Валерий Балаян - Химический язык насекомых

Чтобы представить всю сложность работы исследователей, остается назвать размеры объектов, с которыми приходилось работать. Длина самой большой сенсиллы около 50 мкм, а самой маленькой — 9...10 мкм. Даже фильтрующий вирус табачной мозаики по сравнению с сенсиллой выглядит великаном, он примерно в 10 раз больше сенсиллы!

Академик А. Е. Ферсман как-то заметил: «Без хронологии нет истории, как без истории нет науки». Методика получения электроантеннограмм (ЭАГ) сравнительно молода, но и она уже имеет свою историю.

Электрофизический метод изучения обонятельных органов насекомых ученые впервые применили примерно четверть века назад. В его основу был положен принцип регистрации биоэлектрических потенциалов живых организмов.

Практически исследования проводились следующим образом. В полость «антенны» насекомого-самца вводили микроэлектроды. Затем ее обдували воздухом, содержащим половые аттрактанты этого вида шестиногих. Специальные датчики определяли длительность раздражения обонятельных органов насекомого и регистрировали отклонение биоэлектрического потенциала. Эти данные записывались приборами в виде графиков, расшифровав которые исследователи получили ценный научный материал.

Электрофизический метод позволил ученым лучше понять взаимосвязь между работой усиков-«антенн» насекомых и поведением последних в природе.

Оказалось, что обонятельные сенсиллы на «антеннах» некоторых насекомых отвечают не только на половые феромоны и близкие к ним химические вещества. Они реагируют на соединения, которые действуют как пищевые аттрактанты.

Открылась возможность глубже изучить проблемы химической взаимосвязи насекомых и растений и исследовать вещества, выделяемые растением-хозяином, которые служат пищевыми стимуляторами для насекомых.

Известно, что насекомые обладают способностью привыкать к ядам. Это произошло с озимой совкой — опасным вредителем урожая. Многочисленные и разнообразные «газовые атаки» на ее популяции создали из совки «многоядного» вредителя. Бороться с ней стало чрезвычайно трудно, так как она хорошо приспособилась употреблять вместе с пищей широкий набор ядохимикатов. Здесь-то и понадобились знания биологии насекомого. Известно, что самки бабочки совки начинают выделять половой аттрактант, а самцы воспринимают его лишь после своеобразной «подзарядки» цветочным нектаром. Возможно, некоторая доза его служит своеобразным допингом, а может быть, она — природный триггер (механизм запуска) половых «сигналов-ответов» озимой совки.

Энтомологи обнаружили, что температура окружающей среды — один из факторов, влияющих на амплитуду электроантеннограмм при раздражении антенн насекомых. Так, для самцов тутового шелкопряда при воздействии 10 мкг феромона бомбикола максимальная реакция наблюдается при 20...25°C, а у бабочек зимней пяденицы наибольшая активность при действии экстракта желез самки отмечается при 12°C. В природных условиях размножение вышеперечисленных насекомых происходит именно при таких температурах.

После электрофизической оценки синтетических аналогов (энантомеров) феромонов бабочек учеными была высказана гипотеза об образовании в рецепторах насекомых специфических ионных каналов для молекул феромона.

Исследователи при изучении активности феромонной смеси, состоящей из цис- и трансвербенола, ипсдиенола и ипсенола в соотношении 1:0,24: 0,18:0,25, отметили максимальную электрофизиологическую реакцию у самцов и самок жуков короеда-типографа.

Увеличение концентрации транс- и цисвербенола не влияло на величину ЭАГ у обоих полов насекомых, а в случае с ипсдиенолом приводило к изменению ее амплитуды. Смесь феромонов воспринималась насекомыми как самостоятельный химический сигнал.

Подобные исследования также провел исследователь хеморецепции насекомых Ю. А. Елизаров, который отмечал, что электроантеннограмма в отдельных случаях может быть использована и при анализе пахучих молекул пищевых субстратов насекомых.

Высокая чувствительность феромонных рецепторов шестиногих хорошо известна. Так, для возбуждения рецептора самца тутового шелкопряда достаточно всего одной молекулы бомбикола. Поэтому одна из основных проблем в изучении феромонной связи насекомых — выяснение принципов работы их воспринимающей системы, что необходимо для разработки приборов, распознающих запахи.

Химики широко используют электрофизиологические методы для изучения реакций насекомых на воздействие различных веществ.

Благодаря работам ученых химический язык насекомых перестает быть тайной «за семью печатями».

Нам очень нравятся поэтические строчки русского поэта XIX века Аполлона Николаевича Майкова, тонко чувствовавшего родную природу:

Где чаще всего можно встретить красивых бабочек или крылатых сборщиц меда, майских жуков или божьих коровок? Ответ будет однозначным: конечно, на зеленых кормильцах — растениях.

Насекомые и растения... Многочисленные шестиногие и их зеленые соседи по планете сосуществуют вместе миллионы лет. Растительный мир во всем своем многообразии прекрасно служит мириадам насекомых различных видов. Растения представляют им кров, пищу, выполняют функции «родильного дома» и «детского сада». Днем и ночью растительноядные насекомые — обитатели лесов и полей, садов и огородов — пользуются услугами растительного царства. Пчелы и осы собирают нектар на цветках, тли и клопы сосут сок из листьев и плодов, жуки-короеды пробуравливают стволы лесных великанов, а долгоносики и огневки «лакомятся» созревшими семенами растений.

Многие из этих «нахлебников» не остаются в долгу и приносят пользу растениям. Перелетая от цветка к цветку и унося с собой на ножках или брюшке пыльцу, насекомые способствуют продолжению рода растительных организмов. Только пчелы опыляют около 65% яблоневых цветков.

Пчелы — одни из самых многочисленных представителей перепончатокрылых. В мире насчитывается около 20 тыс. видов пчел. Они распространены повсюду, где есть цветковые растения. Предками современных пчел, по-видимому, были хищные насекомые, подобные одиночным роющим осам, жившие примерно в середине мелового периода (100 млн. лет назад), когда цветковые растения уже заняли доминирующее положение на нашей планете.

Все виды пчел выкармливают своих личинок тестом из пыльцы и нектара цветков. Эволюция этих насекомых неразрывно связана с эволюцией цветковых растений, и, наоборот, существование большинства цветковых (примерно 90%) невозможно без насекомых-опылителей, в основном пчел как медоносных, так и одиночных.