с солевым раствором и бактериями. Чтобы микроорганизмы смогли размножаться, также следует поддерживать определенную температуру и кислотность. Спустя некоторое время бактерии превратят содержимое контейнера в питательный раствор.
Пока что исследователи планируют делать из перьев корм для животных, но в перспективе они могут оказаться и в наших тарелках.
«В будущем всех нас ждет нехватка белка, уже сейчас активно говорят о получении его из насекомых, — поясняет Хатти-Каул. — Так что перья могут стать важным источником белка для людей. Однако начнем мы с корма для животных».
Ранее в этом году ученые уже призвали людей обратить внимание на альтернативные источники белка - например, вместо мяса. По их расчетам, продукция из сверчков и личинок мучных жуков не только позволит получать достаточное количество белка, но и значительно сократит выбросы парниковых газов благодаря уменьшению площади сельскохозяйственных угодий.
Замена половины потребляемого в мире мяса позволит сократить площадь сельскохозяйственных угодий на треть.
Также для этой цели отлично подходят и соевые продукты, например, тофу, так как для их производства требуется намного меньше земель и энергии. А вот синтетическое мясо пока что менее выгодно с точки зрения затрат ресурсов, чем, например, разведение кур — его производство требует столько же места при больших затратах энергии.
Далеко не у каждого вид жареных червей и сверчков вызовет аппетит. Специалисты центра технических исследований VTT в Финляндии эту проблему, создав порошковые пищевые ингредиенты из сверчков и мучных червей. Их структура и вкус вполне подойдут для приготовления фрикаделек или фалафеля.
Использованный VTT метод сухого фракционирования позволяет производить порошки из насекомых с разными вкусами и разной грубостью помола:
при более мелком порошок будет содержать маленькие кусочки хитина и иметь ярко выраженный вкус мяса, при более грубом вкус будет мягче, а кусочки хитина — больше.
Перед обработкой из насекомых удаляют жир. Таким образом, конечный продукт содержит до 80% белка. Порошок протестировали, заменив им 5-18% ингредиентов фрикаделек и фалафеля. Даже небольшая добавка порошка из насекомых в фалафель увеличивала содержание белка в нем в три раза.
Справиться с загрязнением окружающей среды помогут и насекомые. Этой весной ученые о гусеницах, способных питаться пластиком и пожирающих его с небывалой скоростью.
Сотня личинок большой восковой моли, врага европейских пчеловодов, оказалась способна слопать 92 мг полиэтилена за 12 часов.
Открытие было сделано случайно. Одна из исследовательниц, увлекающаяся пчеловодством, чистила ульи от личинок моли, которые питаются воском. Она собрала гусениц в пакет, но те довольно быстро выбрались из него и расползлись по комнате. Дальнейший анализ выявил, что даже коконы, которые образуют гусеницы, способны разлагать полиэтилен при контракте с ним.
Переваривание воска и пластика включает разрушение в организме насекомых одних и тех же химических связей, поясняют исследователи. Воск — это полимер, химическая структура которого имеет сходство со структурой полиэтилена.
Одним из опасных вредителей и переносчиков возбудителей болезней пчел на пасеках является большая (G. mellonella) и малая (A. grisella Fabr.) восковая моль (пчелиная огневка, клочень, мотылица, шашель). Они встречаются там, где есть пчелы. Восковая моль выделяет фермент церазу, способный расщеплять пчелиный воск. Гусеницы восковой моли питаются воском. Причем они предпочитают темные соты, содержащие большое количество рубашечек, а не светлые, недавно отстроенные.
По данным многих исследователей, одна самка восковой моли за период жизни откладывает от 400 до 18 тыс. яиц. Выходящие из яиц гусеницы пожирают воск, пергу. Каждая гусеница за период развития потребляет около 0,5 г воска и портит более 50 ячеек. Поколение одной самки восковой моли за одно лето может уничтожать до 32 кг воска, в то время как одна сильная пчелиная семья даже при постоянном взятке может выработать за это же время только 7,5 кг воска. Установлено, что три поколения пяти пар моли при благоприятных условиях размножения могут съесть около 500 кг суши, содержащей 300 кг чистого воска.
Цикл развития восковой моли продолжается 47 дней (яйцо - 8 дней, личинка - 30, куколка - 9 дней). Самка живет 7-12 дней, а самец - 10-26 дней. Взрослые насекомые живут за счет питательных веществ, накопленных ими в фазе личинки. Через 8 дней после откладки из яйца вылупляется личинка (гусеница), которая начинает усиленно питаться, разрушая соты. Гусеницы проделывают в сотах характерные прямолинейные ходы, заполняющиеся паутиной, являющейся продуктом жизнедеятельности восковой моли, и через 2-3 дня разрушают весь сот (рис. 9). Позднее они нападают на соты с расплодом пчел и часто, проделывая свои ходы, так оплетают в ячейках куколок пчел, что приводят их к гибели.
Рис. 9. Гусеницы восковой моли полностью уничтожили соты в пчелином гнезде: вверху - вид сверху; внизу - вид сбоку.
Иногда они не трогают соты, а только с поверхности поедают крышечки запечатанного расплода. Наблюдаются целые ряды распечатанных ячеек с ясно видными белыми куколками пчел внутри, которые можно принять за гнильцовые поражения расплода. При сильном развитии восковой моли пчелы покидают улей и отыскивают новое жилье (рис. 9).
Особенно часто восковая моль встречается на тех складах и пасеках, где не соблюдают ветеринарно-санитарных правил хранения воска и своевременно не перетапливают старые соты на воск. Поэтому при каждом очередном осмотре нужно удалять из ульев мусор и сжигать его. Нельзя оставлять в ульях лишние рамки, соторамки, непригодные для дальнейшего использования, а обломки суши и вощины необходимо своевременно перерабатывать на воск.
Одновременно для борьбы с восковой молью применяли нафталин, окуривали соты цианистым калием, сернистым газом, но все эти средства оказались неэффективными.
За рубежом, по сообщению А. И. Рута и др., для борьбы с восковой молью используют карбондисульфид и парадихлЮрбензол. Но вследствие того, что названные препараты не действуют губительно на яйца моли, их необходимо применять повторно через 10-15 дней для уничтожения отрождающихся иЯAюСнAЦСпСнок.
Пары уксусной кислоты губительно действуют на бабочек, куколок и личинок восковой моли, но не уничтожают яйца.
По сообщению Михаэля (1964), в борьбе с восковой молью эффективна смесь, состоящая из 11% окиси этилена и 89% пропилента-12. В течение 30 минут насекомые погибают на всех стадиях развития. Таким же действием обладает бромистый метил (газ) в дозе 32 г на 1 м 3 при экспозиции в течение 24 часов.
Но применять бромистый метил в чистом виде экономически невыгодно, так как он дорого стоит. Поэтому для уничтожения большой восковой моли на всех стадиях ее развития рекомендуется применять газ «ОБ» или бромистый метил. Причем гибель яиц и куколок восковой моли, как наиболее устойчивых, достигается при воздействии газа «ОБ» в дозе 30 мг/л в течение 10 часов.
Обработку соторамок проводят следующим образом. Готовят специальную площадку: часть территории очищают от травы и смачивают водой (для предотвращения излишней утечки газа). Соторамки складывают в ульи по 12-13 штук, устанавливают их на деревянные брусья на площадке, вокруг выкапывают канавку глубиной 10-15 см и шириной 15-20 см. Сверху ульи покрывают полиамидной пленкой марки ПК-4, края ее опускают в канавку, присыпают землей и утрамбовывают. Из баллона через резиновый шланг пускают газ. В месте подвода резинового шланга под пленку в него вставляют металлическую трубку длиной 10 см, чтобы не произошло сдавливания шланга. Газ «ОБ» вводят в дозе 30-50 г, а бромистый метил в дозе 50-100 г на 1 м 3 при температуре 18-22°. После определенной экспозиции пленку снимают и соты проветривают на воздухе в течение 10 часов. При воздействии газом «ОБ» в дозе 50 г соторамки выдерживают под пленкой в течение 10 часов, а при обработке бромистым метилом в дозе 80 г на 1 м 3 - в течение 24 часов при одноразовой обработке. Погибают яйца, куколки, личинки и взрослые особи восковой моли. Такая обработка не влияет отрицательно ни на пчел, ни на расплод.
Обрабатывать соты газами в условиях пасек можно, кроме способа, описанного выше, в любой герметической камере, даже в полиэтиленовых мешках.
Применять газы «ОБ» и бромистый метил удобнее и экономически выгоднее, чем пары уксусной кислоты, широко используемые на пасеках.
Обработку парами уксусной кислоты необходимо через 8-12 дней повторить, чтобы уничтожить отрождающихся из яиц личинок моли. Обработка же бромистым метилом и газом «ОБ» однократная, а следовательно, она менее трудоемкая. Кроме того, при обработке газом «ОБ» и бромистым метилом выдерживать соты под пленкой нужно соответственно в течение 10 и 24 часов, а при применении уксусной кислоты - трех суток.
Необходимо помнить, что восковая моль может разрушать и обработанные соты, поэтому после дегазации их нужно хранить в условиях, предупреждающих ее появление.
Вообще всю запасную сушь и соты на пасеках рекомендуется подвергать профилактической обработке газами против восковой моли и других вредителей воска и перги.
После дегазации сухие соты можно помещать в полиэтиленовые мешки. В такой упаковке соты хорошо сохраняются в обычном складском помещении.
Бабочка под названием большая восковая моль (Galleria mellonella) пользуется дурной славой среди пчеловодов: ее гусеницы живут в пчелиных ульях, питаются медом, пергой и воском, в буквальном смысле съедая соты и заодно повреждая пчелиный расплод.
Но у восковой моли есть и крайне полезное свойство: исследователи из Кембриджа и Института биомедицины и биотехнологии Кантабрии обнаружили, что гусеницы G. mellonella едят полиэтиленовые пакеты. Выяснилось это случайно: Федерика Берточчини (Federica Bertocchini), один из соавторов статьи в Current Biology, чистила свои ульи от гусениц моли, складывая их в пластиковую сумку - и через какое-то время вся сумка была буквально изрешечена дырами. Никто, кроме гусениц, не мог их проделать.
Тогда их уже специально посадили на полиэтиленовый материал, чтобы понять, насколько усердно они его разрушают. Результат превзошел все ожидания: сто гусениц большой восковой моли за 12 часов уничтожили 92 мг полиэтилена. По словам авторов работы, насекомые работают в этом смысле даже эффективнее специальных бактерий, способных уничтожать пластмассы.
Расщепляя полиэтилен, гусеницы G. mellonella превращают его в этиленгликоль - вещество без цвета и запаха, сладковатое на вкус и ядовитое; впрочем, гусеницы, по-видимому, от него никак не страдали. Любопытно, что полиэтилен разрушали не только гусеницы: куколка, которая просто лежала на полиэтилене, вскоре проделывала в нем дыру; очевидно, расщепляющий фермент просто выходил наружу через ее покровы. Эксперимент с куколками, кстати, показал, что насекомые действительно расщепляют полиэтилен, а не просто прогрызают в нем отверстия. Химическая структура полиэтилена похожа на химическую структуру пчелиных восков, так что, наверно, можно было ожидать, что личинки восковой моли, питающиеся воском в ульях, смогут одолеть и этот искусственный полимер.
Теперь перед исследователями стоит задача понять, что за фермент - или набор ферментов - позволяют гусеницам и куколкам G. mellonella разрушать полиэтилен, и что именно там происходит с химической точки зрения. Возможно, что насекомые сами синтезируют необходимые ферменты, но возможно, что в расщеплении полимеров им помогают какие-нибудь симбиотические желудочно-кишечные бактерии. Тут стоит напомнить, что полиэтилен, в который сейчас упаковывают все и вся, в Европе составляет 40% от всех пластмасс, и 38% - от всего пластика, который можно найти на мусорных свалках. Он необычайно устойчив, очень долго разлагается (разные виды полиэтиленов распадаются естественным путем за время от ста до четырехсот лет), так что понятно, почему огромная полиэтиленовая масса составляет серьезную экологическую проблему. И не исключено, что проблему эту удастся решить как раз с помощью большой восковой моли.
Традиционно, по субботам, мы публикуем для вас ответы на викторину в формате «Вопрос - ответ». Вопросы у нас самые разные как простые, так и достаточно сложные. Викторина очень интересная и достаточно популярная, мы же просто помогаем вам проверить свои знания и убедиться, что вы выбрали правильный вариант ответа, из четырех предложенных. И у нас очередной вопрос в викторине - Что способны делать гусеницы большой восковой моли?
- Вырабатывать электричество
- Считать до трех
- Превращать графит в алмаз
- Разлагать полиэтилен
Правильный ответ Д. Разлагать полиэтилен
Ученые нашли гусеницу, которая перерабатывает полиэтилен. Как она это делает, никто не знает.
В научном журнале Current Biology вышла статья о том, что гусеницы восковой моли, по всей видимости, могут переваривать полиэтилен. И не просто пережевывать и выводить из организма естественным путем, а перерабатывать в другие вещества. Ученым и до этого были известны подобные организмы, но все они перерабатывают полиэтилен очень медленно. А сотня гусениц восковой моли может справиться с 92 миллиграммами полиэтилена за 12 часов.
Полиэтилен является одним из самых распространенных видов пластика и служит в основном для производства упаковки. Ежегодно в мире используется около триллиона полиэтиленовых пакетов и их утилизация представляет собой серьезную проблему. Так, в странах Европейского союза только четверть пластиковых пакетов перерабатывается, 36 процентов - сжигается, а остальные пакеты люди просто выбрасывают, тем самым нанося ущерб окружающей среде.
Личинка восковой моли или огневка известна тем, что обладает ферментами способными перерабатывать воск. А, как известно, воск не перерабатывается ничем. Но недавно открыли, что воск не единственное, что перерабатывает эта личинка. Она так же может перерабатывать и пластик. Это настоящий прорыв в сфере утилизации пластиковых отходов...
Большие гусеница Galleria mellonella могут перерабатывать полиэтилен — один из наиболее широко используемых и самых трудно перерабатываемых и потому особенно вредных для экологии планеты материалов.
Гусеницы. Что мы знаем о них? Кто-то скажет, что они милые - гусеницы превращаются в бабочек, другие будут говорить о том, что от этих насекомых необходимо избавляться - они могут причинять массу хлопот и неприятностей садоводам. Но, оказывается, что они могут быть очень и очень полезны - именно гусеницы, как выяснилось, могут помочь нам улучшить экологию планеты защитив ее от загрязнения пластиком.
Как и многие великие открытия и изобретения, это открытие - собственно, о том, что гусеницы могут есть пластик, произошло случайно. Биолог Федерика Бертоккини из испанского Института биомедицины и биотехнологий в Кантабрии, увлекалась пчеловодством. Для удаления вредителей на своей пасеке она использовала полиэтиленовый пакет. А вредителями как раз были гусеницы Galleria mellonella, которые часто атакуют ульи и поедают мед и воск. Бертокини забыла гусениц в пакете и через некоторое время с удивлением обнаружила, что в пакете появились дыры. Она связалась с коллегами из Кембриджского университета, Паоло Бомбелли и Кристофера Хоу, сообщает Washington Post, который цитирует слова последних: «Как только мы увидели дыры, реакция была немедленной: нам необходимо исследовать этот факт и понять, как так произошло».
Отметим, что гусеницы - не первые живые существа, которых «заподозрили» в поедании пластика: недавно было обнаружено, что у бактерий и мучных червей есть аппетит к подобному угощению, но они не могут перерабатывать пластик с такой скоростью как Galleria mellonella! Учитывая абсолютно безумную скорость, с которой гусеница пожирает пластиковые пакеты, это очень интригует и обнадеживает: только в Америке мы используем около 102 миллиардов пластиковых пакетов в год, а в мировом масштабе мы ежегодно используем триллион пластиковых пакетов! При этом, около 38 процентов пластика выбрасывается на свалку, где он может разлагаться в течение 1000 лет и более.
Не удивительно, что команда начала исследовать свойства восковой гусеницы, питающиеся пластиками. Эксперимент был прост - ученые взяли два одинаковых пакета и «предложили» для поедания гусеницам Galleria mellonella и бактериям, упомянутым выше. Первые дыры в пакете, который ели гусеницы появились через 40 минут. А уже через 12 часов они уменьшили массу пакета на 92 мг, при этом бактерии могут разлагать пакеты в объеме порядка 0,13 мг в день.
«Если один фермент ответственен за этот химический процесс, то его воспроизводство в больших масштабах с использованием биотехнологических методов должно быть более чем реальным», — говорит Бомбелли. «Это открытие может быть важным инструментом, который поможет планете избавиться от отходов полиэтилены, накопленных на свалках и в океанах».
По мнению ученых, способность гусеницы перерабатывать пластик может быть обеспечена ее пристрастием к поеданию пчелиных сот.
«Воск — это полимер, своего рода «натуральный пластик», и он имеет химическую структуру, похожую на структуру полиэтилена», — говорит Бертоккини.
«Гусеницы не просто едят пластик без изменения его химического состава. Мы показали, что полимерные цепи в полиэтиленовой пленке фактически разрушаются восковыми червями», — говорит Бомбелли. Черви трансформировали полиэтилен в этиленгликоль. Возможно, в слюнных железах или симбиотических бактериях в кишечнике гусеницы есть ферменты, способные на это. Следующими шагами для нас будет попытка идентифицировать молекулярные процессы в этой реакции и посмотреть, можем ли мы выделить фермент, ответственный за распад пластика».
Это означает, что проблема пластика может быть решена не просто разведением миллионов гусениц на свалках, а в разработке крупномасштабного биотехнологического решения, на основе на принципах поедания пакетов гусеницами.
«Мы планируем превратить результаты наших исследований в жизнеспособный способ избавить планету от пластиковых отходов, — говорит Бертокини, — Это может стать рабочим решением, которое поможет спасти наши океаны, реки и всю окружающую среду от неизбежных последствий накопления пластмасс».
