Химический язык насекомых
Шрифт:
Конечно, скорость ответа во многом зависит от обонятельной способности самцов. Самый чувствительный «нос-антенна» в мире шестиногих у рыжих тараканов. Где бы ни был прусак, на кухне под плинтусом, в ящиках стола или шкафчика, но только появится в воздухе половой феромон (около 30 молекул на 1 см^3), и его уже ничего не остановит.
Интересные результаты получены при исследовании физиологической связи между гормонами насекомых и активностью феромонов, выделяемых самками. По мнению ученых, гормоны — химические предшественники феромонов в биологической эволюции класса шестиногих.
Гормональные вещества — важные регуляторы роста и развития шестиногих. Чтобы понять ту физиологическую роль, которую выполняют эти вещества, необходимо вспомнить об удивительном явлении в жизни ползающих и летающих представителей мира насекомых.
Метаморфоз — это чудо-перевоплощение крошечного яйца в очень подвижную и прожорливую личинку, а затем опять в покоящуюся и ждущую своего часа куколку, из которой выходит, наконец, половозрелое насекомое. Много умов билось над разгадкой механизма этих превращений. Еще древнегреческий философ Аристотель считал, что растущая личинка представляет собой мягкое яйцо. Много лет прошло, пока ученые смогли приблизиться вплотную к тайнам метаморфоза. И то, что уже известно сегодня, — поразительно и наводит на дальнейшие размышления об эволюции самого многочисленного класса животных, населяющего землю.
В последние годы ученые, проникающие в тайны физиологии шестиногих, выяснили, что в индивидуальном развитии и метаморфозе принимают участие три гормона. Один из них, синтезируемый клетками мозга, стимулирует активность эндокринных желез (активационный гормон), другой — рост тканей тела в процессе метаморфоза (экдизон). Третий гормон извлечен из брюшка самца цекропии в 1956 г. и назван ювенильным. Это знаменитое «золотое масло» (экстракт золотистого цвета) выделяют специальные железы, названные прилежащими телами. Гормоны действуют на определенной стадии развития личинки, и если удалить железы, синтезирующие эти вещества, то прервется «детство» насекомых: они будут вынуждены стать взрослыми. Если же сделать операцию под микроскопом и пересадить прилежащие тела личинке, готовящейся, стать куколкой, то можно омолодить ее. Однако за такую молодость насекомые расплачиваются, достигая гигантских размеров и обретая уродливые формы. Важную «диспетчерскую» роль выполняет ювенильный гормон в семьях и колониях общественных насекомых. Выйдет ли из куколки пчел матка или трутень, царица или солдат в кастах термитов — зависит от этого гормона-регулятора.
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/см^3. 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.