Валерий Балаян - Химический язык насекомых

• Название: Химический язык насекомых
• Автор: Валерий Балаян
• Издательство: ВО «Агропромиздат»
• Жанр: Химия
• Год: 1987

В жизни насекомых чрезвычайно большую роль играют запахи. Общаясь между собой при помощи пахучих молекул-феромонов, шестиногие «рассказывают» об источнике пищи, образуют брачные пары, охраняют свое жилище, метят «владения». О том, как ученые разгадали тайну химического языка насекомых, синтезировали феромоны в лабораториях и разработали способы их практического применения, узнает читатель этой книги.

Ее с увлечением прочтут те, кто интересуется прикладной энтомологией и вопросами охраны окружающей среды.

---

Жук-стафилин применяет для своей защиты терпеноид иридодиал и кетон 4-метилгексан-З-он. Смесь этих двух веществ обладает неприятным запахом.

Некоторые шестиногие, например бабочка-монарх, используют для самообороны вещества, подобные сердечным гликозидам — карденолидам. Токсины, относящиеся к стероидным соединениям, накапливают в своем ядовитом молочке жуки-плавунцы. У хищников, которые случайно проглотили этих насекомых, наблюдаются симптомы отравления, или они впадают в наркотическое состояние. Яд плавунцов представляет собой несколько производных стероида прегнана. Интересно отметить, что у одного вида плавунцов секреты содержат половые гормоны млекопитающих: тестостерон, дегидротестостерон, эстрадиол и эстрон.

Раньше считали, что алкалоиды участвуют только в процессах жизнедеятельности растений. Однако в последнее время установлено, что они играют важную роль в механизмах защиты насекомых, особенно бабочек, от врагов. Алкалоид сенеционин накапливается в организмах бабочек-медведиц и бабочек-данаид, а аристолоховая кислота у некоторых других видов. Многоножки, огненные муравьи, божьи коровки и плавунцы синтезируют алкалоиды сами. Гломерин и гомогломерин — токсины многоножек могут вызвать у хищников не только раздражение, но даже паралич и смерть. Очень ядовиты огненные муравьи Рихтера, секреты которых обладают гемолитическими, инсектицидными и антибиотическими свойствами. Действующее начало яда этих шестиногих — смесь 2,6-диалкилпиперидинов. Подобные соединения имеют структурное сходство с растительным алкалоидом кониином. Они обнаружены также в ядовитых секретах семи видов муравьев.

Как выяснилось, различия в структуре синтезируемых муравьями пахучих молекул ставят некоторые виды этих насекомых в выгодное положение. Так, например, муравьи-воры используют алкалоиды с измененной структурой для двух целей: с одной стороны, эти соединения играют роль защитных веществ, так же как и у огненных муравьев, а с другой — репеллентов для других видов насекомых. При помощи этих феромонов как муравьи-воры, так и фараоновы муравьи похищают личинок из соседних муравейников.

Божьи коровки, если их потревожить, выпускают алкалоид кокцинеллин, который защищает их от муравьев и перепелов. Представляет также интерес то, что концентрация этих веществ взаимосвязана с отпугивающей окраской насекомых. Жуки-плавунцы синтезируют для самозащиты алкалоид метил-8-гидроксихинолин-2-карбоксилат. Этот токсин не защищает их от земноводных и рыб, однако у наземных животных, в частности у мышей, его действие вызывает судороги. Кроме того, это вещество обладает антисептическим действием и предохраняет этих шестиногих от воздействия микроорганизмов.

Мы уже знакомы с жуками-бомбардирами, которые используют горячее облако фенолов (температура секрета достигает 100°C) для защиты от врагов. Реакция, протекающая в присутствии гидрохинона, перекиси водорода и фермента каталазы, приводит к образованию бензохинона и сопровождается звуком, который напоминает выстрел из пистолета. Такое «огнестрельное оружие», кроме жуков-бомбардиров, применяют также жужелицы и жуки-чернотелки. Около 150 видов шестиногих используют в целях самообороны 2-метил-и 2-этилбензохиноны. Паукообразные, многоножки, уховертки и термиты также применяют это эффективное средство защиты. Интересно, что у термитов бензохиноны обнаружены только у касты солдат, призванной защищать колонию насекомых от неприятеля. Эти вещества находятся у них в специальных железах на голове.

Хорошо известный краситель — кармин широко используется в различных отраслях народного хозяйства. Производитель этого красящего вещества — кошениль живет и питается на кактусах. Однако лишь в последнее время благодаря исследованиям американского ученого Т. Эйзнера стало ясно, для чего нужен кармин самим насекомым. Оказалось, что это красящее оружие токсично по отношению к врагам кошенили — муравьям. Это же соединение используют против муравьев насекомоядные гусеницы огневки Lactilia coccidivora, которые поедают червецов и накапливают токсин для вторичного использования.

Для защиты от врагов насекомые синтезируют в своем организме и фенольные соединения. Так, фенол и гваякол вырабатываются многоножками и клопами из аминокислоты тирозина. Интересно, что у некоторых прямокрылых насекомых защитный секрет содержит 2,5-дихлорфенол, который синтезируется последними из поглощенных с пищей гербицидов.

Жизнь жуков-плавунцов полностью зависит от гигиены тела, и защитные вещества служат им для борьбы с микробами. Чтобы пополнить запасы воздуха, жуки должны время от времени выставлять брюшко над водой, а это возможно лишь при условии сухого хитинового покрова тела. Бели к насекомым прикрепляются водоросли, грибы или бактерии, жуки не могут дышать, так как нарушается их плавучесть, и погибают. Используя присутствующие в секретах фенольные соединения, эти шестиногие убивают микроорганизмы и при помощи гликопротеиновой сети «собственной конструкции» избавляются от останков жертв. Так, благодаря антимикробному действию фенолов жуки-плавунцы могут свободно дышать на поверхности водоемов.

В рассказе о мире общественных насекомых уделено внимание лишь некоторым химическим соединениям, играющим важную роль в жизни этих представителей животного мира. Из таких веществ состоят «молекулы любви», феромоны агрегации, следа, тревоги, защиты и нападения. Как же ориентируются шестиногие в этом «море» пахучих невидимок? Какие навигационные приборы помогают насекомым найти верный путь к самочке или ароматному цветку, а также избежать опасностей, подстерегающих их на каждом шагу в «джунглях» окружающего мира?

Усики-локаторы

Как бы ни был короток век насекомого, оно получает полный набор зрительных, звуковых, химических и прочих сигналов, а органы чувств переводят эту информацию на стандартный для нервных клеток язык. Сколько же у организма способов получения информации из хаоса образов, звуков и запахов? Оказалось, что органы чувств, которыми владеет любой представитель животного мира планеты, разделены природой на механические и химические принимающие системы.

В качестве примера приведем слух. Насекомые воспринимают звуки специализированными рецепторами (от латинского слова receptor — принимать), к которым относятся волосковые сенсиллы (плотные скопления чувствительных клеток), тимпальные мембраны и джонстоновы органы. Волосковые сенсиллы найдены у кузнечиков, домовых сверчков, медоносных пчел. Тимпальные мембраны известны у цикад, саранчовых, некоторых видов бабочек, сверчков и кузнечиков. Джонстоновы органы имеют только некоторые виды насекомых, например комары.

Насекомые не только воспринимают, но и сами довольно активно распространяют акустические сигналы. Например, термиты с этой целью стучат головой как молоточком. Живущие в древесине жуки-часовщики, получившие свое прозвище за ритмичные, как тиканье часов, звуковые сигналы, общаются сходным способом. Некоторые виды бабочек стучат крылышками.

Другим способом сигнализации владеют насекомые, звуковой аппарат которых — трущиеся друг о друга элементы. Многие виды жуков издают сигналы при помощи трения ног, снабженных специальными выростами о ребристые поля на груди и брюшке. Саранчовые насекомые скребут лапками о крылья. Своя техника «игры» у кузнечиков и полевых сверчков.

В некоторых странах даже разводят этих насекомых-музыкантов. Да и почти каждый из нас, бывая в поле, с доброй улыбкой прислушивается к стрекотанию кузнечиков. В книге «Листья травы» поэт Уолт Уитмен восклицает:

«А кузнечики! Как описать мне их задорную речь? Один из них поет, сидя на иве прямо против открытого окна моей спальни, в двадцати ярдах от дома; последние две недели он каждую ночь, при ясной погоде, убаюкивает меня».

Казалось бы, ну какой прок от изучения зрительной, акустической или иной другой системы сигнализации? Еще один заполненный пробел в наших знаниях о природе, интересный только для узкого круга энтомологов?

Конечно же нет! Без подобных знаний несравненно труднее, а подчас и просто невозможно бороться с насекомыми-вредителями. К сожалению, иной раз наступление на этих шестиногих оборачивалось большими потерями. Вред, нанесенный природе, оказывался более заметным, чем предполагаемый урон в рядах «неприятеля». И еще один аргумент в пользу изучения насекомых. Несмотря на сравнительную простоту строения тела шестиногих, природа снабдила их совершенными рабочими органами, детальное знакомство с которыми представляет интерес для бионики. Ведь не секрет, что некоторые «образцы технического оснащения» насекомых — пока еще недосягаемый эталон для науки и техники.

Известный советский энтомолог П. И. Мариковский писал об эксперименте, который он провел в природных условиях с клещами гиаломма азиатика. «Меня всегда поражала чутьистость и быстрота бега этих клещей, — пишет П. И. Мариковский. — Пустыня с ее суровыми законами жизни выработала такие свойства у этого кровопийцы. Но при помощи какого органа он разыскивает свою добычу, было непонятно». Далее, описывая эксперимент, энтомолог отмечает, что ветер дул на него, и, следовательно, клещи бежали «по ветру». Вероятнее всего чутье тут было ни при чем, зрение — тоже: все членистоногие очень близоруки. И слух навряд ли мог помочь им в поиске, так как П. И. Мариковский сидел тихо, не шевелясь, на походном стульчике. Ученый устроил с клещами игру, чем-то напоминающую известную детскую забаву «обознатушки-перепрятушки». Он не только перебегал с места на место и прятался от клещей в кустах, но и подбрасывал им то свою майку, то кепку. Насекомые оказались удивительно искусными и настойчивыми сыщиками. Они «не клюнули на приманку», не обратили внимания на вещи ученого и бежали только к нему. П. И. Мариковский предположил, что от млекопитающих и человека исходит какое-то излучение. Он решил изолировать себя от насекомых, закрывшись в машине. Несмотря на всю свою «чутьистость», клещи, даже бродя вблизи машины, не могли разыскать энтомолога, экранированного сталью и стеклом от своих преследователей. Чтобы хоть в какой-то степени пролить свет на эту «чутьистость» насекомых, исследователь отрезал на двух передних ножках гиаломмы конечные членики, на которых располагаются, по всей вероятности, некоторые органы чувств клеща. Оперированные насекомые прекращали дальнейшие поиски в отличие от клещей, которым такая же операция была сделана на одной лапке. Потеря только одного членика не мешала последним устремляться вслед за добычей не хуже здоровых.