Текст книги "Химический язык насекомых"
Автор книги: Роберт Короткий
Соавторы: Валерий Балаян
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 10 страниц)
ДИАЛОГ ДВУХ ЦАРСТВ
Крылатые опылители
Нам очень нравятся поэтические строчки русского поэта XIX века Аполлона Николаевича Майкова, тонко чувствовавшего родную природу:
Долина вся в цветах.
Над этими цветами
Рой пестрых бабочек —
Цветов
Летучих
рой...
Где чаще всего можно встретить красивых бабочек или крылатых сборщиц меда, майских жуков или божьих коровок? Ответ будет однозначным: конечно, на зеленых кормильцах – растениях.
Насекомые и растения... Многочисленные шестиногие и их зеленые соседи по планете сосуществуют вместе миллионы лет. Растительный мир во всем своем многообразии прекрасно служит мириадам насекомых различных видов. Растения представляют им кров, пищу, выполняют функции «родильного дома» и «детского сада». Днем и ночью растительноядные насекомые – обитатели лесов и полей, садов и огородов – пользуются услугами растительного царства. Пчелы и осы собирают нектар на цветках, тли и клопы сосут сок из листьев и плодов, жуки-короеды пробуравливают стволы лесных великанов, а долгоносики и огневки «лакомятся» созревшими семенами растений.
Многие из этих «нахлебников» не остаются в долгу и приносят пользу растениям. Перелетая от цветка к цветку и унося с собой на ножках или брюшке пыльцу, насекомые способствуют продолжению рода растительных организмов. Только пчелы опыляют около 65% яблоневых цветков.
Пчелы – одни из самых многочисленных представителей перепончатокрылых. В мире насчитывается около 20 тыс. видов пчел. Они распространены повсюду, где есть цветковые растения. Предками современных пчел, по-видимому, были хищные насекомые, подобные одиночным роющим осам, жившие примерно в середине мелового периода (100 млн. лет назад), когда цветковые растения уже заняли доминирующее положение на нашей планете.
Все виды пчел выкармливают своих личинок тестом из пыльцы и нектара цветков. Эволюция этих насекомых неразрывно связана с эволюцией цветковых растений, и, наоборот, существование большинства цветковых (примерно 90%) невозможно без насекомых-опылителей, в основном пчел как медоносных, так и одиночных.
Большинство людей считает, что основные атрибуты жизни этих насекомых – улей и сложная социальная организация особей. В действительности же более 85% видов пчел – не общественные, а одиночные насекомые, у которых каждая самка спаривается с самцом, строит собственное гнездо, состоящее примерно из 10 ячеек, наполняет их пищей для будущих личинок, откладывает туда яйца и умирает, прежде чем ее потомство появится на свет.
Одиночные пчелы предпочитают для своих гнезд и ячеек открытые участки с сухой светлой почвой, освещаемые по утрам солнцем. Эти насекомые строят свои гнезда в земле и смазывают ячейки маслянистой жидкостью. Пчела выделяет ее из специальной железы. Эта ароматическая и маслянистая жидкость пахнет мускусом. Однако встречаются виды земляных пчел, которые для смазывания гнезд «обратились» за помощью к своим друзьям – растениям. Эти насекомые используют своеобразный взяток – смолу растений.
Порой одиночные пчелы образуют большие колонии, в которых насчитываются тысячи, а то и миллионы гнезд. Однако каждая самка строит свое гнездо строго самостоятельно. В августе 1960 г. на крутом невозделываемом склоне берега реки Барыш, притока Суры, недалеко от села Ховрино Ульяновской области, была обнаружена самая большая из известных колоний одиночных пчел, которая занимала площадь около 360 тыс. м² и протянулась на 7 км по берегу реки. Эта колония состояла примерно из 12 млн. гнезд.
Одиночные пчелы опыляют культурные и дикие растения и поэтому играют исключительно важную роль в природных экологических системах.
В 1802 г. натуралист Уильям Керби писал: «Я часто думаю о том, что если бы джентльмены, которые развлекаются химическими экспериментами, направили свое внимание на насекомых, это наверняка привело бы к открытию новых могучих лекарств. Многообразие сильных запахов, которые издают эти мелкие существа, удивительно...»
Действительно, разнообразные запахи служат для пчел и ос средствами связи и защиты. Эти насекомые выделяют в различных комбинациях терпены, альдегиды, кетоны, эфиры и другие едкие и ароматические соединения.
Характерной чертой взаимовыгодного сотрудничества двух царств природы стало опыление. Известный французский ученый, специалист по химической сигнализации насекомых Мишель Барбье считает, что привлечение насекомых душистыми веществами цветов способствует их опылению и служит классическим примером химических взаимодействий между двумя царствами. Однако не всегда источником пищи служат растительные организмы.
Растения-ловушки
Фантаст Герберт Уэллс так описал орхидею «вампир», которая во время цветения сначала одурманивает жертву запахом, а потом якобы высасывает из нее кровь: «Цветы были белые, с золотисто-оранжевыми полосками на лепестках; тяжелый околоцветник изогнулся, и его чудесный голубоватый пурпур смешался с золотом лепестков. Но какой нестерпимый запах! Как душно в оранжерее! Цветы поплыли у него перед глазами. И он упал без сознания». Подобная история, конечно, выдумка. Однако...
Еще в прошлом веке верили, что в тропических джунглях существуют жуткие растения, которые охотятся на животных. В современной научно-фантастической литературе, описывая приключения землян на далеких планетах, писатели-фантасты нередко используют сцены нападения на них плотоядных кустов и деревьев.
Ну хотя бы такую, какую изобразил Роберт Шекли в рассказе «Похмелье». Его герой Пирсен попадает на Венеру: «Зеленая ветка доползла ему до щиколотки. Изогнутый листик очень медленно и нежно ткнулся в мякоть ноги. На миг стало щекотно, но не больно. Почти тотчас же листик сделался красноватым. Растение-кровопийца, подумал Пирсен, ишь ты!»
Действительность, однако, более прозаична. Земные растения-хищники невелики по размерам и питаются мелкими насекомыми. Используя разнообразные приспособления, например липкие листья или плоды-ловушки, привлекательную окраску и тонкий аромат цветов, растения обеспечивают себя «животным белком» и многочисленным потомством. Среди богатой растительности острова Шри-Ланка встречаются зеленые «охотники» за насекомыми-опылителями. Мухи, привлекаемые запахом и расцветкой этих растений попадают в расставленную ловушку из изогнутых волосков, преграждающих выход из «коварного» цветка. Пытаясь выбраться на свободу, пленники опыляют цветоносы, а затем «засовы» отпираются, и насекомые «уносят ноги».
Уникальный животный и растительный мир собрала природа в Южной Америке. Многие, вероятно, помнят, что именно в дебрях этого континента нашли герои романа А. Конан Дойла «Затерянный мир». Впрочем не будем пересказывать этот увлекательный роман. Хотя бы потому, что в глубинах этого материка до сих пор существуют свои «затерянные миры». Это – труднодоступные неизведанные плато в джунглях. Там, естественно, нет ни динозавров, ни их следов, но существуют уникальная флора и фауна. Они сохраняются на плато с незапамятных времен: никем не тронутые, не потревоженные.
В литературе нет упоминания о том, кто первым придумал липкие ленты от мух. Поэтому приоритет следует сохранить за насекомоядными растениями. Клейкие ловушки применяет один из видов растений, произрастающих на Пиренейском полуострове (Португалия, юго-запад Испании) и на Африканском континенте (западное Марокко). Растение встречается в сравнительно сухих местах, чем, впрочем, и отличается от остальных насекомоядных растений. Например, от центральноевропейских видов из семейства росянковых (они преимущественно селятся на болотах) или подобных им обитателей сырых лугов и влажных тропических лесов.
Представьте себе куст почти метровой высоты с шиловидными листьями длиной 30 см (чем не липкая лента?). На листьях рядами расположены сидящие на ножках желёзки. Они выделяют капли слизи. Между ними расположены желёзки без ножек. Эти вырабатывают особые сильнодействующие ферменты, которые превращают жертву в раствор. Сами же желёзки всасывают этот питательный бульон, питая им растение.
Узкие листья этого растения издавна использовались жителями Пиренеев как... мухоловки. И надо прямо сказать, порой с большим эффектом, чем липучки фабричного производства. В теплице на одном таком растении насчитали более 230 мух, пойманных в течение дня.
Интересно, что даже насекомое массой 0,0008 мг вызывает ответную реакцию насекомоядного растения. Предполагают, что ответная реакция возникает не столько из-за давления насекомого на лист, сколько из-за химического раздражения.
Во время проведения опытов насекомых заменяли маленькими кусочками мяса или сыра, которые поедались растением. Зато на хлебные крошки такой же массы оно никак не реагировало.
Способов пленения насекомых много, но во всех случаях действует одно правило: ловушкой плотоядного растения никогда не бывает цветок. Как правило, добычу захватывают листья. Их форма может быть самой разнообразной. Например, описывались растения, ловушки которых напоминали голову змеи. Такой вид можно встретить в США, в штатах Калифорния и Орегон. Есть ловушки в виде сосуда со скользкими краями. Насекомые соскальзывают в нее, как с ледяной горки. Существуют ловушки, похожие на раковины. Створки их захлопываются мгновенно, как у моллюска.
Наблюдая за процессами ловли насекомых растениями, начинаешь понимать, почему на страницах фантастических романов о путешествиях на далекие планеты стойкие и смелые космонавты-разведчики борются с коварными зарослями инопланетных растений, ошибочно принимающими космонавтов и их несъедобные скафандры за представителей... съедобной местной фауны.
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.
Обманутый муравей
В настоящее время муравьи на планете при всем их многообразии представлены одним семейством. Часть видов является общественными насекомыми, часть – может быть отнесена к социальным паразитам других видов муравьев. Однако в меловой период – 70...135 млн. лет назад, когда появились первые цветковые растения и еще жили последние динозавры, существовали близкие к муравьям семейства, представители которых вели одиночный образ жизни.
Интересный диалог можно наблюдать в природе между растениями и муравьями. Симбиоз между южноамериканскими муравьями-ацтеками и некоторыми видами деревьев, например цекропиями, приносит пользу как тем, так и другим. Муравьи находят у цекропии и стол, и дом, питаясь, без вреда для дерева, миллиметровыми выростами, которые образуются у основания каждого листового черешка. В полых наподобие бамбука стволах цекропии муравьи-ацтеки устраивают свои гнезда и «пасут» тлей. В свою очередь, муравьи защищают дерево от других растений – эпифитов. Это слово греческого происхождения и означает растение, которое растет на растении. Расселяют эпифиты по тропическому лесу ветер и птицы, но в отличие от паразитирующих растений эпифиты «не тянут соки» у приютившего их дерева-хозяина. Они лишь используют возможность занять в прямом смысле место под солнцем, развиваться в верхнем хорошо освещенном ярусе тропического леса. Вроде бы ничем не могут грозить дереву эпифиты. Но дело в том, что у цекропии древесина хрупкая, ветви непрочные и могут легко обломиться под тяжестью пришельцев. Муравьи словно верная стража, как надежные телохранители набрасываются на посторонние растения и в буквальном смысле растаскивают их, отрывая мелкие кусочки до тех пор, пока от эпифитов ничего не останется. Эти насекомые собираются в большие отряды и выступают против других врагов дерева-хозяина. Они нападают на насекомых и даже на мелких млекопитающих, которые могут, будучи растительноядными, нанести дереву вред. Нападают полчища муравьев и на человека, «посягнувшего» на их владения.
Известно, что укусы муравьев очень болезненны из-за того, что насекомые применяют «химическое оружие». Им природа наделила весь муравьиный род. Вместе с осами и пчелами по этому признаку их часто объединяют под общим названием – жалящие перепончатокрылые. Половину брюшка муравья занимает железа, производящая «муравьиные отравляющие вещества». Эта ядовитая железа окружена мускульным мешком и при сокращении его яд, состоящий в основном из муравьиной кислоты, выбрасывается чуть ли не на полметра – на расстояние, почти в 500 раз превышающее длину тела муравья.
Муравьиная кислота почти в десять раз сильнее всех остальных карбоновых кислот. Из-за этого она оказывает раздражающее действие на живые ткани. Когда рыжий муравей кусает человека, он при этом выпускает в ранку капельку муравьиной кислоты. Поэтому его укусы так болезненны. Для насекомых муравьиная кислота – сильный яд, и когда полчища муравьев идут в наступление, защищая свою цекропию или другое растение, то другим шестиногим не до сравнения силы органических и неорганических кислот. Им самое время покинуть поле боя.
Однако, несмотря на то что симбиоз между муравьями и растениями скреплен веками сожительства, насекомые-вредители все же добираются до зеленых друзей маленьких тружеников и наносят им вред. Так, гусеницы некоторых бабочек-голубянок все-таки питаются листьями макаранги, которую «сберегают» муравьи. Обман удается благодаря крайне привлекательному для этих общественных насекомых секрету, который выделяют гусеницы. Поэтому обитатели муравейников не трогают их и позволяют им объедать листья макаранги. Сами же гусеницы извлекают из этого не очень выгодного для растения союза еще одну пользу для себя. Ведь муравьи прогоняют хищных и паразитических насекомых, которые могли бы уничтожить самих гусениц.
Зеленые обитатели нашей планеты защищаются не только химическими средствами и при помощи симбиоза с муравьями.
Растения рода страстоцвет часто страдают от гусениц бабочки геликониус, которые объедают листья. Прежде чем выбрать растение, подходящее для откладывания в него яиц, бабочки порхают над ним, постукивая усиками-«антеннами» по листьям, словно врач, выслушивающий больного. Затем насекомые садятся на избранный лист и начинают барабанить по нему передними лапками, снабженными хеморецепторами. Если в результате такого выстукивания бабочка обнаружит, что в данный лист уже отложены яйца особи ее же вида, то она полетит на поиски другого листа. Энтомологи обнаружили, что по меньшей мере у одного из видов страстоцвета на многих листьях встречаются небольшие вздутия, которые и по размеру, цвету и форме очень напоминают яйца бабочки геликониус. Самки геликониус садились на эти растения, и, обманутые фальшивыми яйцами, улетали в поисках незанятых листьев.
