Насекомые и растения. Вещества, вырабатываемые растениями для отпугивания насекомых

Вы находитесь: Насекомые и растения

Привлекая ряд насекомых-опылителей, растения в то же время страдают от того, что многие насекомые, особенно на стадии личинки, или гусеницы, на них кормятся, поедая по большей части их листья. По счастью, к пчелам это почти не относится; они только собирают с растений нектар и пыльцу и лишь иногда разрушают древесину. Для защиты от насекомых растения располагают широким набором 'вторичных метаболитов', которые делают их для насекомых неприятными. Под вторичными метаболитами понимают различные вещества растительного происхождения, не играющие никакой роли в первичных метаболических процессах, таких, как дыхание или синтез отдельных клеточных компонентов. Мы делаем это заключение об отсутствии у них какой-либо роли в первичных метаболических процессах на основании того, что ни одно из таких специфических веществ не свойственно всем растениям или хотя бы большинству видов. Часто данный вторичный метаболит встречается только у какого-нибудь одного семейства, а иногда даже у одного вида или разновидности. Существуют тысячи вторичных метаболитов; число их столь велико, что пока еще далеко не все они нам известны, и многие химики-органики тратят все свое время на идентификацию 'новых' соединений этой группы. Биологи в течение многих лет строили догадки о роли этих веществ. Теперь, по-видимому, можно сказать с уверенностью, что вторичные метаболиты образуют защитную систему, используемую растениями против насекомых и патогенов, а иногда и против других растений.

Как могла возникнуть такая защитная система? Скорее всего случайным путем. Представим себе, что у данного растения произошла мутация, затронувшая тот или иной метаболический путь, в результате чего в растении началось образование какого-то нового соединения. Если это соединение оказалось ядовитым или неприятным для вредителей, то шансы на выживание у такого растения, естественно, повысились по сравнению с его 'более вкусными' сородичами; поедать в первую очередь будут, конечно, их. Соответственно увеличились и шансы на то, что ген, контролирующий синтез этого соединения, будет передан следующему поколению растений. Если бы такое изменение произошло у всех растений, то насекомым стало бы нечем кормиться. Однако насекомые тоже обладают чрезвычайно сильной изменчивостью. Случайная мутация может сделать насекомое толерантным к яду, и оно получит возможность питаться тем, что для других непригодно; поэтому оно выживет и будет преуспевать в условиях, неблагоприятных для других особей того же вида. В результате мутантное насекомое передаст свой ген устойчивости большему числу особей в следующем поколении. Следствием этого будет параллельная эволюция, в которую вовлекаются, как уже отмечалось выше, не отдельные особи, а целые популяции растений и насекомых, изменяющиеся совместно.

Вещества, служащие растениям для защиты от насекомых, очень разнообразны. Среди них имеются ядовитые, способные убить любое животное, которое вздумает отведать такое растение; поэтому животные, лишенные соответствующего противоядия, обычно ощущают опасность и избегают ядовитых растений, не едят их. Другая группа веществ придает растениям неприятный вкус, что также отпугивает растительноядных животных, так что иногда они даже и не прикасаются к подобным 'невкусным' растениям. Вероятно, именно эту роль играют у растений многочисленные изопреноидные соединения, в частности терпены и эфирные масла (рис. 15.3). Для любого животного, по-видимому, токсичны присутствующие в растениях алкалоиды, цианогенные гликозиды и некоторые 'необычные' аминокислоты. Цианогенные гликозиды разлагаются при повреждении ткани с выделением цианистого водорода, что делает их очень мощными репеллентами. Токсичные аминокислоты, присутствующие в семенах тропических представителей семейства бобовых, вызывают летальный эффект, очевидно, вследствие того, что они включаются в синтезируемые организмом белки вместо нормальных аминокислот. Насекомые, которые могут без вреда для себя кормиться на растениях, содержащих какое-нибудь ядовитое соединение, обладают способностью либо разрушать это соединение, либо связывать его химически и таким путем переводить в неактивную форму. Еще один способ избежать опасности отравления обнаруживается у зерновки (сем. Bruchidae), устойчивой к токсичной аминокислоте канаванину. Это насекомое питается семенами Dio-dea megacarpa, в которых содержится 8% канаванина, а между тем, как известно, даже 0,25% канаванина достаточно для летального действия. Причина такой устойчивости заключается в данном случае в том, что имеющаяся у насекомого аргинил-тРНК-синтетаза обладает способностью отличать аргинин от канаванина и выбирать '.правильную' аминокислоту.

Следующим шагом на этом пути можно считать такую ситуацию, когда вещество, токсичное для всех других насекомых, не просто обезвреживается в организме адаптировавшегося к нему вида, но становится для этого вида аттрактантом; особи такого вида обнаруживаются обычно только на растении, содержащем данное вещество, и не встречаются больше нигде (рис. 15.2). Так гусеницы Раpiliоajax кормятся лишь на листьях некоторых зонтичных, содержащих определенные эфирные масла, главным образом метилхавикол и терпен карвон (см. рис. 15.3). Только в присутствии этих веществ гусеницы приступают к кормлению; они поедают даже фильтровальную бумагу, смоченную чистым карвоном.

Естественно, возникает вопрос: выигрывают ли что-нибудь в свою очередь те ядовитые растения, к которым насекомое адаптируется? Оказывается, в иных случаях выигрывают. Насекомые, которые кормятся на них без вреда для себя, накапливают в своем организме растительный яд и приобретают в результате этого сильный запах, отпугивающий не только врагов этих насекомых, но и других растительноядных животных. Это обстоятельство порождает довольно хороший симбиоз между такими растениями и насекомыми.

Как известно, растениями питаются не только насекомые. Существует большое число растительноядных млекопитающих, и если бы они поедали ядовитые растения, то вряд ли у них было бы много шансов выжить. Они избегают таких растений, воспринимая соответствующий вкусовой сигнал; иными словами, ядовитые растения кажутся им невкусными и потому отвергаются. Конечно, мы отличаем лишь то, что невкусно для нас, и не можем быть уверены в том, что таким же оно покажется, например, корове. Однако замечено, что растения, которые кажутся нам горькими, и растения, отвергаемые животными (в том числе и домашним скотом), довольно хорошо совпадают. Горечь, по-видимому, отпугивает всех. Важным фактором, определяющим выбор пищи у диких животных, можно считать также терпкость, или вяжущий вкус, обусловленный присутствием таннинов (см. рис. 15.3): животные предпочитают обычно растения, вообще не содержащие таннинов или с очень малым их содержанием. Большинство горьких или терпких веществ действительно токсичны, хотя у отдельных видов животных и могут существовать механизмы, обеспечивающие их обезвреживание. В рацион гориллы входит всего лишь несколько видов растений, причем есть сведения, что все эти растения - горькие. Гориллы, однако, привыкли к ним и предпочитают именно их, подобно тому как мы, например, привыкаем к слабой горечи чая, пива, различной зелени или наших кулинарных приправ. В то же время сладкий вкус или сладкий запах напротив обычно привлекают животных. Вещества с такими свойствами, вероятно, играют определенную роль в различного рода взаимодействиях между растениями и животными, например в распространении семян животными, поедающими сочные плоды.