О тлях, мухах и о пчеле

Ученые опытным путем убедились в том, что мощным средством против гороховой тли являются фитонциды из растений софоры (софора пахикарпа). В небольших дозах экстракты из цветов далматской ромашки, корней девясила и цветочных почек гвоздики вызывают гибель 100 процентов комнатных мух (если мельчайшая капля препарата оказывается на средне- спинке насекомого).

Большой интерес представляют некоторые глюкозиды - вещества, состоящие из сахаристой и несахаристой (агликона) частей. Они содержатся в тканях растений, и многие из них, вероятно, входят в состав фитонцидов. Некоторые из них сильно ядовиты для грызунов, чем издавна пользовались в борьбе против мышей и крыс. Особенно активен экстракт из луковиц морского лука. Смоченный этим экстрактом и скормленный грызунам хлеб вызывает паралич задних конечностей их.

Когда наука добудет больше материалов об инсектицидных свойствах фитонцидов, будет дано обобщение и новых фактов. Пока же можно ограничиться предположениями. Без них наука никогда не двигалась бы вперед. Здесь законно следующее предположение.

Фитонциды растений, их летучие и нелетучие составные части могут иметь защитное для растений значение. Ведь у растений, как мы говорили, много врагов не только среди микроорганизмов, но и среди многоклеточных животных, в частности среди насекомых. Это очень ответственное для практики предположение о роли фитонцидов заслуживает внимания и требует проверки опытами.

Факты, которыми располагает наука, если не прямо, то косвенно говорят в пользу высказанной гипотезы. Их много. Выберем некоторые. Уже не раз приходилось говорить, что понятия "нежный", "устойчивый", "яд", "безвредное вещество" весьма относительны.

Большинство вредных насекомых может питаться и размножаться, лишь будучи связанными с определенными растениями, а есть и такие насекомые, которые питаются только каким-либо одним видом растения. Гусеницы бабочек капустницы, репницы, брюквенницы питаются крестоцветными растениями. Южный походный шелкопряд питается только южным видом сосны, так называемой приморской сосной; другой вид шелкопряда, очень близкий к названному - среднеазиатский походный шелкопряд, - питается обыкновенной сосной. Многие насекомые питаются только хвойными деревьями, а на лиственных породах совсем не могут развиваться, например короеды из рода ипс. Более того, вредители тех или иных деревьев связаны с жизнью не вообще данного вида растений, а лишь с жизнью определенных частей и органов: есть вредители листьев, корней, тканей ствола и т. д.

Специалисты по вредителям деревьев знают, что поражаемость растений насекомыми-вредителями зависит в очень большой степени от физиологического состояния деревьев. Этим вопросом давно заинтересовались ученые.

Большинство вредных лесных насекомых принадлежит к вторичным вредителям, то есть заражает деревья уже больные, с ослабленной жизнедеятельностью. Деревья одного и того же вида при разных физиологических состояниях поражаются неодинаковыми видами насекомых. Ели на местах выборочных рубок или у стен леса, имеющие ослабленную корневую систему из-за раскачивания ветром, поражаются короедом-типографом и гравером, в одно лето губящими дерево. На отмирающих, физиологически недеятельных елях появляются другие виды короедов - фиолетовый лубоед и короед пожарищ. На недавно отмерших елях развиваются короеды-древесинники; на старом сухостое короеды вовсе не поселяются, а древесину этих видов могут использовать некоторые семейства жуков¹.

¹ (См. кн.: "Лесная энтомология". Под ред. М. Н. Римского-Корсакова. Л., 1938.)

Конечно, никто и не думает объяснять все эти явления исключительно фитонцидами, но известное значение в природе они имеют.

Поразительно, что некоторые насекомые приспособились в ходе эволюции к очень ядовитым фитонцидам, которые на первых порах кажутся ядовитыми для Протоплазмы всяких клеток. Эта увлекательная проблема когда-либо привлечет внимание энтузиастов ученых, и, наверное, будут обнаружены факты огромного практического значения. Известный ученый в области ветеринарии и иммунитета профессор В. И. Полтев со своими сотрудниками не раз задумывался над вопросами приспособления насекомых к фитонцидам и над вопросами приспособления к фитонцидам тех микроорганизмов, которые вызывают болезни у насекомых. В. И. Полтев и Г. Л. Пещерский провели лабораторные и полевые опыты с бактериями, болезнетворными для насекомых, - с бациллюс дендролимус, цереус, с бактерией продигиозум.

Производился посев бактерий на питательный агар в чашках Петри. Затем чашки перевертывали и на крышки (значит, теперь на "дно") помещали по 2-3 грамма мелко нарезанной хвои ели, а в других опытах хвои кедра, пихты или листья лиственных - яблони, малины или тимьяна. Одновременно для сравнения засевали и контрольные чашки, которые находились без воздействия летучих фитонцидов. Что же оказалось?

Число колоний дендролимус под влиянием фитонцидов хвойных мало снижается, самое большее на 33 процента по сравнению с контролем, а иногда всего на 6 процентов. Но под влиянием лиственных растений число колоний снижается на 42-83 процента. Прямо противоположный результат наблюдается на бациллюс цереус: фитонциды хвойных сильно тормозят жизнь этого микроорганизма, число колоний снижается от 52 до 90 процентов. А под влиянием фитонцидов лиственных число колоний незначительно уменьшается или даже увеличивается.

Не менее интересны полевые опыты, проведенные в естественных условиях. Для этого перевернутые чашки Петри с агаром, на котором были посеяны те же микроорганизмы, подвешивали в стерильной марле в кронах деревьев в лиственничном лесу и яблоневом саду на уровне 1,5 метра от земли. Опыты проводились в облачные дни при высокой влажности воздуха, а потому, питательный агар не подсыхал.

Контрольные чашки помещали в тени, в местах, где никакой растительности не было. Что же оказалось в разной обстановке с микроорганизмами, болезнетворными для насекомых? Фитонциды лиственницы не оказали влияния на дендролимус, а цереус и продигиозум погибали до 87 процентов. Фитонциды яблони угнетают рост цереус на 75 процентов. Особенно интересно то, что летучие фитонциды яблони действуют гораздо сильнее в таком опыте в естественных условиях, чем в лабораторных экспериментах с мелко нарезанными листьями яблони.

Какой же общий вывод можно сделать? Одни микроорганизмы приспособились к фитонцидам хвойных, а другие - к фитонцидам лиственных, третьи - и к тем и к другим.

Мы нарочито с большими подробностями остановились на наблюдениях В. И. Полтева и Г. Л. Пещерского. На первый взгляд, они не имеют непосредственного практического значения, однако сколько мыслей должно возникать у читателя и у исследователей, заинтересованных в микробиологической борьбе с теми или иными насекомыми в разных экологических условиях. Подумаем об адаптациях к фитонцидам на примере некоторых растений. Вспомним черемуху, в тканях которой, несомненно, имеются такие яды, как синильная кислота, пять сотых грамма которой смертельны для человека. Фитонциды черемухи убивают многих бактерий, грибки, протозоа, многоклеточные организмы. И вот это растение с его "страшными" фитонцидами совершенно беспомощно по отношению к собственным вредителям из мира грибков или насекомых. Можно насчитать до 60 вредителей черемухи! Комнатных мух, слепней, комаров великолепно убивают фитонциды листьев черемухи, а "нежная" черемуховая тля, до которой почти нельзя дотронуться без риска убить ее, прекрасно пригнана к листьям черемухи.

Ученых давно занимал загадочный вопрос, почему черемуховая тля живет, как и большинство тлей, не на одном хозяине, а принуждена к лету менять своего основного хозяина и устраиваться временно "на даче", на промежуточных хозяевах. Кажется совершенно ясным, что в таких вынужденных путешествиях тлей главную роль играет питание. Наверное, в течение весны, лета и осени питание, которое черемуховая тля может получать от черемухи, как-то меняется. Иначе зачем же тлям переселяться с черемухи на овес?

Один ученый, желая убедиться в важности именно питания как причины миграции тлей, проделал специальные опыты, но, увы, разочаровался в своих предположениях. Опыт был простой и ясный. Под стеклянный колпак был положен пучок овса с большим количеством тлей, перелетевших с черемухи. Экспериментатор положил рядом летние побеги черемухи, в которых было заведомо много питательных веществ. "Не перейдут ли тли с овса на черемуху?" - спросил себя исследователь. Ведь положено рядом обычное для черемуховых тлей очень лакомое блюдо - черемуховой пищи сколько угодно.

Но предположения ученого не оправдались: тли не перешли на черемуху, а расползлись. Летние побеги черемухи оказали даже какое-то вредное действие. Поведение тлей в опыте и их закономерные, каждый год повторяющиеся путешествия, вероятно, объясняются прежде всего фитонцидными свойствами черемухи.

В течение развития растений и их органов, например листьев, продуцируются разного качества и количества фитонциды. Очень может быть, что в ходе эволюции выработались такие взаимные отношения паразитов - тлей и их хозяев - растений, что в июле и августе фитонциды листьев черемухи чем-либо очень существенным отличаются от фитонцидов других периодов развития. А может оказаться и так, что организм тлей в это время имеет такие особенности, что обычно неядовитые для них фитонциды черемухи теперь отпугивают тлей.

Как видим, казалось бы, простой вопрос о миграции тлей оказывается очень сложным и не разрешенным дс сих пор.

Много еще загадочного в жизни тлей - паразитов растений. Это очень мелкие насекомые - около миллиметра и менее. Самые большие достигают 5-6 миллиметров. Известно очень много видов тлей, живущих на различных частях и органах деревьев, кустарников и трав. Они особым сосательным аппаратом высасывают из растений пищу.

Легко обнаружить поздней осенью и в течение всей зимы на ветках черемухи блестящие черные точки - яйца черемуховой тли. Они великолепно выдерживают холода, а весной, при распускании листовых почек, быстро развиваются. Молодые тли, вышедшие из яиц, тотчас начинают сосать тканевые соки развертывающихся листочков черемухи. В этом уже заключается загадка для специалистов по фитонцидам. Мы хорошо знаем, сколь ужасны фитонциды черемухи для мух, слепней, мошек и многих других насекомых. Наиболее мощные фитонциды выделяются ранеными почками черемухи и листьями.

А для молодых тлей развернувшиеся листочки являются великолепной едой! В течение мая и большей части июня тлям очень хорошо живется на нижней поверхности листьев черемухи: можно видеть десятки зеленовато-серых тлей, сосущих один и тот же лист (рис. 29).

Рис. 29. 'Путешествия' черемуховой тли в течение года: зимой яйца тлей находятся на зимующих почках черемухи; весной тли живут на листьях черемухи; летом тли живут на овсе; осенью они снова перелетают на черемуху

Кончается июнь. Все крылатые самки тлей покидают черемуху и поселяются временно на злаках, на овсе.

Паразитируя на овсе, крылатые самки рождают бескрылых, от которых, в свою очередь, в конце августа происходят крылатые самки. Осенью, в сентябре, они покидают свое временное местожительство на злаках и перелетают в свой основной "дом" - на черемуху. Здесь от них происходят очень мелкие бескрылые самцы и самки. Самки откладывают на веточки яйца. Так завершается их годовая жизнь, а начиная с весны она снова повторяется.

На листьях дуба каждый наблюдательный человек встречал не раз наросты - так называемые галлы. Это любопытные "домики" из химически измененных тканей Листа, в которых важную, личиночную, часть жизни проводят насекомые орехотворки.

Орехотворки - мелкие летающие насекомые. Самка орехотворки делает при помощи яйцеклада укол на листе и откладывает в ранку яйцо. Яйцо начинает развиваться, а рядом лежащие клетки и ткани листа начинают образовывать "орешек", или галл (рис. 30). Вскоре из яйца вылупляется личинка и начинает работать своими челюстями. Все личиночное развитие проходит в галле. Выходит, что начиная с момента откладывания яйцо, а затем и личинка во все время своего развития находятся в самом тесном соседстве с растительными тканями и их фитонцидами.

Рис. 30. Дубовая орехотворка: слева - самка орехотворки; на листьях видны два галла; наверху - галл

Значит, ткани листьев дуба неядовиты для личинок орехотворки. Между тем хорошо известно, что летучие фитонциды листьев дуба являются ядом для многих микроорганизмов, в том числе очень стойких, например для дизентерийной палочки.

При кладке яиц в ткани листа насекомые обязательно ранят его. Ранение увеличивает продукцию фитонцидов, но это остается без последствий для насекомого, приспособившегося к фитонцидам дубовых листьев.

Такая приспособленность некоторых насекомых к ядовитым фитонцидам и вообще к сильным ядам поражает в одинаковой мере ученых и неспециалистов. Известна обширная группа насекомых, приспособленных к ядовитым глюкозидам, например крестоцветных растений, к которым принадлежит и горчица.

У этих растений вырабатывается горчичный глюко- зид - синигрин. Этот глюкозид под влиянием особого вещества - фермента - распадается на ряд других веществ, в частности образуется роданистый аллил, обладающий резкими раздражающими свойствами и являющийся действующим веществом горчичника. Гусеницы бабочки-белянки питаются крестоцветными и их глюкозидами.

Ставили опыты с этими гусеницами. Предлагали им другие растения, которые они обычно не едят. Как и следовало ожидать, растения эти, не входящие в природное меню белянок, отвергались, не использовались в пищу. Если же смазывали эти растения или крахмал, или даже бумагу соком крестоцветных, гусеницы начинали их есть.

Ивы, тополи, розоцветные содержат амигдалин - вещество, которое при распаде выделяет страшный яд - синильную кислоту. Этими растениями питается ряд организмов, питаются ими и личинки насекомых пилильщиков. Личинки могут есть и другие растения, если к ним прибавить вещества, могущие выделять синильную кислоту.

Строгая разборчивость в пище у некоторых насекомых, однако, доходит до того, что насекомое не удается обмануть никакими "лакомствами" вроде синильной кислоты. Есть насекомые, питающиеся только табаком.

На основании всего сказанного вполне законно допустить, что к фитонцидам того или иного растения в ходе эволюции приспособились определенные растения, насекомые и иные животные, а для других, даже родственных, животных фитонциды тех же растений являются безусловными ядами. Фитонциды могут отпугивать животных или убивать их. Утверждают, например, что эвкалиптовые растения отпугивают комаров.

Ученым предстоит провести много опытов и сделать много интересных наблюдений. Будут ли личинки дубовой орехотворки развиваться в тканях листьев черемухи, если исследователь сделает соответствующую операцию на листе черемухи, приготовит "раневой карман" и пересадит туда личинку? Как повела бы себя черемуховая тля в парах летучих фитонцидов листьев дуба, игл хвойных?

Чтобы вселить читателю необходимые деловые сомнения, которые в науке должны всегда сочетаться со смелостью мысли и полетом научной фантазии, приведем примеры из жизни насекомых, которые крайне трудно объяснить с точки зрения высказанных ранее предположений о роли фитонцидов.

Есть немало многоядных насекомых, которые должны были в ходе эволюции приспособиться к разнообразным фитонцидам. Гусеница кукурузного мотылька (пирауста нубилалис) повреждает свыше 160 различных видов травянистых растений.

В конце июля 1949 года в Ленинграде мы обнаружили сильное ослабление инсектицидных свойств летучих фитонцидов листьев черемухи. Это совпало, как это бывает обычно каждый год, с переселением черемуховых тлей на злаковые растения и со временем созревания плодов черемухи. Нелегко объяснить, почему черемуха служит кормовым растением для тли (сифонафис пади) как раз тогда, когда летучие фракции фитонцидов этого растения наиболее токсичны, а переселение тлей на злаки совпадает с ослаблением инсектицидной мощности летучих фитонцидов.

Это явление никак не может быть объяснено лишь представлениями о роли фитонцидов в природе. Фитонциды являются лишь небольшой частью каких-то сложных процессов, небольшой страничкой в толстой книге природы, маленьким штрихом в сложных взаимоотношениях растений, животных и микробов.

Но открытие фитонцидов приносит новое в наши знания о природе, и специалистам разных областей биологии и медицины, всем, кто действительно любит природу, любит человека и хочет поставить на службу ему все достижения науки, есть над чем подумать и поработать.

Очень важно было бы узнать причины гибели насекомых от фитонцидов разных растений. На какие органы насекомых действуют фитонциды? Почему комнатные мухи умирают под влиянием фитонцидов листьев, например, лавровишни? Почему другие животные так стойки к тем же фитонцидам?

А. Г. Филатова, одна из первых исследовательниц фитонцидов, вместе с кинооператором В. Д. Быстровым сняла фильм "Смерть комнатной мухи под влиянием фитонцидов листьев черемухи". Был сделан специальный стеклянный ящичек объемом раза в два больше, чем спичечная коробка. Одна стенка этого сосуда выдвигалась. Вместе с ней выдвигалась и стеклянная пластинка, находящаяся на дне сосуда. На пластинку помещали растительный материал - источник летучих фитонцидов, в сосуд же впускали несколько комнатных мух. Филатова ставила опыты с измельченными в ступке листьями обыкновенной черемухи. В зависимости от количества источника фитонцидов, которое бралось в разных опытах, мухи гибли быстрее или медленнее.

На рис. 31 приведены фотоснимки с отдельных последовательных кадров кинофильма. В этом случае была взята всего одна десятая грамма измельченных листьев черемухи.

Рис. 31. Смерть мух под влиянием летучих фитонцидов листьев черемухи (фотоснимки с кинофильма): А - мухи в стеклянном ящике до внесения источника фитонцидов (правая стенка вместе с наддонной стеклянной пластинкой может выдвигаться из ящика); Б - через 2 секунды после внесения в ящик 0,1 грамма листьев черемухи: одна муха упала на листья черемухи; В - через 39 секунд: все мухи упали на дно; Г - через 46 секунд: полная остановка движения мух - смерть

Всякий исследователь, использующий для научных целей киносъемку, знает, сколь мертвы самые лучшие фотографии по сравнению с фильмом, дающим представление о процессе, о движении и изменениях, при этом происходящих, о явлении в целом. Приводимые фотографии не могут ни в какой мере восполнить кинокартину о смерти мух, полную глубокого научного интереса и своеобразного драматизма.

Читатель должен свои зрительные впечатления об отдельных, выхваченных моментах умирания мух дополнить воображением. Уже в первые секунды мухи приходят в состояние сильнейшего возбуждения: они суетятся, мечутся, летают гораздо быстрее, чем в нормальном состоянии. Быстрота действия фитонцидов поражает. Она тем более удивительна, что ящичек устроен довольно грубо и между выдвижной и постоянными стенками сосуда остаются щели - значит, возможно поступление свежего воздуха. Суетливое, поспешное движение мух при всей своей видимой беспорядочности направлено, однако, от источника фитонцидов. Многие мухи оказываются, как бы вследствие отрицательного хемотаксиса к фитонцидам и положительного к кислороду воздуха, около щелей ящика.

Мы не знаем, какие важные отправления, функции, изменяются у мух прежде всего. Скорее всего, летучие фитонциды в данном случае действуют на нервную систему. После короткого периода возбуждения тотчас, без заметного переходного периода, без замедления движения мухи вдруг неожиданно падают. Этот драматический конец сопровождается сильными предсмертными конвульсиями конечностей. Затем наступает полная неподвижность. Это не означает еще, что мухи умерли. Опыт показывает, что, если в этот момент поместить мух в обычную атмосферу, некоторые из них могут ожить. Они находились как бы в состоянии наркоза, в особом сонном состоянии. Чаще всего, впрочем, момент полной неподвижности мух под влиянием фитонцидов означает их смерть.

И без экспериментов, в условиях природы можно встретиться с подобными явлениями. Пчеловоды Новой Зеландии обнаружили, что взрослые пчелы при посещении цветков софоры под влиянием летучих веществ этого растения могут впасть в состояние наркоза и даже погибнуть. Ученые предполагают, что виновником этой трагедии для пчел оказывается алкалоид пахикарпин. Из-за такого вредного влияния веществ цветка софоры пчеловоды, не имея противоядий против пахикарпина,. считают главным способом борьбы со злом вывозку пасек из опасной местности.