Химический язык насекомых

Короткий Роберт Манусович

Поражает высочайшая чувствительность воспринимающих устройств насекомых и их надежность. Запаховые приемники различных видов шестиногих, даже входящих в одно семейство, настроены на определенные составы и концентрацию феромонов.

Казалось бы, можно говорить о совершенно четкой и устоявшейся связи: феромон — насекомое; специфический сигнал (запрос) — определенное биологическое действие (ответ). Однако в последнее время появились сообщения о том, что в этой «монолитной стене» поведения насекомых обнаружилась брешь. Оказалось, например, что не все зрелые индивиды (яблонная плодожорка, жуки короеды-«типографы» и даже вездесущие и неистребимые рыжие тараканы) реагируют на предлагаемые им специфические феромоны. Вопреки ожиданиям, некоторая часть из «присутствующих при сем»

насекомых остается совершенно безразличной к половым феромонам. И дело совсем не в качестве «товара», предложенного насекомым, так как большая часть шестиногих откликается на зов «искусственной самки». Почему же некоторые насекомые остаются в бездействии, даже находясь в «феромонном эпицентре», и не мчатся стремглав на могучий зов феромонов? Точного ответа пока нет, но не исключено, что они потеряли эту способность в результате какого-то, пока еще не выясненного заболевания. А может быть, мудро распорядилась природа, сделав часть особей невосприимчивой к половым феромонам.

Без изучения системы обоняния, без знания конструкции хеморецепторов было бы трудно не только понять и оценить многое в поведении насекомых, но и разработать средства борьбы с вредителями.

Только познав механизм явления, человек может стать подлинным хозяином положения. Однако если у природы в распоряжении было предостаточно времени для постепенного отсекания неудавшихся или зашедших в тупик вариантов, то исследователи, к сожалению, ограничены заранее сформулированной задачей и временем.

Известный советский энтомолог профессор Г. А. Мазохин-Поршняков заметил как-то, что именно на насекомых природа испытала всевозможные пути приспособления к жизни, к использованию в качестве пищи органических веществ и проверила на них самые разнообразные органы чувств. Неудивительно, что, проводя «опыт» в масштабе планеты, природа «экспериментировала» и с органами хеморецепции, доводя их до совершенства.

Хеморецепторные клетки различных видов насекомых обнаруживают огромное сходство в своем строении. Любая из них снабжена подвижным волоском или жгутиком. Жгутики в этих клетках выполняют ту же роль, что и антенна в радиоприемнике. Они находятся в беспрерывном движении, поскольку с их помощью насекомое воспринимает мир запахов. В устройстве жгутиков различных хеморецепторных клеток много общего. Практически все они внутренним строением походят друг на друга: центральные (опорные) волокна окружены кольцами подвижных. Жгутики возбуждают хеморецепторные клетки, которые в отличие от обонятельных рецепторных клеток человека и позвоночных животных избирательно реагируют на конкретные химические соединения, важные исключительно для данного вида.

Так же как и другие насекомые пчелы улавливают запахи при помощи усиков-«антенн». Исследование этих «локаторов» показало, что наиболее чувствительные хеморецепторы расположены на шестом, седьмом и восьмом члениках. Основную нагрузку при восприятии пахучих молекул несут так называемые плакоидные сенсиллы — овальные пористые пластинки с углублениями диаметром 12...14 мкм. Количество их у членов пчелиной семьи неодинаково. Так, у рабочих пчел на каждой «антенне» находится от 3600 до 6000 подобных пористых пластинок, а у маток всего около 3000. Но подлинные рекордсмены — трутни, на каждой «антенне» которых обнаружено примерно около 30 000 плакоидных сенсилл. По-видимому, эти члены пчелиной семьи лучше всех своих соплеменников пользуются химическим языком. Ампутация всего одного усика значительно затрудняет пчелам поиск пахучих меток. С еще большими трудностями они сталкиваются, если эти органы обездвижить. Интересные опыты провел американский энтомолог X. Мартин. Он надевал на пчелиные усики микроскопические стеклянные капилляры, на концах которых находились летучие вещества. Ученый определил, что 2,5-кратный градиент концентрации этих соединений достаточен для того, чтобы пчела выбрала правильное направление полета.

Насекомые значительно уступают по размерам тела млекопитающим и поэтому обладают меньшим числом чувствительных клеток. Например, у кролика в обонятельном эпителии их около 100 млн., а у гусеницы бражника всего 48. Вместе с тем по способности распознавать запахи насекомые не уступают крупным животным. Количество перекрыто качественным показателем — специализацией. Обонятельные сенсиллы хеморецепторных органов насекомых обладают более высокой специфичностью и избирательностью по сравнению с аналогичными органами позвоночных животных.

Наука достигла больших успехов в создании приборов, позволяющих заглянуть в глубь клетки или в просторы Вселенной, но до сих пор ученые так и не смогли сконструировать надежный «искусственный нос», способности которого хотя бы отдаленно приближались к возможностям обонятельных рецепторов насекомых.

Чувствительность усиков-«антенн», которые «вылавливают» из моря запахов молекулы определенных пахучих веществ, поразительна. Обонятельная система насекомых различает такие концентрации веществ (порядка 10...100 молекул в 1 см^3), восприятие которых недоступно для современных аналитических приборов. С такой чувствительностью не сравнится ни один «искусственный нос».

В изучение механизма восприятия молекул химических веществ органами чувств насекомых большой вклад внес крупный советский энтомолог Ю. А. Елизаров. Его монография «Хеморецепция насекомых» стала своеобразным «островком знания» в океане еще неразгаданных тайн мира насекомых.

В этой научной работе, в частности, приводятся несколько вариантов классификации хеморецепторных сенсилл, в том числе и по их наружной морфологии.

Установлено, что бывают длинные прямые волоски и слегка изогнутые (хетоидные и трихоидные сенсиллы). Первые встречаются на «антеннах» жуков-короедов, а вторые — на хоботках мух, а также на усиках самцов бабочек сатурний и других видов чешуекрылых.

Среди хеморецепторов наиболее распространены короткие волоски, или конусы с закрепленными кончиками, — базикоконические сенсиллы. Их находят на «антеннах» и других частях тела различных насекомых. Известны также стилоконические сенсиллы — крошечные чувствительные конусы, обнаруженные на усиках бабочек, булавовидные — найденные у комаров и москитов, целоконические, расположенные на «антеннах» самцов и самок тутового шелкопряда. Принцип работы у всех сенсилл одинаков.

В выборе форм природа оказалась чрезвычайно изобретательной, не обойдя практически ни одной из известных нам геометрических форм.

Окончательно классифицировать сенсиллы помогут совместные работы энтомологов и химиков, оснащенных самой современной электронной аппаратурой и новейшими методами электрофизиологических исследований.

Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» АН СССР, Институт зоологии и паразитологии АН Литовской ССР начиная с 1971 г. проводят в Вильнюсе Всесоюзные симпозиумы по хеморецепции насекомых. Ученые докладывают о своих работах в области морфологии чувствительных органов насекомых, а также обсуждают новые методики проведения исследований.

Ученые долго не имели данных о чувствительных клетках «антенн» такого широко распространенного вредителя, как яблонная плодожорка. Но в настоящее время биологи изучают способы получения этим вредителем информации извне, так как это может помочь в разработке новых методов борьбы с ним.

«Антенны» яблонной плодожорки вооружены трихоидными, стилоконическими и целоконическими сенсиллами. На одну «антенну» у самцов в среднем приходилось от 5000 до 8000 трихоидных сенсилл, что в 2 раза больше, чем у самок, а целоконических и стилоконических — около 400 и 40 соответственно. Энтомологи предполагают, что разница в количестве трихоидных сенсилл у разных полов яблонной плодожорки объясняется тем, что у самцов они играют более важную роль, чем у самок, так как воспринимают половые феромоны, которые выделяют девственные самки.