Взрослые гусеницы, готовые к окукливанию, имеют длину от 7,5 до 10 см. Они содержат лишь незначительное количество гемолимфы, которая обычно свертывается в течение нескольких секунд, что затрудняет изучение обычными методами. Ученым пришлось разработать новые методы для исследования и работать быстро. Исследователи удерживали гусениц в пластиковом рукаве и наносили легкие раны на одну из ножек каждой гусеницы через окошко в этом рукаве. Затем они касались капающей гемолимфы металлическим шариком. Когда шарик отодвигался, образовывался гемолимфатический «мостик» (около 2 мм в длину и 100 микрометров в ширину), который впоследствии сужался и разрывался, образуя капли. Ученые снимали это с помощью камеры с высокой частотой кадров и макрообъектива, чтобы детально изучить их.
Эти наблюдения показали, что в течение первых пяти секунд после нанесения раны гемолимфа вела себя аналогично воде. Технически — как ньютоновская жидкость малой вязкости. Но в течение следующих 10 секунд гемолимфа претерпела заметные изменения: она не разрывалась мгновенно, а образовывала длинный мост за падающей каплей. «Кровотечение» полностью прекращалось через 60–90 секунд после того, как на ране образовывалась корка. Ученые дополнительно поместили никелевый наностержень длиной 10 микрометров в каплю свежей гемолимфы. Когда вращающееся магнитное поле заставляло наностержень вращаться, его задержка относительно магнетизма показывала способность гемолимфы удерживать стержень за счет вязкости.
Оказалось, что уже через несколько секунд после выхода из организма гемолимфа гусеницы из маловязкой превращается в вязкоупругую жидкость. Примером вязкоупругой жидкости может служить слюна. Когда мы размазываем каплю слюны между пальцами, она кажется вязкой, как вода. Однако наличие в слюне крупных молекул, таких как муцины, позволяет ей формировать мостик при раздвигании пальцев. Поэтому более точное описание слюны будет «вязкоэластичная» — она ведет себя как вязкая при сдвиге и эластичная при растяжении.
Ученые использовали оптическую фазово-контрастную и поляризационную микроскопию, рентгеновскую визуализацию и моделирование материалов для изучения клеточных процессов, посредством которых гемоциты агрегируются, образуя корку на ране. Они изучали не только табачных бражников и их гусениц, но и 18 других видов насекомых.
Результаты исследования показали, что гемолимфа всех изученных видов реагирует одинаково на сдвиг. Однако ее реакция на растяжение существенно отличается в зависимости от наличия гемоцитов в гемолимфе. У гусениц и тараканов, у которых гемолимфа богата гемоцитами, капли гемолимфы при растяжении формируют мостики. В то же время у взрослых бабочек и мотыльков, чья гемолимфа содержит меньше гемоцитов, капли гемолимфы мгновенно разрываются при растяжении. Ученые пришли к выводу, что ключевую роль во всех этих процессах играют гемоциты. Но почему гусеницам и тараканам нужно больше гемоцитов, чем взрослым бабочкам и мотылькам, до сих пор неизвестно.
Превращение гемолимфы в вязкоупругую жидкость, по-видимому, позволяет втянуть капли обратно в рану за несколько секунд. Открытие ученых могут помочь разработать быстродействующие загустители человеческой крови. Точную биохимию копировать не обязательно, достаточно сосредоточиться на разработке лекарств, которые могли бы превращать кровь в вязкоупругий материал, останавливающий кровотечение.
