Валерий Балаян - Химический язык насекомых
Вещества, обладающие свойствами ювенильного гормона, обнаружены в тканях различных живых организмов: от растений до человека. Расшифровав строение молекул этих веществ и выяснив их роль в росте и развитии насекомых, ученые предложили использовать подобные соединения в качестве нового оружия против многочисленных вредителей полей, садов, лесов и виноградников.
В настоящее время известно более 500 ювеноидов, которые по своей активности не уступают самым токсичным ядам. И если любое искусственно синтезированное химическое оружие — инородное тело для организма насекомых, то ювенильный гормон — «родной» регулятор химии шестиногих. Достоинство новых инсектицидов — безвредность для окружающей среды и высших животных. Ученые всего мира начали работать над созданием еще одного чудо-оружия. Уже сейчас получены хорошие результаты в борьбе с дубовой листоверткой и чехлоноской, повреждающими лиственные леса. Однако и здесь насекомые преподнесли ученым сюрприз, приобретая иммунитет к своим «ядам».
Кроме веществ внутренней секреции насекомых на синтез «молекул любви» влияет пища этих животных. При изучении поведения бабочек-данаид была обнаружена двойная роль растительных алкалоидов в жизнедеятельности этих насекомых. Эти вещества, необходимые бабочкам для биосинтеза половых феромонов, выполняют также и защитную роль.
Жуки-короеды тоже используют вещества, извлекаемые из растений двумя способами. Так, например, мирцен — мужской феромон жуков выделяется ими из пищи без изменений, а вербенол и вербеной они синтезируют, изменяя исходные структуры растительных соединений. Смесь этих компонентов можно было бы использовать как идеальную приманку для отвлечения самок короеда от сосны. Однако необходимо отметить, что все превращения растительных веществ в феромоны насекомых не обходятся без участия микроорганизмов, обитающих в кишечнике шестиногих. Так, у короедов обнаружены бактерии, которые превращают пинен в вербенол, а присутствующие гам грибы-симбионты окисляют вербенол до вербенона. Такая экологическая связь между растениями и насекомыми, по-видимому, и определяет привлекательность тех или иных деревьев для колонизации их жуками. Бабочки-данаиды и жуки-короеды — немногие из шестиногих, которые в процессе эволюции приобрели способность использовать химию растений для взаимоотношений между полами.
Интересно, что медоносная пчела получает свой следовой феромон — монотерпен гераниол также непосредственно из растений. Этот аттрактант насекомые извлекают из ароматических веществ цветков, а затем применяют для указания источников пищи. Пчелы рода тригона используют для подобной цели соединение растительного происхождения — бензаль-дегид. Это вещество с миндальным запахом (образуется из цианогенного гликозида прунасина) — идеальный феромон для мечения пищи. Дело в том, что он, по мере того как пища используется насекомыми, теряет свою биологическую активность и в результате окисления превращается в неактивную бензойную кислоту.
Исследования показали, что феромоны растительного происхождения можно обнаружить не только в теле насекомых, но также в самом растении. Так, у голосеменных растений обнаружен борнилацетат, который вызывает возбуждение у самцов американского таракана уже в концентрации 0,07 мг/см³. Причем D-изомеры этого соединения более чем в 100 раз активнее L-изомеров. При обследовании 100 видов покрытосеменных растений обнаружено, что 8 из них содержат феромоны таракана.
У насекомых далеко не всегда ведущую роль при сближении особей противоположного пола играют самочки. Ученые обнаружили, что примерно у 107 видов шестиногих самцы первыми начинают «объясняться в любви». Более чем у 280 видов первое «слово» за самочками, но существуют и такие насекомые, у которых выражено равноправие и обе особи обладают этой удивительной способностью к химическому общению.
Для «объяснения в любви» насекомые чаще используют не одно химическое соединение, а сложную смесь летучих веществ, которые выполняют различные функции в привлекающем запахе. Наряду с основным компонентом полового феромона в секретах бабочек и жуков присутствуют молекулы-синергисты (вместе действующие), которые усиливают зов самочки, и соединения-антагонисты (оказывающие противоположное действие), которые лишают «молекулу любви» ее привлекательности. Такой многокомпонентный состав тонко регулирует брачные ритуалы насекомых.
Опубликована гипотеза, авторы которой считают, что компоненты полового феромона образуют что-то вроде многослойного пахучего облака. Самцы насекомых, используя свои «носы-антенны», анализируют эту сложную композицию запахов и находят единственно правильный путь к самочке.
Американские энтомологи Вильсон и Боссерт рассчитали форму и размеры пространства действия полового феромона непарного шелкопряда в природных условиях. Оказалось, что пахучее облако представляет собой эллипсоид — этакое веретено длиною несколько километров и шириною около 200 м.
В пользу предположения о сложном составе феромонов свидетельствует траектория полета самцов, ведущих поиск подруги, а также более низкая активность искусственных феромонов по сравнению с запахом самочки. И, несмотря на это, всего 10–7 мкг синтетического вещества достаточно, чтобы привлечь 100 самцов непарного шелкопряда к ловушке, а для тутового шелкопряда и того меньше — всего 1000 «молекул любви».
Если бы было возможно собрать все количество полового феромона, синтезируемое одной самкой непарного шелкопряда в течение двух с половиной лет, то эта небольшая доза привлекла бы к ней около миллиона возбужденных самцов.
Кроме «молекул любви», в жизни шестиногих обитателей планеты большую роль играют и другие не менее загадочные вещества, участвующие в общении насекомых.
Мозаика запахов
Из всех видов насекомых, живущих на земле, особым вниманием человека всегда пользовались общественные насекомые — пчелы и муравьи.
Еще в Древнем Египте пчелу почитали священным животным за ее бесстрашие, презрение к опасности и смерти, любовь к чистоте и порядку. Этому полезному насекомому поклонялись когда-то жители Индии и Греции.
«Разум» муравьев издавна поражал воображение человека, который в их поведении видел черты жизни общества. «Пойди к муравью, ленивец. Посмотри на действия его и будь мудрым. Нет у него ни начальника, ни приставника, ни повелителя; он заготовляет летом свой хлеб, собирает во время жатвы пищу свою». Эти слова царя Соломона подтверждены опытами энтомологов. В одном из прибрежных районов Средиземного моря были обнаружены уникальные сообщества муравьев, которые «освоили» сельскохозяйственные профессии. Они занимались не только сбором и хранением пищи, но и выращиванием урожая.
На протяжении всей истории человеческого общества пчелы и муравьи привлекали к себе внимание философов и писателей, ученых и просто любителей природы. Проникая в тайны мира общественных насекомых, исследователи всегда искали ответ на вопрос, как уживаются под одной крышей многочисленные семьи и общины этих шестиногих, ведь только в одном пчелином улье — около 60 тыс. жителей. Трудно договориться и мирно жить в такой многонаселенной квартире, если жильцы не умеют распределять свои обязанности и общаться между собой. Сейчас хорошо известно, что пчелиная семья представляет собой организованное сообщество, состоящее из матки, нескольких сотен трутней (как доказали ученые, они вовсе не бездельники) и пчел-работниц.
Что касается колонии муравьев, то кроме самки-царицы и самцов, которые погибают после спаривания, большую часть муравейника составляют рабочие особи. Они строят и охраняют гнездо, контролируют прирост семьи, добывают и приносят съестные припасы, охраняют территорию, кормят самочек и молодняк, а также соблюдают гигиену жилища. Муравейник — это высокоорганизованное сообщество, в котором каждый член имеет свою профессию и может менять ее в зависимости от нужд колонии. Если познакомиться поближе с хозяйством подземных городков, то на их улочках можно встретить муравьев «строителей» и «скотоводов», «легионеров» и «грибоводов», «охотников за рабами» и «воришек», «хранителей меда» и «нахлебников». И так же, как пчелы, муравьи имеют свой язык, который помогает им направлять свои действия и вести общественный образ жизни. Какой же язык выбрали общественные насекомые для своего общения?
Ответ на этот вопрос начнем со слов известного французского ученого, профессора энтомологии Реми Шовена: «Надменные лингвисты сейчас же принялись поучать нас, толковать о том, чем является язык и чем он не является, и по каким причинам пчелы навсегда лишены права говорить».
Что же вывело из себя дотошных лингвистов? Виною тому было сообщение об опытах ученого-энтомолога, знатока жизни и поведения пчел Карла Фриша. Проводя долгие часы у стеклянных ульев, исследователь обратил внимание на странные движения, похожие на своеобразный танец, которые выполняют рабочие пчелы. Продолжая свои наблюдения, ученый сделал интересное открытие. Оказалось, что этот характерный танец, круговой или виляющий, не что иное как язык этих общественных насекомых.
