Насекомые и растения. Природные репелленты и токсины

Вы находитесь: Насекомые и растения

Производство достаточного количества пищи для всего населения Земли, достигающего уже и сейчас 4 млрд. и растущего со скоростью 1,8% в год, требует интенсивного сельского хозяйства, в котором очень важную роль играют инсектициды и гербициды. У растений имеются кое-какие защитные механизмы, а насекомые в чем-то уязвимы, и человек, очевидно, может использовать в своих интересах и то и другое. Работы в этой области находятся по большей части еще на стадии исследования или только развертываются, так что до их практического приложения пока далеко; и все же новые, более эффективные препараты получат, вероятно, широкое распространение уже в ближайшем будущем. Однако, до тех пор пока это не произошло, приходится пользоваться другими инсектицидами, хотя они и не вполне отвечают тем требованиям, которые предъявляются к идеальному препарату. Такой препарат должен:

1) убивать лишь тот организм, для которого он предназначен (организм-мишень);

2) быть дешевым, простым в изготовлении и удобным в обращении;

3) не оказывать токсического действия на человека и домашних животных, не загрязнять окружающую среду;

4) быстро распадаться до нетоксичных соединений. Многие синтетические соединения не распадаются по той причине, что их химическая структура не имеет аналога в природе и потому микроорганизмы не способны их расщеплять. Выход следует искать в том, чтобы при создании новых пестицидов использовать в качестве модели какие-либо природные соединения; в растительном мире и у насекомых имеется много веществ, которые можно применить для снижения численности популяции насекомых-вредителей.

Содержащиеся во многих растениях вещества, делающие растения несъедобными, не представляют в этом смысле особой ценности, потому что опрыскивание ими не обеспечивает достаточно надежной и длительной защиты; они могут эффективно воздействовать на насекомое лишь в роли эндогенных компонентов растений. Однако два таких вещества растительного происхождения, а именно пиретрин (монотерпен) и ротенон (флавоноид) (рис. 15.5), все же нашли применение в качестве инсектицидов. При опрыскивании растений этими веществами насекомые погибают; кроме того, их можно получать из растений в достаточном количестве, т. е. производить на продажу. Пиретрин получают из ромашки, Pyrethrum, культивируемой в Африке специально для этой цели. Как пиретрин, так и ротенон, будучи природными соединениями, обладают по крайней мере одной отличительной особенностью: они разлагаются бактериями и недолго удерживаются в среде. К сожалению, пиретрин нестоек также и к ультрафиолетовому излучению, так что он может разложиться еще до того, как успеет подействовать; недавно, однако, удалось добиться существенного успеха - были получены синтетические производные пиретрина, стойкие к ультрафиолетовому излучению и потому представляющие собой гораздо более мощные инсектициды. Бактерии, к счастью, распознают и разлагают также и эти синтетические производные пиретрина; следовательно, можно считать, что нам в какой-то мере удалось осуществить поставленную цель - создать идеальный инсектицид. Правда, эти соединения действуют на разные виды насекомых неизбирательно и, значит, их следует и далее совершенствовать.

По всей вероятности, самый надежный путь к созданию идеального инсектицида связан с учетом особенностей жизненного цикла самого насекомого. Химический препарат, ядовитый для насекомого, скорее всего окажется ядовитым и для человека, поскольку метаболизм насекомого и человека в общих чертах сходен. Иное дело системы, регулирующие развитие у насекомых и у человека: эти системы различаются очень сильно и поэтому воздействие должно быть направлено именно на них. Прежде всего следует установить, влияют ли интересующие нас соединения на те стадии жизненного цикла, которые свойственны лишь насекомым, и действуют ли они специфически только на один вид насекомых. При таком подходе к этой проблеме намечаются три возможных пути ее решения. Переход от одной стадии развития к другой подчинен у насекомых гормональному контролю. Ювенильный гормон (рис. 15.6) подавляет превращение личинки во взрослое насекомое. Для того чтобы это превращение произошло, уровень ювенильного гормона должен понизиться. Уязвимость метаморфоза насекомых определяется тем, что насекомое, независимо от его возраста, не может произвести потомства до тех пор, пока не завершено его превращение во взрослую форму.

В некоторых растениях содержатся вещества, весьма близко напоминающие ювенильные гормоны насекомых. Впервые этот факт был замечен, когда обнаружилось, что личинки клопа Pyrrhocoris apterus не могут завершить превращение во взрослую форму, если выращивать их на бумажных салфетках из любой бумаги, изготовленной в США. Так, выяснилось, что в хвойных деревьях, и в первую очередь в бальзамической пихте (Abies balsamea), содержится особое эффективное вещество - ювабион (рис. 15.6). Подобные вещества вполне могут защитить растения от целого ряда насекомых. Опрыскивая насекомых ювенильным гормоном, можно было бы, очевидно, предотвратить их размножение. Поскольку в отсутствие взрослой формы следующее поколение появиться не может, гибель личинок, обработанных этим гормоном, означала бы полное искоренение вредителя или во всяком случае резкое сокращение его численности (если бы каким-то личинкам удалось избежать контакта с препаратом).

Другое возможное воздействие носит прямо противоположный характер. В известном декоративном растении Ageratum найдены два вещества, обладающие способностью подавлять секрецию ювенильного гормона и вызывать преждевременное превращение неполовозрелых личинок в аномальную взрослую форму - в крошечных стерильных имаго. Научившись выделять эти вещества из растений или синтезировать их, мы получили бы в свое распоряжение безвредные для человека инсектициды, поскольку их действие направлено на систему ювенильного гормона, которая имеется только у насекомых. Есть у них и еще одно достоинство, заключающееся в том, что они превращают прожорливых личинок в зрелые особи, которые более уже не кормятся на растениях, что также способствует сбережению урожая. Мы, конечно, не можем ожидать от подобных инсектицидов строго избирательного действия, однако вполне вероятно, что им все же присуща известная степень избирательности в отношении той или иной группы насекомых. Явным достоинством инсектицидов этого типа следует считать и то обстоятельство, что устойчивость к ним у насекомых, очевидно, развиться не может, точно так же как не может у насекомых возникнуть устойчивость к своим собственным гормонам. Инсектицидные вещества из Ageratum вызывают также у насекомых состояние, напоминающее спячку. Если опрыскать такими инсектицидами посев, то к тому времени, когда их действие прекратится, урожай будет сбережен и убран, а зимой мороз убьет вредителей. Подобные системы защиты от насекомых представляются нам чем-то новым, однако растения почти наверняка используют их с самых давних пор, поскольку насекомые во все времена причиняли им существенный вред.

Среди вторичных метаболитов растений также встречаются вещества, способные влиять на жизненный цикл насекомых. У самых разных растений обнаружен ряд фитоэкдизонов - соединений, имитирующих экдизоны, или гормоны линьки насекомых. Совсем недавно выяснилось, что эти производные стероидов содержатся в растениях в весьма значительных количествах; у папоротника Polypodium, например, на их долю приходится до 2% сухой массы корневища. Нередко у одного какого-нибудь вида растений имеется целый набор родственных соединений такого типа. Эффективность этих соединений в защите растений от насекомых-вредителей остается пока под сомнением, поскольку при скармливании их насекомым никакого эффекта не наблюдается. Существует предположение, что в присутствии некоторых других природных веществ фитоэкдизо-ны приобретают способность проникать сквозь кутикулу насекомого. Однако роль фитоэкдизонов в естественной защите растений нуждается еще в доказательствах.