Пчеловодство выходного дня

РАСТЕНИЯ ПРИНИМАЮТ ВЫЗОВ

“Семь кругов ада” для бегающих и прыгающих. — “Благородный” шалфей и “безнравственная” орхидея.

Растение мы привыкли видеть в жертвенной роли, однако в ряде случаев оно способно поспорить с животным на его территории, то есть на поведенческом уровне. Упомянем лишь несколько фактов. Среди сотен тысяч видов флоры есть необычная группа растений, которые ведут такой же паразитический образ жизни, как и животные, но отличаются от них тем, что употребляют в пищу не себе подобных, а… животных!

Как действуют эти нарушители общего порядка, растения — ловцы животных?

Рассказы о дереве-людоеде, растущем на Мадагаскаре, оказались лишенными всякого основания, эти молчаливые хищники выбирают своими жертвами более мелкие создания: насекомых, некрупных земноводных, червей. Они не гонятся за ними: животные сами попадают в хитроумные ловушки. Методы заманивания и “фиксации” пойманного — самые разнообразные. Чарлз Дарвин одним из первых описал образ жизни такого “монстра” природы — хищной тропической росянки.

Листья росянки усеяны липкими щупальцами. На кончиках этих волосков висят бесцветные капельки-бисеринки, влекущие насекомых желанным ароматом нектара. Насекомому неизвестно, что его ждет химическая западня — лишь только оно коснется этих предательских капелек, как тут же намертво приклеивается. К попавшему в химические “объятия” смол телу начинают тянуться другие щупальца, которые его окончательно придавливают к листу. К обездвиженному и убитому насекомому вскоре начинают прибывать, как мы уже можем догадаться, “специалисты” по разборке макрорганизма на молекулярном уровне — “биороботы” – ферменты. Они организуют четко функционирующий химический конвейер, разбирая высокоорганизованный организм на составляющие его части: аминокислоты, молекулы жирных кислот, азотистых оснований и т. д. После того, как он сведен на уровень молекул-“кирпичиков”, организм-хозяин, имея такой набор всех элементов живого, может вылепить химический узор своих растущих либо обновляемых тканей. Часть молекул при этом вообще “пускается на ветер”, то есть окисляется при помощи кислорода воздуха и ферментных систем до углекислого газа и воды, снабжая организм хищного растения энергией для продолжения подобной практики.

Чарлз Дарвин нашел, что росянка не отказывается и от других видов животной пищи — кусочков мяса и яичного белка, в полной мере обнаруживая свой хищнический потребительский нрав. “Изобретенную” росянкой еще задолго до того, как человек придумал липкую бумагу, ловушку для мелкой живности использует местное население тех районов, где распространено растение-хищник (Португалия, Марокко). Природная “липучка” хорошо очищает жилые помещения от назойливых мух.

Житель болот, бедных питательными веществами, — жирянка — тоже ловит насекомых выделениями листовых желез, но затем свертывает лист, закатывая в него сбою жертву. Остальное, как говорится, “дело техники” и идет по единому для всех организмов сценарию пищеварения.

Обитательница влажных районов Западного полушария— сараценея имеет уловительную “урну”, которая образуется из оснований ее листьев. Уловительный сосуд заполнен водянистой жидкостью, назначение которой для любого неосторожного насекомого — самое угрожающее. Волоски листьев, имеющие обратное направление, не позволяют попавшей в урну жертве выбраться обратно. Совсем “нечестный” механизм улавливания доверчивых мелких животных у тропических лиан из рода непентес, обитающих в Африке. У этих лиан изогнувшиеся в красивые кувшинчики листья висят вдоль ветвей. У входа в западню расположены выделяющие нектар железы. Не ведающее о подвохе насекомое устремляется к заманчивому веществу и взбирается на край листа. С этого и начинается трагедия: насекомое легко теряет равновесие и оказывается на дне ловчей ямы. При попытке выбраться ему суждено пройти “семь кругов ада”: сначала зону, где насекомое ждут “ощетинившиеся” своими “активными центрами” пищеварительные ферменты, а дальше — отполированную скользкую поверхность. Если насекомое вновь устремится к иллюзорной свободе, то встретит у выхода зубчатые края ловушки, преодолеть которые не остается ни сил, ни “технических” возможностей.

Насекомоядная венерина мухоловка родом из Америки превратила розетку  своих листьев в род капкана, который быстро складывается посредине, “припечатывая” к поверхности листьев угодившее на эту предательскую площадку насекомое. Венерина мухоловка — “хитрейшее” растение, различающее живые объекты от неживых. Поло/ките что-либо похожее по размерам на муху в центр ее “капкана” — мелкие палочки, кусочки камешков — растение ничем не выдаст себя. Лист не складывается до тех пор, пока следящие волоски-различители не пошевелят дважды, свидетельствуя о появлении живого и перемещающегося предмета.

Наиболее выдающимся механизмом ловли обладает водная пузырчатка, которая имеет красивые голубые или желтые цветки. “Родственный круг” этих растений, заселяющих водоемы, широк: более 275 видов. На видоизмененных подводных листьях пузырчаток выступает множество небольших сферических капсул — ловчих пузырьков. Диаметром они всего по 3—0,5 мм и имеют на одной из сторон входное отверстие с плотно закрывающейся дверцей. Дверца водонепроницаема, что обеспечивается специальным порожком, кроме того, она имеет шарнирное устройство, позволяющее ей стремительно открываться и тут же закрываться вновь. Благодаря герметичности конструкции в пузырьке создается вакуум, что достигается путем откачивания примерно половины первоначально его заполнявшей жидкости. Пузырек с виду совершенно безобиден, но лишь только мелкий обитатель водной стихии — личинка комара или другого насекомого — коснется имеющегося на дверце волоска, мгновенно включается весь механизм: дверка раскрывается, вакуум тут же всасывает жертву вовнутрь, и столь же стремительно дверка захлопывается. Процесс осуществляется с фантастической скоростью, невооруженным глазом заметить ничего нельзя. Когда же ботаник Ллойд применил скоростную кинокамеру, он удивился: дверца открывается за доли секунды, а закрывается — за ‘/40 секунды.

Естествоиспытатель Бюсгэн подвел “физиологическую базу” под образ жизни этих хищников: оказалось, что растения, использующие животную пищу, развиваются в два раза быстрее, чем все остальные, добывающие пищу путем фотосинтеза.

Растения-хищники демонстрируют свою “поведенческую силу” довольно-таки жестоким, хотя и убедительным образом, беря часть жертвенного оброка со вскормленной флорой фауны. В мире флоры, однако, есть и другие примеры, показывающие, на что способны безмолвные и неподвижные растения. Речь пойдет о прекрасном тропическом цветке орхидее. Но прежде чем рассказать о ней, обратим внимание на то, как оборудован для встречи насекомого-опылителя похожий на нее цветок шалфея.

Шалфеи — очень щедрые на нектар растения, способные обеспечить пчел сильным и продолжительным взятком. Таким был в Рязанской и других областях Центральной зоны Европейской части нашей страны 1982 год, когда в отдельные дни семьи вносили в улей по 5—7 кг светлого и нежного нектара, собранного с одной из разновидностей этого растения.

“Экипировка” цветка шалфея для встречи “дорогого гостя” выполнена на “высоком техническом уровне”. Механизм действия этого природного технического устройства удалось понять благодаря кинокадрам, заснятым сверхтерпеливыми натуралистами.

Пчела, прекрасно осведомленная о щедрости шалфея, добраться до обильной капли нектара, залегающего в глубине цветка, может, лишь отодвинув мешающую ей “заслонку” — плечо тычинки, длинный конец которой вместе с пыльцевидным мешочком (пыльника-1 мм) висит над входом в цветок. Это и есть шалфейный “патент” на гарантированное опыление: вся тычинка выполнена в виде неравноплечего рычага. Отодвигая рычажок-заслонку, пчела тут же приводит в действие весь механизм и получает легкий удар по спине: опустившиеся пыльники тычинки немедленно раскрываются и обсыпают посетителя своей цветочной пудрой.

Получая щедрое вознаграждение нектаром, пчела без видимого беспокойства переносит такое “дружеское похлопывание” и вся обсыпанная шалфейными генами в цветастой обертке летит к очередному цветку. Насекомому никогда не удается наполнить свой медовый зобик только с одного цветка. Если бы растение “организовало” пчеле такой обильный стол, то жестоко бы просчиталось, не вынудив ее переносить пыльцу с цветка на цветок. Вот сборщица и мечется от одного источника к другому, наполняя нектаром свой зобик и одновременно делая нужную растениям работу.

Забравшись после первого визита на шалфей в очередной цветок со зрелыми рыльцами пестика, свисающими с верхней губы цветка, пчела неизбежно коснется его своей спинкой и передаст тем самым бесценный, хотя и ничего не весящий груз генов.

Итак, растение использует типичный прием животного — целенаправленное движение, причем заставляет двигать нужное приспособление само животное.

Несколько схож с шалфеем по своему устройству цветок орхидеи. Утолщенные его лепестки созданы, словно из нежной мягкой кожи, их даже хочется потрогать руками. Из центра цветка выступает массивный губовидный выступ. Вспомнив, что шалфеи относятся к семейству губоцветных, мы получаем объяснение уловленному ранее сходству.

Это сходство ничего доброго насекомым не сулит, конечно, не всем, а лишь самцам одиночных пчел видов— Eucera, Andrena, Corytes и др. Этих насекомых влекут к зацветшим орхидеям и запах, и форма центральной части цветка, где расположен пестик.

Вся структура и форма цветка уподоблены строению влагалищной части самок одиночных пчел. Обманутый явным сходством самец пытается безуспешно спариться и производит, в конечном счете, оплодотворение, но не самки, а… цветка орхидеи пыльцой, которую он принес после таких, же попыток от другого растения.

Шведские химики во главе с Куллебергом и Берг-стрюмом (1973) исследовали вещества, выделяемые цветками орхидеи, и обнаружили, что эти соединения химически подобны пахучим веществам самок пчел, у которых цветы “отбивают” их законных “кавалеров”,

Выходит, что самцы оказываются обманутыми растением дважды: его “химическими лабораториями” и “строителями-отделочниками”, ответственными за морфологию и внешнюю отделку цветка. На какие показания своих “приборов” – рецепторов им рассчитывать? Или, признав свое поражение от растения не только на химической арене, но и на арене поведенческих рефлексов, стоит решительно обновить “репертуар” своих собственных, не поддаваясь более на столь блистательные со стороны растения, но совсем не нужные для животного уловки?

ОБОРОННАЯ СТРАТЕГИЯ РАСТЕНИЙ. ЗЕЛЕНЫЕ МИСТИФИКАТОРЫ И ДЕЗИНФОРМАТОРЫ.

“Бермудский треугольник” дикого картофеля. — Прополисное чудо улья. — Ароматные смерчи.

Растение — первичный хозяин создаваемого органического вещества, с которого начинается вся цепь живого на планете, и обладатель неисчерпаемых химических возможностей широко их использует для сдерживания своих отношений с животными. Как мы только что видели, оно вполне владеет и приемами химической дезинформации. Растение использует тот факт, что у животных определенные вещества кодируют важную для выживания их популяций информацию. Такими веществами-знаками помечены у животных принадлежность к полу (половые феромоны), состояние тревоги и опасности, фуражировочные трассы и многое другое. Высшее развитие подобного рода химический язык получает у общественных насекомых. Он помогает им существовать, хотя порой превращается в “точку уязвимости”, которой пользуются  другие виды, способные “изобрести” аналогичные символы тайного информационного кода. Такими возможностями, оказывается, обладают и растения.

Вспомним проблему охраны нашего “второго хлеба” — картофеля. Кто не наслышан об опустошениях, чинимых на его плантациях колорадскими жуками, различными тлями и клещами? Человек всеми доступными ему средствами защищает полюбившуюся культуру, но расходует на это массу сил, дорогостоящих веществ, загрязняя ими и сферу обитания растения, и свою собственную.

Разумеется, если бы дикая форма картофеля столь же нуждалась в покровительстве человека, она не сохранилась бы до наших дней, а мы бы оказались без нашего “второго хлеба”. Неудивительно поэтому, что ученые, занявшись вопросом организации “обороны” у дикого штамма, обнаружили странную ситуацию: тот как бы и не замечает всех этих вредителей. В чем же стратегия и тактика такой обороны?

Английские ученые Гибсон и Пикетнт исследовали причину устойчивости “дикаря”, листья которого густо опушены волосками, к поражению тлями. Оказалось, что эти волоски вырабатывают вещество (фарпесен), которое идентично по своей структуре сигналу тревоги, используемому тлями как крик об опасности и оповещения своих сородичей в минуту гибели. Вещество легко летучее и распространяется по воздуху, где молекулам с небольшой массой полная свобода. Такой “летной формой” и обладают молекулы феромона.

Вот пример создания неодолимой преграды для неискушенных тлей: встретив растение, которое потоками исходящих от него молекул кричит на языке тлей “караул!”, они спешат поскорее убраться от подозрительного объекта, принятого было за соблазнительный источник съестного.

Выявляется, что растения — не только химические кудесники живого мира, но и величайшие дезинформаторы и мистификаторы. Ранее нам это продемонстрировала орхидея, а теперь и “волосатый предок” нашего картофеля. Таких фактов сейчас наука накопила множество. Причем большинство веществ-сигналов относятся к низкомолекулярным и летучим соединениям, которые неизощренное человеческое обоняние может воспринимать как неопределенный либо приятный запах.

Однако то ароматное облако, которое висит над любым и особенно зацветшим растением, на самом деле представляет собой целую зону химической маскировки и ложных следов. Растение зачастую выделяет ничтожное количество вещества, исследованием которого ранее пренебрегали химики, но его оказывается достаточно, чтобы сбить животное с верного следа.

Эти тонкости взаимоотношений растений и интересующихся ими насекомых объясняют тот найденный на практике закон, что хороший уход за растением порой лучше его защищает от вредителей, чем прямая война с ними дымом, ядом пли мыльной пеной. Если потребности растения максимально удовлетворены, оно способно осуществлять синтез всех необходимых ему защитных веществ по максимальной генетической программе. Когда же мы своим невниманием вынуждаем растение взять курс “на экономию”, оно начинает сворачивать часть наиболее дорогостоящих биохимических “производств”, к которым относится синтез нетипичных для общего метаболизма защитных веществ. Защитное войско слабеет, в его рядах становится меньше и веществ-дезинформаторов.

Результат — слабые места в обороне, куда и устремляются проворные существа — мелкие животные, а также и невидимые, но не менее опасные потребители: микробы, вирусы, споры грибов.

Венцом химической защищенности растения “от различных типов вредителей, пожалуй, служат те растения, которые избраны пчелами как поставщики особо важной для них смолы. Той, которая идет на приготовление прославленного и среди людей прополиса.

Пчелы хорошо осведомлены об оборонительной стратегии растений и различают среди них наиболее защищенные, с которых можно собрать избыток их охранного материала. Первые три места среди избранных пчелиным вниманием растений заняли береза, тополь и осина. Центр химической защиты у них сосредоточен на переживающем органе — пазушных почках.

Автор со своими сотрудниками подробно исследовал это вещество, в котором было идентифицировано более 50 различных соединений — главное “наполнение” прополиса в количественном смысле. Выделенные вещества оказались носителями самой различной активности: антимикробной, антигрибной, антпоксндантной (способность противостоять химическим атакам кислорода) и т. д. Однако исследованием остались мало затронуты вещества-дезинформаторы, сбивающие вредителей с верного пути. На их содержание в прополисе нам достаточно ясно указали жуки-кожееды, старательно обходившие кусочки тканей, пропитанные раствором прополиса. Причем наибольшей “отталкивающей активностью”*” для вредителей обладали фракции, содержащие повышенную концентрацию изопреноидов, в частности, ацетоксибетуленола и соответствующего спирта, то есть веществ — типичных имитаторов химических сигналов насекомых и других паразитов.

Пришелся не по вкусу прополисный дым и клещу варроа, все еще терзающему наши пасеки. И в этом случае очевиден эффект присутствия в ульевой смоле, поступившей с растения, веществ, вынуждающих паразита покинуть поле действия.

Состав этой части биосинтетической продукции березы, связанной с “обманной химией”,— наиболее изменчив, хотя на ее долю в количественном отношении приходится всего 5—7%. Мы можем, однако, предположить, что действенность информации далеко не всегда определяется массой ее носителей.

Вообще надо сказать, что для химиков, изучающих мир природы, вещественные отношения между растениями и другими видами живых существ — особо пленительная область исследований. Нападающие и обороняющиеся постоянно меняются местами. Не способное к перемещению растение неожиданно предстает как вооруженный “до зубов” гладиатор, который, отбиваясь, не только использует прямое химическое оружие — яды, отпугивающие вещества — антифиданты и репелленты, но и создает вокруг себя целые информационные смерчи, своего рода “бермудские треугольники”, где сбиваются показания “приборов” летающих и ползающих добытчиков съестного, спешно уводя животных из опасной зоны.

О многих неожиданных выводах, к которым ведет “химический срез” многофакторных отношений растений и среды, я рассказывал в своей книге “Защитные вещества медоносных пчел” (1982) и в обзоре многолетних исследований красного клевера (“Прикладная биохимия и микробиология”, 1984, № 6). С ними и может ознакомиться более глубоко заинтересовавшийся этими проблемами читатель.

Большая устойчивость “дикарей” к действию неблагоприятных факторов среды, которую мы ставим в пример селекционерам, имеет и обратную сторону: при отчуждении веществ и энергии из общего для организма “метаболического котла” на синтез сложных и энергоемких защитных веществ, растениям трудно отличиться в деле наращивания своей биомассы, то есть в урожайности. Причина в том, что селекционер, “выдавливая” из растения все большую продуктивность, может это сделать лишь за счет чего-то. В это “что-то” и попадают в первую очередь защитные программы растения, причем те, которые ведут к синтезу веществ, ограждающих растение от вредителей, не докучающих ему в настоящий момент. Здесь-то и кроется опасность: в настоящий момент не докучают, а после селекции, приведшей к еще одному чудо-сорту, вполне может быть, что и будут.

Вот и идет великая гонка селекционеров и спешащей за ними армии вредителей, словно бы заведомо знающих, что им будет, чем поживиться. Селекционеры, удрученные этим бесконечным марафоном, подсчитали, что гриб “бежит за их устойчивыми сортами с дистанцией всего в 5—7 лет”. Другого выхода у селекционера нет: лишь “демилитаризовав” растение, то есть, удалив с его генома участки, ответственные за производство избыточного количества защитных веществ и устойчивости, или заблокировав их, можно высвободившиеся химические силы направить на построение первичных продуктов метаболизма — белков, углеводов, жиров, именно тех соединений, которые составляют основу урожая и используются нами в качестве пищевого материала.

Защиту же человеку приходится брать на себя. Круг замыкается: убрав пестицидную химию из ведения “министерства обороны” растения, мы вынуждены создавать аналогичное ведомство у себя. Теперь лишь практика рассудит, какой путь эффективнее.

САМООЧИЩЕНИЕ БИОЦЕНОЗА

Паразиты и кибернетика. — Стойкость популяций. — Парадокс Агаджаняна, или как сшить смирительную рубашку для агрессора.

Антагонистические отношения с животными, казалось бы, несут растениям лишь один вред — разве можно говорить о “пользе быть съеденным”?

Сама такая постановка вопроса представляется совершенно бессмысленной и заведомо предполагает отрицательный ответ. Однако если посмотреть на события глазами “логики популяций”, то картина меняется: едоков, оказывается, тоже следует различать.

Любое растение рано или поздно погибает, причем не только от болезни и “преклонного” возраста, но и по физической причине: удара молнии, затопления, сильных морозов, урагана, засухи, повреждения животным, человеком и т. п. Погибшие великаны, если это древесные растения, быстро превратят в унылое кладбище любой ранее украшенный их зелеными кронами участок суши и юным растениям того же вида не останется “места под солнцем”, если не будет оказана нарушенному ландшафту помощь со стороны… организмов-разрушителей. Не лучшее положение ждали бы и ласкающие наш взор и обоняние, цветущие поля и луга.

Непростая химическая работа — съесть и мертвое дерево, которое всей своей химической силой оборонялось от врагов. Его кора и древесина напичканы малосъедобными, а то и токсическими веществами для большинства видов “древопоедателей”. Тем не менее, отживший ствол, не говоря уже про ветви и листья, постепенно превращается в труху и, рассыпаясь мелкими частицами, вновь возвращается во взметнувшую его ранее вверх почву.

Следовательно, съедают и его. Как это происходит? Возле упавшего дерева быстро формируется специфическая экологическая ниша, где погибший великан притягивает целый сонм лесных пришельцев. Среди них преобладают “специалисты” по усвоению именно этого материала, главным образом грибы-дереворазрушители. Они способны переваривать самые трудноусвояемые пищевые композиции или, как говорят ученые, субстраты. Грибы обычно дополняются микробами, личинками различных насекомых, многие из которых “путешествуют” от одного выбывшего из жизни растения к другому целым специализированным “войском”, или “санотрядом”. Совместная обработка неживого растения идет эффективнее и она, конечно, совершенно необходима для поддержания “здоровья” биоценоза и любого представленного в нем вида.

Таким образом, результат “работы” организмов-разрушителей здесь явно положительный, они — природные чистильщики биосферы от всего отжившего.

Однако есть и другие едоки, которые предпочитают питаться живыми растениями. Это уже “чистые” вредители, и необходимость их присутствия в разноплеменном сообществе всех видов не столь очевидна.

Не обнаруживая этой очевидности, и ведет с ними тотальную войну человек всеми доступными ему средствами. Сила и эффективность их сопротивления показывают нам, однако, что позиции этих “источников зла” очень прочны. Они словно бы питаются самой этой борьбой с ними, превращая направленную на них энергию уничтожения в силу собственного созидания и процветания. Смысл этого парадокса недавно объяснил кибернетик И. Агаджанян (1983).

Он рассмотрел популяцию как известную кибернетическую модель “черного ящика”, который имеет на выходе убыль ее особей, а на входе — их восполнение “внутренними средствами”. Из фундаментальных положений кибернетики следует, что такая система будет устойчива лишь при условии обратной отрицательной внешней связи. Это означает, что любая попытка извне сократить ее численность будет неизменно стимулировать размноженческие инстинкты системы изнутри, что и известно в практике как “вспышка возрождения”. Самки при этом становятся более плодовитыми, самцы активнее, увеличивается число приспособительных мутаций и т. д., вся популяция резко активизируется, включая свои “стратегические ресурсы”. Объявив вредителям тотальную химическую войну, человек стал бороться с ними не самым перспективным методом: уровень биологической организации структуры вида оказался выше уровня применяемого против него оружия.

А  нельзя ли таких паразитов ограничить как-то по-иному, используя не примитивные “химические кулаки” пестицидной химии, а стратегию “бермудского треугольника”, столь успешно применяемую “волосатым предком” картофеля, или методы сверхзащиты почек — предтечу прополиса, или изощренность орхидеи? Иными словами — подтянуть оружие химической защиты под уровень биологической контрзащиты.

Оказалось, что это возможно, поскольку в списке растений — кормильцев человека — лишь сравнительно небольшое число видов. Можно надеяться, что поколения химиков не устанут в соревновательном марафоне человек — враги “его” растений и смогут обеспечивать все более квалифицированную и надежную индивидуальную защиту каждого. Успешные примеры новой тактики уже есть. Особую эффективность показали приемы химической дезинформации по “методу” прекрасных орхидей.

Смысл приемов заключается в том, что химик, установив строение полового феромона — вещества, несущего код о половой принадлежности особи (самки), снабжает им специальные ловушки. Их вывешивают на участках, подлежащих охране от вредителей в период массового размножения. Влекомые природным запахом, самцы массами набиваются в ловушки, где их ждет, однако, не желанная особь, а наш не потерявший еще токсической силы пестицид или вещество-стерилизатор, лишающее самца возможности выполнить свое предназначение. Половые феромоны все более широко используются в борьбе с вредителями сельского хозяйства и охране лесов.

В любом случае ясно одно: без содействия химиков высокой урожайности растений добиться невозможно. “Работая” на два фронта — наращивая свою биомассу (продуктивность) и строя надежную защиту, растение всегда скрывает от нас свои истинные возможности, которые оно может проявить лишь на фоне “мирного сосуществования” с другими видами.

Такие отношения и объединяют нектароносные растения с насекомыми-опылителями. Однако не только с насекомыми. В таких же отношениях находится с некоторыми растениями и сам человек.