Химический язык насекомых

Короткий Роберт Манусович

Низкомолекулярные терпеноиды — летучие вещества с сильным запахом, который отпугивает неприятеля. Их пары оказывают раздражающее действие, а капли, попав на покровы хищника, вызывают жжение и зуд. Так, сосновый пилильщик использует для защиты маслянистые выделения, идентичные терпеноидам смолы растения-хозяина. Личинки насекомых получают эти вещества с пищей и при приближении врагов разбрызгивают их при помощи сократительных придатков пищевода. Исследования ученых показали, что в смоле сосны, а также в защитных секретах насекомых присутствует смесь моно- и дитерпенов. Смола — это своеобразная «кольчуга» растения. Однако пилильщик не только свободно прорывает ее, но и использует в качестве химического оружия против своих

врагов. Это один из немногих видов насекомых, которые в процессе эволюции пошли по очень экономичному пути обороны от врагов — за счет растения-хозяина. Большинство же шестиногих синтезируют защитные вещества из исходных химических соединений растительного происхождения. Так, палочники и муравьи образуют терпены из ацетатов. Кроме терпенов растений — долиходиала, цитронеллаля и цитраля, в гемолимфе взрослых особей шпанской мушки обнаружен кантаридин, вызывающий сильное раздражение и служащий основой опасного яда, получившего название «афродизиак шпанской мушки».

Жук-стафилин применяет для своей защиты терпеноид иридодиал и кетон 4-метилгексан-З-он. Смесь этих двух веществ обладает неприятным запахом.

Некоторые шестиногие, например бабочка-монарх, используют для самообороны вещества, подобные сердечным гликозидам — карденолидам. Токсины, относящиеся к стероидным соединениям, накапливают в своем ядовитом молочке жуки-плавунцы. У хищников, которые случайно проглотили этих насекомых, наблюдаются симптомы отравления, или они впадают в наркотическое состояние. Яд плавунцов представляет собой несколько производных стероида прегнана. Интересно отметить, что у одного вида плавунцов секреты содержат половые гормоны млекопитающих: тестостерон, дегидротестостерон, эстрадиол и эстрон.

Раньше считали, что алкалоиды участвуют только в процессах жизнедеятельности растений. Однако в последнее время установлено, что они играют важную роль в механизмах защиты насекомых, особенно бабочек, от врагов. Алкалоид сенеционин накапливается в организмах бабочек-медведиц и бабочек-данаид, а аристолоховая кислота у некоторых других видов. Многоножки, огненные муравьи, божьи коровки и плавунцы синтезируют алкалоиды сами. Гломерин и гомогломерин — токсины многоножек могут вызвать у хищников не только раздражение, но даже паралич и смерть. Очень ядовиты огненные муравьи Рихтера, секреты которых обладают гемолитическими, инсектицидными и антибиотическими свойствами. Действующее начало яда этих шестиногих — смесь 2,6-диалкилпиперидинов. Подобные соединения имеют структурное сходство с растительным алкалоидом кониином. Они обнаружены также в ядовитых секретах семи видов муравьев.

Как выяснилось, различия в структуре синтезируемых муравьями пахучих молекул ставят некоторые виды этих насекомых в выгодное положение. Так, например, муравьи-воры используют алкалоиды с измененной структурой для двух целей: с одной стороны, эти соединения играют роль защитных веществ, так же как и у огненных муравьев, а с другой — репеллентов для других видов насекомых. При помощи этих феромонов как муравьи-воры, так и фараоновы муравьи похищают личинок из соседних муравейников.

Божьи коровки, если их потревожить, выпускают алкалоид кокцинеллин, который защищает их от муравьев и перепелов. Представляет также интерес то, что концентрация этих веществ взаимосвязана с отпугивающей окраской насекомых. Жуки-плавунцы синтезируют для самозащиты алкалоид метил-8-гидроксихинолин-2-карбоксилат. Этот токсин не защищает их от земноводных и рыб, однако у наземных животных, в частности у мышей, его действие вызывает судороги. Кроме того, это вещество обладает антисептическим действием и предохраняет этих шестиногих от воздействия микроорганизмов.

Мы уже знакомы с жуками-бомбардирами, которые используют горячее облако фенолов (температура секрета достигает 100°C) для защиты от врагов. Реакция, протекающая в присутствии гидрохинона, перекиси водорода и фермента каталазы, приводит к образованию бензохинона и сопровождается звуком, который напоминает выстрел из пистолета. Такое «огнестрельное оружие», кроме жуков-бомбардиров, применяют также жужелицы и жуки-чернотелки. Около 150 видов шестиногих используют в целях самообороны 2-метил-и 2-этилбензохиноны. Паукообразные, многоножки, уховертки и термиты также применяют это эффективное средство защиты. Интересно, что у термитов бензохиноны обнаружены только у касты солдат, призванной защищать колонию насекомых от неприятеля. Эти вещества находятся у них в специальных железах на голове.

Хорошо известный краситель — кармин широко используется в различных отраслях народного хозяйства. Производитель этого красящего вещества — кошениль живет и питается на кактусах. Однако лишь в последнее время благодаря исследованиям американского ученого Т. Эйзнера стало ясно, для чего нужен кармин самим насекомым. Оказалось, что это красящее оружие токсично по отношению к врагам кошенили — муравьям. Это же соединение используют против муравьев насекомоядные гусеницы огневки Lactilia coccidivora, которые поедают червецов и накапливают токсин для вторичного использования.

Для защиты от врагов насекомые синтезируют в своем организме и фенольные соединения. Так, фенол и гваякол вырабатываются многоножками и клопами из аминокислоты тирозина. Интересно, что у некоторых прямокрылых насекомых защитный секрет содержит 2,5-дихлорфенол, который синтезируется последними из поглощенных с пищей гербицидов.

Жизнь жуков-плавунцов полностью зависит от гигиены тела, и защитные вещества служат им для борьбы с микробами. Чтобы пополнить запасы воздуха, жуки должны время от времени выставлять брюшко над водой, а это возможно лишь при условии сухого хитинового покрова тела. Бели к насекомым прикрепляются водоросли, грибы или бактерии, жуки не могут дышать, так как нарушается их плавучесть, и погибают. Используя присутствующие в секретах фенольные соединения, эти шестиногие убивают микроорганизмы и при помощи гликопротеиновой сети «собственной конструкции» избавляются от останков жертв. Так, благодаря антимикробному действию фенолов жуки-плавунцы могут свободно дышать на поверхности водоемов.

В рассказе о мире общественных насекомых уделено внимание лишь некоторым химическим соединениям, играющим важную роль в жизни этих представителей животного мира. Из таких веществ состоят «молекулы любви», феромоны агрегации, следа, тревоги, защиты и нападения. Как же ориентируются шестиногие в этом «море» пахучих невидимок? Какие навигационные приборы помогают насекомым найти верный путь к самочке или ароматному цветку, а также избежать опасностей, подстерегающих их на каждом шагу в «джунглях» окружающего мира?

Усики-локаторы

Как бы ни был короток век насекомого, оно получает полный набор зрительных, звуковых, химических и прочих сигналов, а органы чувств переводят эту информацию на стандартный для нервных клеток язык. Сколько же у организма способов получения информации из хаоса образов, звуков и запахов? Оказалось, что органы чувств, которыми владеет любой представитель животного мира планеты, разделены природой на механические и химические принимающие системы.

В качестве примера приведем слух. Насекомые воспринимают звуки специализированными рецепторами (от латинского слова receptor — принимать), к которым относятся волосковые сенсиллы (плотные скопления чувствительных клеток), тимпальные мембраны и джонстоновы органы. Волосковые сенсиллы найдены у кузнечиков, домовых сверчков, медоносных пчел. Тимпальные мембраны известны у цикад, саранчовых, некоторых видов бабочек, сверчков и кузнечиков. Джонстоновы органы имеют только некоторые виды насекомых, например комары.