РАСКРЫТЫЕ И НЕРАСКРЫТЫЕ ТАЙНЫ БЕРЕЗ
(Лесные таксономисты. — Зимние и летние «сны» почек. — Разгадка феномена Гонэ. — Ошибка пчеловода. — Поклон березе.)
Теперь вернемся к более северным и свободно расселенным березам и постараемся разобраться в причинах тех несоответствий, которые вынудили нас искать истину в обезлесенных просторах Рязанской области. Почему жо выделения пазушных почек березы бородавчатой в лесистом Подмосковье не всегда эквивалентны по составу накапливаемому в ульях прополису?
Как мы выяснили в дальнейшем, причина этого — слишком большой выбор берез для тех двух-трех десятков пчел, которые в каждом улье состоят на «прополисной службе». Семье достаточно найти одно-единственное дерево, чтобы с избытком удовлетворить свои потребности в прополисе. На одной березе среднего возраста 200—300 тысяч почек, каждая выделяет более 1 мг смолы, что позволяет собрать как минимум 200—300 г смолы — намного больше, чем семье нужно на целый год.
Наибольшим постоянством состава, максимально сближенным с составом реально накапливаемого в улье прополиса, обладают почки березы пушистой (Betula pubescens). Сами почки этой березы, гораздо более крупные и маслянистые, чем у других, значительно облегчают пчелам наполнение их переносных корзиночек целебным веществом.
В отсутствие березы пушистой и других эффективных доноров прополисных смол пчелы переключаются на сбор менее обильных выделений березы бородавчатой, что мы и выявили в деревне Комаровке Рязанской области. У последней же, как уверяют ботаники, много переходных и гибридных форм с первой, так как оба вида соседствуют в биоценозе и легко переопыляются. Эти формы зачастую трудно отличить от более «чистых» представителей каждого вида.
С такой трудностью я со своими коллегами столкнулся при обследовании почек карельской березы.
Разработав очень эффективные методы анализа таксономически важной группы веществ, мы обратились в Институт леса Карельского филиала АН СССР с просьбой прислать нам немного почек этого столь почитаемого любителями красивой мебели дерева. Специалисты института, очень увлеченные люди, немедленно откликнулись на просьбу, снабдив нас тремя 100 г порциями почек. Все они были собраны в одно и то же время, но с разных деревьев карельской березы. Химический анализ экстрактов почек показал, что одно дерево дает «зимний» вариант, который соответствует по главным компонентам березе пушистой, а почки двух других по своим экстрактам были аналогичны образцам так называемой «чистой» бородавчатой, или «пробужденному» варианту исследованных нами ранее бородавчатых форм, содержащих на шесть соединений меньше.
Таксономисты считают, что карельская береза выщепляется лишь из обыкновенной бородавчатой, и такой неожиданный результат анализа наводит на серьезные размышления: не может ли быть в карельской березе «примесь» генов от легко скрещиваемой с нею пушистой?
Если судить по анализу почек одного из трех деревьев также заведомо карельской березы, она отличается от нашей бородавчатой неспособностью продуцировать по меньшей мере два соединения — флавонолы кемпферол и изорамнетин. Эти вещества и могут послужить исходной точкой для распутывания клубка филогенетических сложностей с важным для народного хозяйства подвидом.
Пчелы же имеют преимущество перед химиками, им нет дела до наших таксономических трудностей. Чутко поводя своими антеннами, в которых находятся химические рецепторы — их собственные химико-таксономические лаборатории, они прямо летят к нужному виду, нагружая себя наиболее обильными и биологически ценными ношами.
Пользуясь своими антенами прямо летит к нужному виду
Березы ждут новых исследователей, которые будут снова общипывать их почки в надежде выведать разгадку еще одной и, как всегда, далеко не последней тайны.
Теперь мы можем задать себе вопрос, какова польза березе от того, что пчелы собирают с нее прополис? Мы видим, что далеко не каждое дерево пчелы удостаивают своим вниманием. Допустим все-таки, что визит состоялся. Возникнет ли какая-либо обратная положительная связь для дерева?
Для данного дерева, возможно, и нет, но для популяции в целом, по-видимому, да. Пчелы — явно активный элемент в эволюции цветковых растений, к которым относится и береза. Последняя много лучше чувствует себя в окружении подобных ей цветковых растений, чем когда ее колючим смертельным кольцом сдавливает извечно более сильная соперница — ель, дошедшая до нас из седых глубин древности. Активно переопыляя более совмещенные с березой цветковые растения, пчела сдвигает равновесие в благоприятную для нее сторону.
Ничтожный размер «дани», которую пчелы берут с почек берез, позволяет думать, что главным критерием отбора на эффективность защитных смол было не тайное сотрудничество берез с пчелами, а необходимость более прямой обороны почек и самого дерева от разнородных вредителей, жаждующих полакомиться зеленым листом или плотно сбитой почкой.
От этого, вероятно, зависит и непостоянство состава выделений пазушных почек у большинства берез, заселивших наши леса. Березовые почки начинают сочить смолистую массу лишь в очень теплую пору лета, когда резко возрастает опасность от холоднокровных растительноядных насекомых, клещей и различной микрофлоры. Меняя состав своих выделений, береза не дает паразитам приспособиться к ее защите и в результате, как мы видим, вполне благоденствует.
Было ясно, что необычайная сложность состава березовых почек, а вместе с ними и прополиса, связана с тем, что они буквально напичканы веществами против любого типа вредителей. Чего же лучшего желать пчелам?! Занимаясь биологически активными веществами прополиса, я в первую очередь заинтересовался теми, которые имеют отношение к феномену Гонэ. Так мы у себя в лаборатории назвали явление, открытое в опыте французского естествоиспытателя, заключающееся в способности пчел подавлять рост и развитие растений. Вспомним, что пчелы, в улей к которым вкатывают клубень картофеля, тут же лишают его радости превратиться в развесистый куст, замазывая точки роста (глазки) каким-то веществом. Гонэ не сомневался, что это прополис. Я же, со своей стороны, не сомневался, что секреты прополиса надо искать в почках, и стал со своими помощниками подробнейшим образом исследовать ингибиторы роста — вещества, которые и вызывают его задержку. Ингибиторы роста — химическое оружие не только обороны и консервации, по и нападения. Про ту же березу известно, что она может и пассивно обороняться, и стать «охлестывателем», то есть подавить развитие слишком близко расположенных с ней растений. Неспособная справиться с елью, для всех остальных береза сама — очень сильный конкурент.
Было много серьезных оснований заниматься ингибиторами роста, и береза как объект представлялась особенно удачной. Решив сосредоточиться на ней, я со своими коллегами выбрал в подмосковном лесу те деревья, которые по морфологическим критериям отвечали требованиям истинной «бородавчатости». Проследив за этими березами в переходное время года, мы также обнаружили выраженную способность изменять химический состав почек в связи с фазами зимнего покоя и пробуждения.
После завершения разработки весьма эффективных методик анализа присутствующих в почках веществ мы, наконец, приступили к главному — поиску в экстрактах почек конкретных соединений, обусловливающих способность тормозить рост.
Экстракт покоящихся и пробужденных почек разделили методом хроматографии на 10 фракций и исследовали каждую на подавление роста выращенных в темноте проростков пшеницы — колеоптилей.
В принципе мы установили то, что и ожидали: почти все полученные фракции проявляли ростингибирующую активность, причем экстракт зимующих почек обладал гораздо большей ростингибирующей активностью, чем пробужденных. Поэтому мы сосредоточили внимание на более богатых ингибиторами зимующих почках и в результате длительных исследований выделили все шесть основных соединений, обусловливающих этот эффект. Они подавляли растяжение (рост) клеток колеоптилей пшеницы и, кроме того, прорастание семян горчицы в чрезвычайно малой концентрации (табл. 2).
Таблица 2. Биологическая активность ингибиторов роста, выделенных из прополиса
Все выделенные соединения образуют ростингибирующий комплекс, поскольку появляются и исчезают в почках одновременно. В тех же почках мы нашли и абсцизовую кислоту — очень сильный ингибитор роста, о которой упоминали ранее, обнаружив ее в меде с суллы. Абсцизовая кислота присутствует, однако, и в пробужденных, и в зимующих почках, поэтому она не входит в биосинтетически сцепленную группу веществ, и ее нельзя включать в видовой комплекс ингибиторов.
Совместное действие этих веществ надежно подавляет растительные процессы и объясняет не только феномен Гонэ, поскольку прополис имеет все те же вещества ростингибирующего комплекса, что и почки, но и очень важные опыты американского ученого П. Беринга. Он впервые вызвал искусственным путем покой еще не «уснувших» растений, обрабатывая их экстрактами спящих березовых почек.
Не приходится пояснять, сколь важна регуляция зимнего покоя для повышения устойчивости наших растений. Овладение ею приближает время, когда по желанию агронома культурные растения, получив солидную дозу «снотворного», будут своевременно погружаться в спасительный для них сон и пробуждаться, когда минует опасность губительных возвратов холода. Так, исследования прополиса непосредственно затрагивают принципиальные основы химической устойчивости растений.
В результате описываемых исследований «послужной список» у березы расширился: у нее выявилась еще одна очень важная и необычная «обязанность» — содействовать пчелам в их сражениях с видимыми невидимыми вредителями.
Удивительная близость химического состава почек главной частью прополиса как будто бы подрывает «авторитет» прополиса, указывая на путь к замене этого дефицитного материала. Действительно, уже сейчас березовые почки заготавливают в значительных количествах как побочный продукт при промышленной рубке леса и отправляют на фармацевтические предприятия. При заготовках же прополиса нужно действовать крайне осторожно и знать меру: он очень нужен и самим пчелам.
Березовые почки заготавливают при рубке леса
Видимая безнаказанность в нарушении бактерицидной «рубашки» ульев — одна из причин участившихся болезней пчел на наших пасеках. Пчеловоды, конечно, обрадовались, когда прополис обрел такой спрос. Они и раньше, не ведая о последствиях, при каждом осмотре проводили «профилактическую» чистку улья, удаляя все наросты мешающего их манипуляциям материала, а потом сетовали на участившиеся болезни. Пчелам прополис необходим в основном не для того,: чтобы бальзамировать врагов. Такое «ЧП» в ульях случается нечасто, поскольку дикие обитатели окружающих пасеку угодий хорошо осведомлены о «вооруженности» и «решительном характере» этих насекомых. Тонким слоем прополиса пчелы покрывают стенки своего жилища и его потолок, поэтому улей, особенно находящийся на солнце, словно бы дышит эфирными маслами прополиса и впитавшимися в него ароматами нектара и пыльцы, проявляющих сходную антимикробную активность.
Более того, пчелам нужен постоянный запас прополиса и для не останавливающегося ни на минуту конвейера по выращиванию личинок. Тончайшим слоем этого вещества они покрывают стенки ячеек — будущих колыбелек личинок, создавая им стерильность «родового» периода.
Очень много «обязанностей» у прополиса, и его постоянное присутствие в улье обязательно.
Это правило должно быть непреложным для всех пчеловодов, а особенно сейчас, когда многие пасеки страдают от варроатоза. Болезнь вызывает клещ варроа, размножающийся на личинках пчелы. Вообще клещи в природе очень распространены — их многие тысячи видов, причем большинство паразитирует на растениях. Весьма логично в таком случае предположить, что сверхустойчивая береза и ее почки непременно должны иметь защиту и от этих восьминогих потребителей зелени.
Действительно, когда улей стоит на солнце, клещу варроа в семье делается почему-то неуютно. То же относится и к возбудителям других «прилипчивых» болезней: гнильцам, нозематозу. Явно, что аромат смол, вносимых пчелами в улей, каким-то образом отталкивает их неприятелей.
Чтобы усилить действие защитных смол, мы с пчеловодом Московской селекционной станции В. Т. Шкурат применили «прополисный дым» против клеща («Пчеловодство», 1980, № 1). Дымом сжигаемых в дымаре всяческих отходов прополиса мы окуривали пчел, и этот прием наряду с другими зоотехническими мероприятиями способствовал существенному оздоровлению пасек.
В нашей лаборатории был обнаружен в почках березы, а также и самом прополисе один из таких противоклещевых агентов — нафталин.
К сожалению, в лесах средней полосы преобладают пушистая и бородавчатая березы. Если бы в них росла желтая, то варроатоза должно было быть меньше: немецкий ученый В. Трайбс еще в 1938 году нашел, что один из главных компонентов ее почек — нафталин. Из почек нафталин можно даже выделить в кристаллическом виде, причем именно он придает почкам этой березы особый ни с чем не сравнимый запах.
Применили прополисный дым против клеща
Нафталин очень активен против клеща (если не нарушать правила применения), его и рекомендовали использовать, и запрещали, справедливо опасаясь абсорбции медом. Наконец, оказалось, что нафталин — один из естественных акарицидов смолы, вносимой в ульи самими пчелами!
Теперь нафталину — вновь зеленая улица на наших пасеках.
Без сомнения, в прополисе и его смолах-предшественницах есть и другие, возможно еще более активные, вещества против клеща, так что у химиков работы не убавляется.
Пчеловоды уверены, что на их пасеках сейчас пчелы болеют чаще, чем раньше, когда жили в дуплах деревьев. Конструкция современного улья, оборудованного рамками, позволяет в любой момент вмешаться в жизнь семьи, однако легкость, с которой человек может нарушить целостность гнезда при незнании его экологических законов, таит в себе много опасностей, и первая среди них — болезни. Оказалось, можно сравнить жизнеспособность тех и других пчел благодаря тому счастливому обстоятельству, что в заповедных, мало тронутых человеком местах еще до сих пор сохранились очаги дикоживущих насекомых. Особую славу среди таких «аборигенов» приобрели бурзянские пчелы, обитающие в лесистых предгорьях Урала на территории Башкирской АССР.
Сравнительные испытания диких семей и тех, которые уже долгие годы «опекаются» человеком, показали явное превосходство первых (Е. М. Петров, 1980). Нрав этих пчел, правда, покруче, ведь в местах их обитания хозяйничает бурый медведь, зверь очень решительный и упорный, особенно когда дело касается меда и пчелиного расплода. О «притязаниях» косматого сладкоежки хорошо осведомлены бортники, люди редкой, практически исчезающей профессии. Занимаясь добычей меда и воска в глухих местах, устраивая борть, они обязательно организуют и противомедвежью защиту.
В своем очерке «Дикий мед» журналист В. М. Песков рассказывает о том, как они это делают. Найдя на хорошо освещенном месте старое, но живое дерево (лучше сосну или лиственницу), возраст которой обычно не менее 200 лет и диаметр ствола не менее одного метра, бортник взбирается на него и топором и стамеской выдалбливает в нем полость для жилища пчел высотой около метра и чуть меньше шириной. Поместив во внутрь ее 2—3 крестовины для укрепления сотов и сузив вставками входное отверстие, бортник не забывает подвесить перед летком бревно диаметром 20—30 см. Когда медведь взбирается на дерево и начинает взламывать гнездо, он отодвигает метающее ему бревно в сторону. Естественно, что бревно возвращается в исходное положение и ударяет зверя. Раздраженный медведь отшвыривает его дальше, Усиливая первичный эффект. Так повторяется до тех пор, пока оглушенный очередным ударом зверь не сваливается на землю.
Никакого ухода за пчелами в течение сезона не ведут. Пчеловод-бортник появляется лишь осенью и забирает излишек заготовленного семьей корма — обычно 2—2,5 ведра сотового меда, словно бы в уплату за аренду удобного жилища. На зиму семьям всегда оставляют достаточно корма, пчелы в таких условиях прекрасно зимуют, семьи быстро усиливаются к главному медосбору и, как показало обследование сохранившихся бортевых хозяйств, мало болеют.
Бортевых пчел, конечно, лишь условно можно назвать дикими, но контакт человека с маленькими лесными обитателями всегда был максимально щадящим. Семья, попавшая под опеку бортника, оказывалась в благоприятных условиях: ее окружала природно уравновешенная и богатая флора, в не перегруженной пчелами местности отсутствовали контакты с больными семьями, человек защищал пчел и от непрошеных гостей. Главное же, очевидно, в том, что в течение всего сезона в гнезде сохраняется неприкосновенная бактерицидная «рубашка», обильно пропитанная смолами произрастающих рядом растений. А в этом уже заслуга прополиса.
Своей способностью подавлять развитие микробов и, что особенно ценно, тех из них, которые обрели устойчивость к антибиотикам, он и привлек пристальное внимание человека.
Что можно сказать о веществах, ответственных за антимикробное действие прополиса? Добавляют ли пчелы к смоле растений свои собственные вещества, помимо нейтрального воска, или им достаточно «силы» принесенных? Чтобы ответить на эти вопросы, пришлось объединить усилия химиков и медиков и провести совместную работу с коллегами из Центрального научно-исследовательского института по стандартизации и контролю лекарственных средств. Спиртовые экстракты прополиса и почек березы, вбирающие в себя всю активность, разделили на 10 равных фракций и каждую из них испытали на способность препятствовать развитию микробов.
Фракции получили методом хроматографии на пластинках силикагеля, используя смесь растворителей этилацетата и гептана в соотношении 1:1. Те фракции, которые имели среднюю полярность (Rf 0,4—0,5), проявили заметную антибактериальную активность. Она не была высокой, но сохраняла ценное свойство — угнетать развитие антибиотикоустойчивых штаммов.
Особенно важным было то, что биологически активные фракции, выделенные из прополиса и из почек березы, имели одинаковые хроматографические характеристики и, следовательно, могли содержать одни и те же вещества. Чтобы окончательно удостовериться в этом, к работе приступили химики. На полученных хроматограммах четко выявились три основные группы пиков, которые соответствовали веществам, находящимся в исследуемых образцах.
Полностью удалось идентифицировать пики двух групп соединений. Одна из них включала флавоноиды (акацетин, эрманин и пектолинарингенин), вторая — ароматические кислоты (бензойную и п-кумаровую). И кислоты и флавонол эрманин (схема 6, 7) обладают хотя и не высокой, но регистрируемой активностью. Однако вещества этих двух типов встречаются и в соседних фракциях, не обнаруживших повышенной активности, поэтому мы пришли к выводу, что важную роль в активности играют те 3—4 вещества третьей группы, строение которых окончательно установить пока не удалось. Масс-спектрометрический анализ показал, что в их молекулах содержатся остатки моносахаридов (главным образом глюкозы), поэтому они могут способствовать активности и косвенным путем — повышать растворимость в водных фазах других биологически активных, но менее «водолюбивых» (гидрофобных) компонентов фракции.
Таким образом, и эта серия экспериментов подтвердила ранее наметившуюся закономерность: источником биологической активности прополиса служат почки избранных пчелами растений. Легкая стандартизуемость этого материала, доступность зимних почек березы, тополя, делают их перспективным сырьем для химико-фармацевтической промышленности.
Заменят ли эти препараты лечебные мази, растворы, изготовленные непосредственно из самого прополиса?
В лаборатории мы провели сравнение: разделили методом хроматографии спиртовой экстракт прополиса березового типа и идентичных ему по основному составу почек. В результате этого оказалось, что масса наиболее подвижных фракций у прополиса значительно меньше.
О чем это говорит? По-видимому, о том, что температура в улье (+34—35оС) достаточно высока для эфирных масел прополиса, содержащихся именно в этих фракциях и понемногу удаляющихся при его «пропаривании» в улье. Не в этом ли причина того, что пчелы не стремятся заготавливать слишком большое количество прополиса, а предпочитают его обновлять каждое лето?
Интересно и другое: в теплом улье происходит не только удаление летучих соединений из прополиса, но и поглощение новых. Пчелы, добавляя в прополис до 30% воска, превращают его в смолисто-восковую пластинку, которая активно адсорбирует и те эфирные масла, которыми столь полон улей во время массового приноса нектара, пыльцы и переработки их в мед и пергу. В этом смысле первенство прополиса как совершенно особого продукта природы, в создании которого в той или иной степени принимают участие десятки различных видов растений, вне сомнения, сохранится и в будущем.
Необычные свойства прополиса помогли решить совсем неожиданную задачу. К нам в лабораторию обратились за советом и помощью работники, ответственные за сохранение различных музейных экспонатов и художественных ценностей. Срочно требовалось средство защиты от жуков-кожеедов, всеядность которых далеко не отражается их названием. Они способны уничтожать не только изделия из кожи, но и различные холсты, гобелены, коллекции редких семян и множество других материалов, имеющих природное происхождение.
Искомое вещество должно было, с одной стороны, не вредить самим бесценным экспонатам, зачастую очень ветхим, а с другой, — весьма эффективно отпугивать прожорливых жуков.
Нам показалось, что прополис идеально подходит для этих целей: не случайно же скрипки прославленного Страдивари, покрытые прополисным лаком, до сих пор сохраняют свое звучание? И пчелиный клей, действительно, оправдал надежды: кусочки шерстяной ткани после их пропитки спиртовым раствором прополиса полностью утрачивали привлекательность для проголодавшихся жуков. Значит, запах прополиса приятен далеко не всем видам, способным к самостоятельному перемещению.
Таким образом, мы видим, что почка обладает исключительно богатым набором соединений, которыми защищает себя от различных непрошеных гостей из внешнего мира. Доля этих веществ в скромном по виду органе велика: из свежесобранных зимних почек березы органический растворитель извлекает до 40% веществ, идентичных тем, которые потом оказываются в прополисе. В меде же па долю защитных веществ приходится менее 2—3% массы. Мед — это только пища, прополис же — «оборонительная система».
Итак, вся основная загадочная сила прополиса идет от растений — его доноров, в первую очередь от березы. Создав удивительно эффективную систему защиты, береза занимает видное место среди других пород деревьев.
В глобальном масштабе она одолела и свою конкурентку ель. Береза первенствует по доле в общей залесенности страны и по мировому ареалу: она распространена от верхних склонов южных гор до форпостных участков леса далеко за Полярным кругом.
Границы ее расселения на востоке очерчиваются океанской кромкой, на западе же ее владения простираются через всю Европу и захватывают умеренные и средние широты западного полушария.
Не мудрено, что пчелам береза доступна почти повсюду, чем объясняется в конечном итоге столь поразивший нас факт постоянства состава многих образцов прополиса, собранных с пасек, разбросанных «от Москвы до самых до окраин».
Следуя примеру пчел, создавших столь неодолимую оборону для различных вредителей, человек должен кое-что полезное позаимствовать у березы. Конечно, мы не в состоянии, как пчелы, набирать достаточное количество микроскопических капелек — слезинок почек, но можем, исследуя их, уяснить принцип защиты, воплотив его затем в новые вещества и их комплексы. Это и есть призвание человека: поняв природу, создать еще более совершенные вещества, механизмы и формы.
А березы и пчелы издавна выделены людьми как особо любимые и почитаемые. Наука лишь добавила славы обеим да поведала о тайном покровительстве белоствольных красавиц бессменным служительницам цветущих трав и лесов.
Человеку есть еще о чем подумать, слушая в летний день лепет березовых листьев и звенящую музыку пчелиного полета.
