Опасные связи

Представьте себе освещенную косыми лучами солнца тучу, которая достигает пяти километров в длину и двух — в ширину. Колыхаясь словно огромный занавес, сжимаясь и расширяясь, она движется над одной из африканских стран в метрах трехстах от земли со скоростью товарного поезда. С правой стороны от тучи несется по земле ее черная тень. И словно предчувствуя беду, как перед солнечным затмением, беспокоятся, мечутся, не находят себе места животные: несутся галопом и громко ржут лошади, мычат коровы, забиваются в укрытия и повизгивают от страха собаки. А туча, растянувшаяся вдаль насколько хватает глаз, начинает медленно опускаться вниз, словно скользя по наклонной плоскости. Живая туча — саранча. Кажется, что сам воздух заполнился вокруг чудовищной дробью миллионов барабанчиков ярко-розовых насекомых. Там, где приземлилась саранча, уже не видно зелени полей, лугов, садов. Землю словно укутал яркий шевелящийся ковер, и как розовые призраки поднимаются над ним лишенные зелени кусты и деревья, согнувшиеся под тяжестью чудовищных живых гроздьев.

Считалось, что ни одно растение, попавшее в зону деятельности саранчовой тучи, не избежит гибели. Но вот сравнительно недавно исследователи, работавшие в Кении, обнаружили, что после опустошающих набегов полчищ саранчи из всей растительности саванны выживал единственный вид — дубровка Ajuga remota. Случайное событие или открытие? Энтомологи не отвернулись от обнаруженного факта, не прошли мимо. Оказалось, что всеядная саранча обходит это растение, подобно тому как птицы почти безошибочно отличают съедобных насекомых от ядовитых и не трогают не только последних, но и тех, которые, используя мимикрию, маскируются под них.

Из дубровки Ajuga remota приготовили экстракты и стали кормить ими насекомых. В результате их развитие протекало ненормально. Оказалось, например, что из личинки травяной совки, если она питалась экстрактом, развивалась химера — аномальная куколка с тремя «головами». При метаморфозе личинки в куколку, по данным исследователей, образовывалась не одна, а несколько головных капсул. Лишние головные капсулы закрывали ротовой аппарат, так что личинка не могла есть и гибла от голода.

Ни зубов, ни рогов, ни копыт! Но растение защищалось, и небезуспешно, с помощью химических соединений, которые нарушали процесс превращения личинки в куколку. Эти вещества растения имитируют гормоны личинки.

В какой-то период развития дубровки Ajuga remota природа пошла по пути, которым впоследствии воспользовались энтомологи и химики, специалисты по защите растений, создавая синтетические аналоги феромонов.

Имитация гормонов насекомых-вредителей — один из сложных способов защиты, которые встречаются у растений. О существовании гормонов у насекомых было известно давно, но при работе с насекомыми из-за их малых размеров требовалось поистине ювелирное хирургическое мастерство. Например, приходилось соединять кровеносные системы двух личинок (нимф) кровососущего клопа тонким стеклянным капилляром. Энтомологам пришлось разработать немало остроумных приспособлений и методов исследований. С их помощью удалось установить, что у насекомых, как и у млекопитающих, многие процессы связаны с гормональной регуляцией: обмен веществ, размножение, пищеварение. Кроме того, у многих насекомых «под контролем» гормонов находится процесс, который отсутствует у млекопитающих. Это — метаморфоз. Метаморфоз — один из первых процессов, зависимость которого от гормонального контроля была указана.

Был обнаружен и выделен гормон линьки — экдизон. Оказалось, что некоторые растения вырабатывают его аналоги. С их помощью воздействуют на гормональную систему шестиногих. В настоящее время, как установили сотрудники Института химии растительных веществ АН УзССР, известно около 50 экдизонов, составляющих самостоятельную группу природных соединений — полиоксистероидов. В зависимости от количества углеродных атомов экдизоны разделяют на три группы: С₂₇, С₂₈, С₂₉, в зависимости от источника выделения их называют зоо- или фитоэкдизонами.

Содержание экдизонов в растениях от 0,01 до 0,1% в пересчете на сухой вес. Эти цифры на несколько порядков превышают концентрацию экдизонов, выявленных у насекомых. Так, в Японии на содержание веществ, действующих подобно экдизону, проверено 1056 видов высших растений, 40 из них содержали активные вещества. В Голландии из 120 кг веток тисса получено около 10 г активного вещества. Это в 5000 раз больше, чем у куколок шелковичных червей, из которых в свое время было получено несколько миллиграммов данного гормона. Содержание экдизонов неодинаково в различных частях растения. Например, в соцветиях дикорастущей серпухи, листьях, в стеблях они были найдены, в корнях — отсутствовали.

Необходимо отметить, что до настоящего времени роль фитоэкдизонов в растениях почти не изучена. Известно только, что эти вещества выполняют защитную роль по отношению к растительноядным насекомым.

Изучение фитоэкдизонов начинают с установления гормонально-личиночной активности сырых экстрактов из растения. Затем из сырых экстрактов различными методами (хроматография на колонках с ионообменной смолой) выделяют суммарную фракцию экдизонов, разделяемую далее на индивидуальные компоненты.

Проведены исследования по практическому использованию экдизонов в качестве пестицидов. Они вызывают гибель личинок рисовой огневки, уничтожают гусениц капустной белянки и мучных хрущаков, высокоэффективны в борьбе с комнатными мухами.

«Ах, картошка — объеденье!»

Была такая популярная песня у пионеров 30...40-х годов: «Ах, картошка — объеденье, пионеров идеал. Тот не знает наслажденья, кто картошки не едал». Естественно, речь идет о культурном картофеле, но он, к сожалению, «неженка»: подвержен вирусным заболеваниям и другим болезням, чувствителен к многочисленным насекомым-вредителям. Иное дело — дикий картофель. Он устойчив ко многим из них. Исследователи, работающие на Ротемстедской опытной станции (Великобритания) задались вопросом: что обеспечивает его устойчивость? Стебель и листья у дикого картофеля покрыты крошечными железистыми волосками двух типов; ранее полагали, что с помощью этих волосков и их липких выделений растение просто механически обезвреживает вредителей, в частности тлей. Оказалось, однако, что способ, которым дикий картофель борется с тлями, более изощрен. Волоски одного типа выделяют углевод, который у тлей является основным компонентом феромона, выполняющего роль сигнала опасности. Получается, что растения как бы маскируются химически под тлю, предупреждающую сородичей о необходимости держаться подальше. В спиртовом экстракте листьев дикого картофеля был обнаружен «фальшивый» феромон.

Оказалось, что среди тех углеводов, которые содержатся в экстракте листьев дикого картофеля, но отсутствуют в экстракте из культурного картофеля, один представляет собой феромон тлей. Он содержится в липких капельках на кончиках волосков. Для того чтобы показать, что вещество достаточно летуче и может воздействовать на тлей, исследователи собрали воздух над неповрежденными листьями, пропустили его через растворитель пентан и измерили количество феромона, растворившегося в пентане. Из 20 мл воздуха было получено около 5 · 10^–8 г феромона. В такой концентрации он уже вызывал у тлей соответствующую реакцию. Сотрудники лаборатории в Ротемстеде показали это в прямом эксперименте. Листья дикого картофеля положили в шприц и сделали так, чтобы воздух из него выходил на расстоянии 1 см от колонии бескрылых тлей. Тли разбежались, продемонстрировав такое же поведение, как и в присутствии настоящего феромона. Воздух из пустого шприца или шприца, наполненного листьями культурного картофеля, этого эффекта не имел.

Если бы удалось скрестить дикий картофель с культурным картофелем и передать последнему способность секретировать феромон, то это помогло бы уменьшить потери урожая картофеля из-за тлей, которые высасывают из растений сок, а также, что еще важнее, из-за вирусов, которых разносят эти насекомые.

Общество «взаимных услуг»

Удивительные примеры симбиоза являет нам природа. Как на суше, так и в водной среде.

Пока еще не получившее аргументированное объяснение сожительство наблюдается и у некоторых «ловчих растений» и насекомых. Выгода такого симбиоза для насекомых очевидна. Они используют пойманных растением других насекомых в пищу. Но вот какой прок от этого растению? Ведь симбиоз, или сожительство, предполагает обоюдную пользу. Ответа пока нет...

Вот как протекает «охота за насекомыми» в природе. В Австралии произрастают два вида полукустарников, на которых обитают насекомые-симбионты. Полукустарники имеют узкие листья и стебли, усеянные желёзками. Как и у пиренейских растений-липучек, на листьях австралийских насекомоядных имеются желёзки, сидящие на ножках, и желёзки, которые ножек не имеют. Желёзки выделяют густую и клейкую слизь. К ней прилипают многие мелкие насекомые, но перевариваются ли они растением, не известно. Известно другое: прилипших насекомых поедают многочисленные мелкие клопы, которые живут на листьях-липучках. Каково же предназначение клопов в этом симбиозе? Ученые предполагают, что эти насекомые с помощью сигналов химической природы пользуются растением как «ловчей сетью».

Австралийский полукустарник не оригинален, и подобный ему, — то ли «вегетарианец», то ли «мясоед» — обитает на другом континенте в Южной Африке.

Это кустарник, высотой до 1 м, листья которого усажены железистыми волосками, выделяющими вязкое вещество. Попавшие в слизь насекомые погибают и служат, по-видимому, пищей для одного из видов пауков.