Диалоги (декабрь 2003 г.)
Шрифт:
Наша тема сегодня – регуляция сообществ. Существуют два типа регуляторного воздействия организма на среду. Один способ – выделить химические вещества в окружающую среду. Об этом, собственно, сегодня и будет больше всего идти речь.
Но есть еще и другой способ, о котором необходимо упомянуть, чтобы общая картина была более полной. Многие организмы обладают способностью, особенно в водной среде, пропустить эту среду через себя, ее кондиционировать. И на следующем рисунке – той иллюстрации, которую мы видим, – приведен как раз наш эксперимент, который очень убедительно показывает, как это эффективно может делать организм, фильтрующий воду. Мы в своих опытах использовали двустворчатых моллюсков, которые пропускают через себя воду и профильтровывают ее. В предлагаемом вашему вниманию опыте мы использовали сорские двустворчатые моллюски – мидии Mytilus edulis. На рисунке видны красные столбики, высота которых уменьшается со временем. Высота этого красного
Но далее будем больше говорить о том способе регуляции, в котором участвуют химические вещества, выделяемые организмами в окружающую среду – водную или воздушную. Типы этих веществ были по-новому классифицированы, систематизированы и подробно описаны на многих примерах вашим покорным слугой в двух книгах по биохимической экологии (преодолевая ложную скромность, отметим, что эти книги оказались первыми книгами по биохимической экологии не только в отечественной научной литературе; по мнению экспертов многих стран, эти книги заложили основы новой научной дисциплины на стыке экологии и биохимии).
Сегодня в нашей беседе уже упоминались феромоны. Но кроме феромонов существуют и многие другие химические вещества, тоже очень эффективно действующие. К ним относятся алломоны и кайромоны (эти термины появились сравнительно недавно – значительно позже многих терминов молекулярной биологии и других современных разделов биологии). Под алломонами понимают те вещества, которые вырабатываются одним видом, а воспринимаются организмами другого вида (или видов), – в отличие от феромонов, которые вырабатываются и воспринимаются организмами одного вида. Причем, под алломонами понимают те вещества, которые приносят пользу тому, кто их вырабатывает.
А.Г. Яркий пример скунс, скажем.
С.О. Да, пожалуйста. Да, репелленты, токсины. А под кайромонами понимают те вещества, которые приносят пользу уже тому, кто воспринимает эти вещества.
А.Г. А здесь какой пример можно привести?
С.О. Самое интересное, – то, что иногда в роли кайромона для хищника может выступать тот же самый феромон, вырабатываемый организмом-жертвой. Одно и то же вещество может выступать и в той и в другой функции (и как феромон, и как кайромон). Как раз я хотел бы сослаться на те примеры, которые привел Александр Сергеевич, когда говорил о феромонах, которые выделяются насекомыми, живущими на ослабевшем дереве. Это, безусловно, феромоны для этого же вида. А для хищника, который охотится за этими насекомыми, это сигнал о том, что там есть пища и многие хищники научились уже для себя использовать эту информацию.
Всевозможных химических веществ (их называют вторичными метаболитами), вырабатываемых организмами и несущих функцию феромона и другие самые разные сигнальные функции, очень много. Возникает вопрос, не слишком ли большое разнообразие этих веществ? Если термин феромон и другие термины не охватывают этого разнообразия, то как быть, как обозначить этот класс экологически важных веществ? В науке ученый всегда стремится вычленить какой-то общий знаменатель, найти какой-то способ интегрировать информацию, глубже проанализировать наше восприятие, обобщить сумму фактов. Ведя поиск фундаментальных обобщений на этом пути, мы сделали попытку сформулировать обобщающую концепцию. Концепция была изложена в наших книгах («Введение в биохимическую экологию», «Введение в проблемы биохимической экологии») и содержащееся в ней рациональное зерно было подтверждено и последующими публикациями. Мы предлагаем называть эти вещества ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ ХЕМОМЕДИАТОРАМИ. Называть эти вещества экологическими хемомедиаторами вполне оправдано в том случае, когда эти вещества рассматриваются именно как переносчик информации. И эти же вещества могут фигурировать как ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХЕМОРЕГУЛЯТОРЫ – если мы делаем акцент на регулирующем воздействии этих веществ на популяции и на сообщества.
Мы опубликовали несколько работ (упомянутые книги и статью в журнале «Вестник РАН» в мартовском номере за текущий год), где предложили такую трактовку и такую концепцию. Последующие работы различных авторов, многие примеры подтверждают то, что это подход, который себя оправдывает.
В биологии мы всегда интересуемся эволюционным подходом. Если рассматривать феромоны с этой точки зрения, то можно сделать интересные выводы, увидеть эволюцию в новом свете. Известно, что феромоны существуют не только у насекомых, не только у высших организмов, но также и у одноклеточных организмов. Давайте представим себе, что древние одноклеточные организмы в ходе эволюции стали объединяться и образовывать многоклеточные организмы. Посмотрим на следующий рисунок, где от одноклеточных организмов эволюция ведет к многоклеточным. Направление эволюции обозначено стрелкой. Обратим внимание на эту стрелочку, на момент эволюционного перехода от одноклеточных организмов к их постоянной ассоциации, т.е. к многоклеточному организму. Спрашивается, что тогда могло происходить с теми феромонами, которыми пользовались эти древние одноклеточные организмы?
Здесь вырисовывается такая картина, которую можно увидеть по аналогии с картиной эволюционного перехода морских организмов к жизни на суше. Мы часто говорим о том, что древние организмы вышли из моря на сушу и унесли с собой частицу океана в своей крови. Этот красивый образ имеет под собой научную основу. И если продолжить эту аналогию, то тогда возникает возможность увидеть эволюционную судьбу феромонов. В упомянутых выше книгах мы обосновываем следующую предполагаемую картину: феромоны, которые передавали сигнал от клетки к клетке, продолжают выполнять эту функцию, уже находясь в составе многоклеточного организма. Тогда эти вещества, ранее именовавшиеся феромонами, уже выступают как то, что мы называем гормонами (переносчиками сигналов от клетки к другой клетке того же организма). Интересно, что можно продолжить эту линию мыслей, и тогда мы по-новому увидим нервную систему. Известно, что наши нервные клетки, как и клетки всех многоклеточных организмов, передают сигналы друг другу с помощью химического вещества. Эти вещества называются медиаторами. Они очень важны для нейробиологии. И их эволюционное происхождение можно представить себе таким же образом – как эволюционное продолжение функций феромонов древних одноклетоных организмов, в ходе эволюции ставших клетками нервной системы многоклеточного организма.
Теперь перейдем к некоторым примерам экологических хеморегуляторов в водных сообществах. Позвольте привести некоторые конкретные примеры, с тем чтобы дополнить ту интересную картину, которую мы увидели на примере лесных экосистем, и мы увидим нечто подобное – в совершенно других организмах.
Здесь, на этой иллюстрации, голубой краб Callinectes sapidus. У этого краба размножение происходит таким образом, что самка в возрасте около трех лет впервые начинает размножаться. Самка голубого краба встречается с самцом всего лишь один раз в жизни. Но эта единственная встреча для нее очень важна – это первая и последняя любовь в ее жизни и единственный акт разделенной любви. Она получает от него мужские половые клетки, которые она бережно и рачительно использует всю оставшуюся жизнь. После этой единственной встречи со своим возлюбленным оказывается, что она получила от него достаточно гамет (мужских половых клеток), чтобы в течение нескольких лет потом отложить несколько миллионов яичек. Ясное дело, что эта встреча с возлюбленным очень важна для нее. И для того чтобы она произошла, самка использует половой феромон, чарующее и манящее воздействие которого на самца совершенно неотразимо. Структура этого феромона – вещества истинной и единственной любви – установлена, это так называемый крустэкдизон (смотрите на этом рисунке его формулу). Интересно, что этот феромон является химическим родственником половых гормонов человека. То есть на уровне этой функции и тех веществ, которые задействованы в половом размножении, оказывается, что мы, люди, очень близки многим водным животным. Мы – существа очень близкие, несмотря на то, что это – беспозвоночные водные животные (ракообразные, одна из крупнейших групп типа членистоногих), а мы относимся к позвоночным животным (класс млекопитающих).
Еще некоторые интересные примеры. Крабы относятся к бентическим (то есть живущим на дне) организмам. Бентические организмы образуют сообщество бентоса – сообщество той части экосистемы, которая связана с донной частью моря и вообще любого водоема. Но еще существует очень важная часть экосистемы, которую называют пелагиаль (то есть сообщество водной толщи), там живут планктонные организмы.
Здесь мы видим одного из представителей зоопланктона – копеподу Eurytemora affinis. У них тоже имеются половые феромоны, и ими пользуются эти организмы для того, чтобы найти друг друга для осуществления размножения.
Здесь, на этом рисунке – еще один представитель планктонных организмов – пресноводные креветки Paratya compressa. У них есть феромон, который стимулирует развитие яичников.
На этом слайде еще один планктонный организм – рачок Polyphemus pediculus, – у которого есть химические вещества, которые, как показано, стимулируют дыхание и двигательную активность. То есть очень многие аспекты жизни и функционирования организмов определяются и регулируются химическими веществами.
Мог бы возникнуть вопрос, а существуют ли вещества, которые наоборот подавляют, не стимулируют, а подавляют? Да, существуют. Вот ингибитор роста у пресноводных креветок Macrobrachium rosenbergii. И кстати, это один из примеров того, как вещество регулируется таким образом, что ограничивает потенциал к размножению, так что достигается то, о чем говорил Александр Сергеевич, когда определенный коэффициент роста именно такой, какой он должен быть, чтобы не выйти за пределы экологической емкости системы.