Хемотаксис

Во всех опытах, о которых до сих пор шла речь, различные органы растений были сильно поранены: их измельчали ножницами и растирали в ступке, натирали на терке. В природе без вмешательства человека растения редко бывают так сильно поранены. Но, как мы уже говорили, и в природных условиях могут быть серьезные ранения от дождя, града, ветра, насекомых, грызунов, птиц и т. п. В поле, в лесу, в степи - везде, где есть растения, постоянно выделяются в атмосферу летучие фитонциды. Точно так же и в реках, прудах, озерах, во всех водоемах, где есть растения, могут выделяться фитонциды.

Это ставит перед учеными много новых и новых вопросов. Обязательно ли всегда в природе происходит гибель микроорганизмов под влиянием фитонцидов?

Если на лист лимонного дерева или черемухи, дуба или березы попадет из воздуха та или иная бактериальная клетка, обязательно ли ожидать гибели ее под влиянием выделяющихся фитонцидов? Если около стебля водного растения окажутся инфузории, обязательно ли их погубят фитонциды этого растения?

Конечно, нет, и, может быть, в большинстве случаев этого не происходит.

Летучие фитонциды и фитонцидные тканевые сокй могут тормозить размножение бактерий и грибков, создавать химические условия, препятствующие другим организмам усваивать питательные вещества.

Могут возникать и иные, еще более сложные, соотношения между организмами. Растение может выделять во внешнюю среду фитонциды, которые не только не убивают микроорганизмы, но, наоборот, помогают им размножаться. Далеко не все бактерии и грибки вредны для данного растения, есть и полезные. Среди этих полезных есть и такие, которые являются противниками других бактерий и грибков, болезнетворных для данного растения, врагами его врагов.

Совершенно очевидно, что деятельность фитонцидов, улучшающих питание, рост и размножение полезных для растений бактерий, играет такую же важную роль, как и деятельность бактерицидных и противогрибковых веществ.

Могут быть и иные, еще более сложные отношения.

Мы давно предполагали, что в природе существует так называемый хемотаксис подвижных одноклеточных организмов (бактерий, простейших, зооспор грибков и других организмов) в отношении фитонцидов. Под словом "хемотаксис" разумеется явление определенно направленного движения организмов навстречу или в сторону от какого-нибудь химического вещества. Движение от химического источника называют отрицательным хемотаксисом, движение навстречу - положительным.

Конечно, ни о каком сознательном действии, ни о каком выборе места одноклеточными организмами здесь не может быть и речи. Это физико-химические и биологические явления. Но какое значение имеют эти явления для проблемы фитонцидов?

Представим себе, что на поверхности влажного листа оказалась подвижная бактерия или подвижные воспроизводительные клетки какого-то грибка. Если на листе, на том микроскопическом влажном пространстве, где оказался подвижный микроб, выделяются в ничтожных дозах фитонциды, которые могут вызвать явление отрицательного хемотаксиса, то это послужит препятствием и хотя бы на очень короткое время помешает непосредственному соприкосновению паразита-микроба с клетками тканей листа. А затем могут вступить в действие и другие защитные механизмы растения; в последующие минуты или секунды ветер может сбросить микроскопического врага с листа.

Чувствительность бактерий ко многим веществам крайне велика. Так, одна двухсотмиллионная часть миллиграмма вещества, которое называется пептоном, находящаяся в стеклянной трубочке с микроскопическим диаметром, может вызвать отчетливый хемотаксис у гнилостных бактерий в жидкой среде, в которую опущена трубочка.

Не требуется, конечно, да и невозможно сообщать здесь о многих фактах, касающихся хемотаксиса и его роли во взаимоотношениях микроба-паразита и растение-хозяина. Но все же об одном явлении расскажем. Возбудитель наиболее страшной болезни винограда, называемой мильдью, - это гриб плазмопара витиколя. Зооспоры, которыми он может размножаться, странным образом "находят" устьица на листе винограда и проникают внутрь тканей. Каким образом? Достоверно доказано - благодаря положительному хемотаксису зооспор. Очень может статься, что этот гриб не только приспособился в ходе сопряженной эволюции с растением винограда к его фитонцидам, но и выработался положительный хемотаксис зооспор гриба к фитонцидам винограда, скорее к его каким-то компонентам, связанным пространственно с устьицами листьев.

Правильность предположения о хемотаксисе микроорганизмов в отношении фитонцидов подтвердили опыты. Это еще только лабораторные опыты, и на основании их нельзя полностью решить вопрос о том, что происходит в природе; но они представляют большой интерес.

Работая с инфузориями, мы обратили внимание на любопытное явление: если поднести источник летучих фитонцидов к капле жидкости, то находящиеся в ней инфузории в очень короткий срок меняют направление своего движения - теперь они движутся не передним концом вперед, а задним.

Поставим опыт с фитонцидами цитрусовых. Поднесем к капле воды с инфузориями гляукомы кашицу из листьев апельсинового, лимонного или мандаринового дерева. Под микроскопом видно, как в первые доли секунды инфузории меняют свое движение на обратное.

Поглядим в микроскоп в течение минуты. Если источник фитонцидов не слишком мощный, если инфузории сохраняются живыми, все они совершают свои поступательные движения задним концом вперед, вращаясь одновременно вокруг своей длинной оси и совершая еще третье движение, которое может быть названо воронкообразным.

Удалим теперь стекло с висячей каплей от источника. Через 1, 2, 3, 4 минуты все гляукомы снова начинают двигаться нормально, передним концом вперед. Когда мы в этом убедимся, приблизим снова источник летучих фитонцидов. Все гляукомы, как по команде, снова начнут двигаться задним концом вперед.

Речь идет буквально о долях секунды. Все инфузории моментально, словно по команде "назад!", изменяют свое движение.

Возникает вопрос: относится ли это явление к хемотаксису? Опыты и наблюдения, сделанные не в природной, а в лабораторной обстановке, подтверждают это предположение.

Возьмем стеклянную чашку любого размера. На подставки положим стеклянную трубку около 10 сантиметров длины, любого внутреннего диаметра, однако такого, чтобы жидкость с простейшими, которой заполняется вся трубка, не выливалась при ее горизонтальном положении. Один конец трубки запаян, а другой оставляется открытым (рис. 23).

Рис. 23. Хемотаксис простейших: а - как ставится опыт: 1 стеклянная трубка с водой, в которой находятся инфузории; левый конец трубки запаян, а правый - открыт; 2 - кашица из растений - источник летучих фитонцидов; б - результат опыта через 3 минуты после его начала; в - результат опыта через 5 минут: все инфузории оказались у закрытого конца

В каждом участке этой трубки видны под микроскопом плавающие инфузории. Поставим опыты с гляукомами. В зависимости от того, под каким увеличением микроскопа или лупы рассматривать эту трубку, будет видно большее или меньшее количество гляуком. Это и понятно: чем большее увеличение избрать, тем меньшее количество инфузорий увидишь, но зато они будут крупнее.

Подберем такую взвесь инфузорий и такое увеличение, чтобы в каждом поле зрения (то, что видишь под микроскопом, не передвигая трубку) было 10-20 экземпляров инфузорий.

Положим теперь на дно чашки готовый для опыта источник фитонцидов, например измельченные листья черемухи, лавровишни, цитрусовых и т. п.

Мы обнаружим поразительное явление: инфузории, совершая, казалось бы, только беспорядочные движения, начинают плыть от источника раздражения, то есть от открытого конца плывут к закрытому. При удачных сочетаниях условий (удачно выбранные растения, количество источника, температура и т. п.) результаты таких опытов бывают очень наглядными.

Можно добиться, чтобы вследствие отрицательного хемотаксиса к летучим фитонцидам уже в течение 30 секунд на расстоянии 2-3 миллиметров от источника не оказалось ни одной инфузории: все они уплывут по направлению к закрытому концу.

Вычисления показывают, что если бы инфузория все время двигалась по прямой линии от источника фитонцидов, то в течение 30 секунд она проплывала бы расстояние, равное ее длине, умноженной на 200! На самом же деле, чтобы составить себе представление о быстроте движения, эту цифру надо увеличить во много раз, самое меньшее раз в десять, так как инфузория плывет зигзагами, а часто и возвращаясь несколько назад. Выходит, что инфузория, можно сказать, галопом мчится от частичек летучих фитонцидов, поступающих в жидкость у открытого конца трубки.

Опыты по хемотаксису проведены со многими растениями: с листьями черемухи, весенними и осенне-зимними почками ее, с кожурой лимона, мандарина и апельсина, с листьями клена, дуба, самшита, эвкалиптовых деревьев, с иглами хвойных, с луком, с разными oрганами других растений. Опыты со всеми этими растениями (на гляукоме) дали положительный результат. Не вызывают явлений отрицательного хемотаксиса вареные, убитые температурой, луковицы лука или различные органы других растений.

Фитонциды различных растений отличаются по силе действия. Не исключена возможность и того, что будут обнаружены фитонциды, вызывающие явления положительного хемотаксиса.

В специальных работах обнаружено много интересного о влиянии фитонцидов на бактерии, низшие грибы, простейшие животные и на вирусы.

Нельзя просто и однозначно ответить - как умирают микроорганизмы под влиянием фитонцидов. В одном случае, могут происходить быстропротекающие химические процессы в оболочках и поверхностных слоях цитоплазмы, а в другом случае - резкое подавление дыхания или гибель тех или иных существенных белков и нуклеиновых кислот, но могут происходить такие химические процессы, при которых изменяется поверхностное натяжение, и это приводит к механическому надрыву оболочек и поверхностных слоев протоплазмы. Причиной гибели может стать, например, и влияние на подвижность частей клетки, имеющей жизненно важное значение. Приведем пример такого действия фитонцидов, который, на первый взгляд, не может привести клетку к катастрофе. В клетках всех микроорганизмов совершаются движения разных участков протоплазмы, и это жизненно необходимо.

В некоторых случаях движения видны и при небольших увеличениях микроскопа. Таковы движения в клетках растения элодеи. Особенно заметны движения так называемых хлоропластов, то есть тех частей клетки, в которых находится хлорофилл; без этого вещества зеленое растение не может строить органические вещества из простых соединений.

В. Д. Рощина доказала, что под влиянием летучих фитонцидов чеснока, хрена, черемухи, рябины быстро изменяется вязкость протоплазмы, изменяется проницаемость для разных веществ, тормозится движение хлоропластов. Уже в первые минуты воздействия фитонцидами черемухи скорость движения сильно изменяется, а часа через полтора хлоропласты полностью останавливаются, наступают разрушительные процессы в клетках.