Химический язык насекомых
Шрифт:
Повествование о диалоге двух царств природы можно продолжить, поскольку исследователи постоянно получают новую информацию. Эти сведения составляют важное звено в цепи фактов, которые позволят окончательно раскрыть тайну химического языка насекомых. Ведь чтобы расшифровать его, необходимо тщательно изучить все, что так или иначе влияет на жизнедеятельность шестиногих обитателей нашей планеты и прежде всего их взаимоотношения с миром растений. Полученные данные, несомненно, дадут новый импульс развитию науки и инженерно-технической мысли, а также помогут найти новые нестандартные пути к решению многих насущных проблем, стоящих перед человечеством. О том, как это осуществляется на практике, будет рассказано в следующей главе.
ТАЙНЫ
Следствие ведут знатоки
В течение 20 веков под страхом пыток и смерти охраняли китайцы секреты производства шелка. И только в IV в., если верить преданию, китайская принцесса подарила своему мужу — бухарскому эмиру — яйца тутового шелкопряда. Этот бесценный дар, вывезенный из Китая в прическе женщины, положил начало развитию шелководства во многих странах Азии и Европы.
В XX в. тутовый шелкопряд опять заставил заговорить о себе. В 30-х годах, в одной из лабораторий Геттингенского университета А. Бутенандт, ученик известного А. Виндауса, был поглощен изучением половых гормонов, которые осуществляют важную регуляторную функцию в человеческом организме. Для выделения 15 мг одного из этих «регуляторов» — андростерона ученый переработал более 15 тыс. литров мочи, а для получения 20 мг чистого прогестерона потребовалось «сырье» от 50 тыс. свиней. Благодаря специальным методам анализа удалось установить строение этих веществ и синтезировать искусственные гормоны. За эти открытия немецкому химику А. Бутенандту была присуждена Нобелевская премия.
Казалось бы, какая может быть связь между историей с яйцами тутового шелкопряда и химией XX в.? Однако обстоятельства сложились так, что именно этому насекомому и работам профессора А. Бутенандта были посвящены первые страницы научных публикаций о проникновении человека в тайны химического языка мира шестиногих. Конечно, не искусство насекомых-ткачей, а возможность вырастить необходимое количество особей данного вида и неукротимая страсть к исследованиям позволили ученому испытать радость еще одного открытия.
Часто довольно странная судьба ожидает научные достижения в различных областях знаний. Успех немецкого химика — лишнее доказательство, что потребности практической жизни людей определяют бурное развитие той или иной науки. Когда пытливый человеческий ум в поисках нового оружия борьбы с насекомыми-вредителями обратил внимание на их химический язык, многие химики стали профессорами энтомологии.
Давайте совершим небольшое путешествие в «мастерскую» исследователей мира молекул и познакомимся с историей расшифровки химических «иероглифов».
«О, доктор Бутенандт, зачем вы тратите столько времени на возню с бабочками?» — раздался чей-то голос из аудитории после того, как ученый сообщил об установлении структуры и проведении синтеза полового феромона тутового шелкопряда. В течение 20 лет шаг за шагом приближался химик к познанию этой тайны. В 1939 году исследователь сделал первую попытку получить таинственное вещество. И если для производства шелковых нитей необходимы самцы шелкопряда, то для извлечения «пахучих» молекул ученому понадобились самки — более 300 тыс. особей. К этому надо добавить миллион коконов, давших жизнь подопытным насекомым, и тогда можно будет представить, сколь сложный материал был в руках исследователя. И все это ради получения нескольких миллиграммов чистого вещества.
Феромон тутового шелкопряда, 12 мг которого ученому удалось получить из тысячи насекомых, был назван бомбиколом. Вещество это представляет собой непредельный спирт, формула которого C16H32O2.
По мнению популярного героя рассказов Конан Дойла, хороший детектив должен распознавать не менее 75 различных запахов. Очень часто приходилось знаменитому Шерлоку Холмсу прибегать к помощи химии. Не одно запутанное преступление раскрыл он, используя не только силу своего аналитического ума, но и знание некоторых методов химического анализа. Химики-аналитики при расшифровке тайн молекул очень часто напоминают детективов с той лишь разницей, что место действия всегда одно — лаборатория. Какими же методами пользуются ученые, проникая в секреты языка шестиногих?
Для ответа на призыв самки и преодоления огромных расстояний самцу насекомых часто достаточно всего одной «молекулы любви». Для химических исследований такого микроскопического количества недостаточно, поэтому возникает вопрос: как накопить исследуемое вещество?
Хорошо известно, что химические соединения легко сорбируются (от латинского sorbeo — поглощаю, втягиваю) пористыми материалами. Это явление можно часто наблюдать в быту. Вспомните, как после долгого хранения зимние вещи пахнут нафталином, а посидев у костра, люди долго ощущают запах дыма, которым пропиталась одежда.
Забавная история произошла однажды с научным сотрудником лаборатории, в которой проводили исследования феромонов. В один из жарких летних дней он, житель южного города, решил отправиться на побережье. Предвкушая все соблазны солнца и моря, исследователь быстро собрал курортный багаж и влился в ряды «паломников». Изрядно намучившийся и разомлевший наш знакомый наконец добрался до конечной цели своего путешествия и, не долго думая, бросился в объятия ласкового моря. Вдоволь насладившись морской прохладой и отвоевав себе участок суши, он скромно устроился на пятачке под солнцем. Зажмурив глаза и предоставив свое тело «жесткому ультрафиолету», ученый попытался забыть все свои проблемы, погружаясь в сладкую дремоту. Но вскоре странные события нарушили его сон. Сначала до сознания исследователя стали долетать неясные возгласы людей, затем голоса стали громче, и наш герой попытался приоткрыть глаза. То, что он увидел, настолько удивило и смутило его, что в первый момент он принял все это за сон. На фоне голубого неба над ним порхало огромное количество бабочек непарного шелкопряда, а вокруг, привлеченные таким «цирковым номером», столпились ошеломленные отдыхающие. Как потом выяснилось, виновником конфуза был портфель, в котором химик часто перевозил различные химические соединения. Перед отпуском хозяин портфеля как раз и занимался изучением феромонов непарного шелкопряда. Таким образом, привлекающие молекулы сначала адсорбировались на стенках портфеля, а затем вызвали появление бабочек.
Для того чтобы поймать молекулы-невидимки, химики применяют различные ловушки — от обыкновенной фильтровальной бумаги до синтетической смолы «паропак». Можно поместить насекомых непосредственно на поглощающую поверхность или продувать током воздуха сосуд с шестиногими пленниками, собирая ловушкой-поглотителем находящиеся в воздушной смеси молекулы-мишени. Такими способами были выделены привлекающие вещества американского таракана, златогузки, мучного хруща и хлопкового долгоносика.
Другой распространенный метод охоты за летучими молекулами — экстракция различными растворителями. В быту мы постоянно имеем дело с экстрактами. Большинство настоев, применяемых в медицине, овощные супы и фруктовые компоты — не что иное, как продукты экстракции биологически активных веществ, используемые для лечения или питания человека. Люди пользуются экстракцией, приготавливая ароматный чай или кофе, удаляя жирное пятно с одежды. Помогает им целый набор химических веществ. Для извлечения пахучих молекул из разных органов и тканей насекомых чаще всего применяют хлористый метилен, гексан или этиловый эфир. Эти растворители довольно летучи и после выполнения своей роли легко удаляются при нагревании. Таким способом ловят «молекулы любви» у большинства изученных представителей мира насекомых. Скорость расшифровки неизвестного вещества во многом зависит от искусства и опыта химика-аналитика, выбора им растворителя и условий экстракции.