Диалог между две царства

cvete10Палеонтологията ни учи, че преди няколкостотин милиона години на Земята е имало обилна растителност от гигантски папрати, хвощове и голосеменни растения. Впоследствие повечето от тях са изчезнали и на тяхно място са се появили покритосеменните растения, съставляващи 85% от съвременното растително царство. В разцвета на древната земна флора са се появили и растителноядните насекоми. По своите огромни размери те напълно са импонирали на тогавашните растения. И тъй като не са имали много естествени врагове, необезпокоявани, те са могли да се размножават в невероятни мащаби. Тогава, преди няколкостотин милиони години, природата за първи път поставила в конфронтация двете големи царства – растителното и животинското. Растенията са били принудени да търсят средства за борба със своите неприятели, а насекомите – да им противодействат. По това време е започнал и конкурсът за оригиналност и находчивост в природата, който продължава и до днес. Появяването на ново защитно средство у растенията или ново адаптивно качество у животните означава възникването на нов вид. По такъв начин процесът на видообразуването и в двете царства бързо се ускорявал. Днес учените са единодушни, че еволюцията на растенията и растителноядните животни е вървяла успоредно и те взаимно са благоприятствали и ускорявали еволюционния си процес.
Най-достъпният начин за борба с растителноядните животни е химичният. Растенията започнали да произвеждат токсични вещества. Счита се, че една от причините за преуспяването на покритосеменните растения е тяхната по-голяма химична гъвкавост и по-големите им възможности за производство на химични защитни средства. Не е случаен фактът, че алколоидите се срещат изключително всред покритосеменните растения. Тъй че наред с грандиозните геологични преобразувания и климатичните промени, довели до масово измиране на древната растителност, основна причина за изчезването на старите видове е тяхната слаба защитеност към растителноядните животни и болестотворните микроорганизми. От тях са оцелели само тези, които навреме са започнали да произвеждат защитни вещества. И действително днешните папрати не са гигантски, както техните предшественички, но те активно отделят вещества, които са силни репеленти, токсични за нематодите и други низши организми. Всички съвременни растения излъчват летливи вещества в атмосферата и летливи в почвата, чрез които се защитават от болестотворните микроорганизми, гъбите и насекомите. Предложено е те да се наричат фитонциди.

      - фитонциди

Понятието фитонциди е въведено през 1942г. от руския микробиолог проф. Борис Тонкин, който е и първооткривателят на тази неизвестна дотогова група биологичноактивни вещества. Той открива фитонцидите още през 1928-1930г. във връзка с изследванията си върху квасните гъбички, когато забелязал, че в присъствие на кромид лук растежът им се подтиска. Тогава допуснал, че причината за това са летливите вещества на лука. Със серия хитроумни експерименти Токин доказва, че летливите вещества на лука убиват не само гъбичките, но и много болестотворни бактерии и протисти. Такъв ефект имат и веществата, отделяни от чесъна, магданоза, ментата, копъра, анасона, листата на дъба, листата на иглолистните растения и много други. Изобщо отделянето на фитонциди е универсално свойство на зелените растения. Един хектар широколистна гора отделя около 2 кг фитонциди годишно, а същата площ иглолистни насаждания – 5 кг. Най-много фитонциди отделя хвойната – 30 кг годишно. По-обилното отделяне  на фитонциди от иглолистните растения се обяснява със съществуването на силно електрично поле около техните иглички, което спомага за разпръскването във въздуха на неорганични съединения, като витамини, восъци и др. Неотдавна Урисън и неговите сътрудници профилтруваха 1980 м3 въздух в хвойнова гора и събраха 18 мг восък. Със съществуването на електричното поле около игличките се обяснява и способността на иглолистните растения да озонират въздуха.
Високото съдържание на фитонциди във въздуха обуславя и микробиологичната чистота на планинския въздух. Докато 1м2 градски въздух съдържа средно 36000 бактерии, в същия обем планински въздух се съдържат само 500. Количеството на бактериите във въздуха намалява и под влияние на летливите вещества на домашните растения. Така например една саксия бегония или мушкато снижава бактериалното съдържание на въздуха в средно голямо помещение с 43%, киселата трева – с 59%, а хризантемата-с66%.
Установено е, че в лабораторни условия фитонцидите имат мощен широкоспектърен бактерициден ефект. Фитонцидите на лука  и чесъна например убиват почти всички болестотворни бактерии и много протисти. Поради това, наскоро след откриването им, на фитонцидите се възлагат големи надежди за практическо приложение в медицината. И наистина колко съблазнителна е идеята с чесън и с лук да се лекува всичко – от ангината до чумата и холерата. Но скоро настъпва разочарование. Оказва се, че и фитонцидите не са бленуваната панацея. Наблюдаваният бактерициден ефект спрямо повечето патогенни микроорганизми се проявява само извън организма.  Причината за това е неизвестна. Възможно е в организма те да търпят някаква промяна, а не е изключено и самите паразити да са своебразно защитени в тялото на гостоприемника. Въпреки това, лечебният ефект на много билки и растителни храни се дължи именно на фитонцидите и заедно с тях те отдавна са записани във фармакопеята на народната медицина.
В много страни като средство за лечение на простудни заболявания се прилага вдишването на пари от запарка на етерично-маслени растения. В някои страни на изток пък за предпазване от инфекциозни заболявания се практикува носенето на наниз от чеснови скилидки на шията.
С фитонцидите на лука се лекува грипозна хрема, възпаления на ушите, инфекциозни кожни заболявания и др. При възпаления на очите народната медицина препоръчва сдъвкване на чесън и духане в окото.
От фитонцидите на лука и чесъна не се отказва и съвременната медицина. В клинични условия чесънът се прилага за лекуване на остри катари на горните дихателни пърища, коклюш, възпаления на гнойни процеси в белите дробове, възпаления на ушите и слизестите ципи на очите, дизистерия и пр. Фитонцидите на чесъна се прилагат успешно и у нас в клиниката по фитотерапия към Медицинската академия в София.
От чесъна неотдавна беше изолиран антибиотикът алицин, който проявява бактерицидно действие дори при разреждане 1:250 000. Той убива стрептококите, стафилококите, тифунисните бактерии, парахолерния виброн, туберкулозния бацил и др. За съжаление обаче алицинът е нетраен и се разлага при съхранение.
В Русия на базата на чесъна се произвеждат няколко лекарствени препарата. Най-старият от тях е сативинът, приложен за лекуване на дизентерия у децата. Други препарати са фитонцидинът, алилсатът, алкохолът и др.
Фитонцидите на много растения имат и изразено инсектицидно действие или са репеленти за растителноядните насекоми. Това тяхно свойство се използва в селското стопанство за защита на зеленчуковите и овощните насаждения, както и за предпазване на семената и хранителните продукти от вредни насекоми. Така например, ако към 100 кг пшенично зърно се поставят 200 гр чесън, гъгриците напускат съда със зърното. В Китай чесънът се използва при съхранение на ориза и брашното, а в Белгия – за предпазване на лененото семе от ленената бълха. Водни екстракти от чесън пък са сигурно средство за борба с паяжинообразните акари (кърлежи).
Използването на инсектицидните растения става само по два начина: чрез засаждането им в съседство с полезните растения или чрез пръскане на насажденията с екстракти от тях. Например пелинът, засаден в овощните градини, предпазва ябълките от ябълковия плодов червей, а неговите отвари унищожават листогризещите гъсеници и действат отпъждащо на кръвосмучещите насекоми и паразити по топлокръвните животни. Миризмата на конопа пък е репелент за майския бръмбар, поради което се препоръчва да се засажда като междуредова култура в овощните градини. В Индия, за отпъждане на бълхи и дървеници, листа или цели конопени растения се поставят под леглата и в дрехите. От конопа е изолиран и антибиотикът кансатин, който се проучва за прилагането му в растителната защита. У нас е добре известно отпъждащото действие на лавандулата  върху вълнения и восъчния молец.
Важни инсектицидни растения са хризантемите от рода Pyrethrum. Заради силното инсектицидно действие те се отглеждат и като промишлени растения. Препаратите от пиретруми са абсолютно безвредни за човека и топлокръвните животни, а са силно токсични за насекомите и акарите. Смъртоносната доза е само 0,000017 - 0,000065 % (активно вещество) от теглото на насекомото. Главните активни компоненти на пиретрумите са пиретрин и цинерин, които представляват естери на едновалентните алкохоли пиретролон и цинеролон с хризантемовата киселина. Те са контактни инсектициди, подобни на ДДТ, но имат много по-силно действие от него. По лимфен път пиретрумните инсектициди достигат до нервните ганглии и причиняват паралич, вследствие на което насекомото се обездвижва и умира. Търговският препарат pulvispyterhriсе прилага за унищожаване на бълхи и въшки по окосмените части на тялото.
            Пиретринът и цинеринът са представители на така наречените полиенови антибиотици. Етиленовите и ацетиленовите антибиотици са главните съставки на фитонцидите на сложноцветните растения. Един от най-простите представители на ацетиленовите антибиотици е агропиренът, който се съдържа в корените на пирея.
Летливите фитонциди на повечето растения имат благоприятен ефект върху бозайниците и човека. Изпаренията на планинските растения действат успокояващо и укрепващо на нервната система. Акад. Холодни смята, че някои от фитонцидите подобно на витамините са жизнено важни за човека. За разлика от витамините обаче, те постъпват в организма не с храната, а с вдишания въздух, поради което той ги нарича атмовитамини.
      -  Други вещества, отделяни от организмите
Описанието на химичните средства за защита на растенията няма да бъде пълно, ако не споменем и за фитоалексините, известни още като стресови метаболити. Това са вещества с бактерицидно и фунгицидно действие, като се образуват при проникване на болестотворни микроорганизми в растителните тъкани. Тяхната биосинтеза се индуцира от нарушаване на цялостта на тъканта, след което бързо се натрупват на мястото на нараняването. Досега е определена химичната структура на голям брой фитоалексини и е показано, че те се отнасят към различни класове и групи. Повечето от тях съдържат алкохолни или фенолни хидроксилни групи, чрез които се свързват в клетката с въглехидратите под формата на гликозиди. Гликозидната форма на фитоалексините е неактивна и следователно в здравата клетка те стоят в „спящо“ състояние. При разрушаване на клетката обаче нейните гликозидази се активират почти незабавно и освобождават фитоалексина. По такъв начин микробът или гъбният хиф, приникващ в растителния организъм, още с разрушаването на първите клетки сам затваря капана, който природата му е приготвила. В същност фитоалексините са втория ешалон на химическата защита при растенията. Първият (фитонцидите) посреща неприятеля далече от растителния организъм, а под ударите на фитоалексините попадат само тези от микроорганизмите, които са успели да преминат първата отбранителна линия.
Изучаването на химичните средства за защита на растенията е извънредно привлекателна за химиците-органици област. Сред  веществата, използвани за защита, са открити и редица нови за науката съединения, някои от които с твърде интересни структури. Не по-малко интересна е химичната защита на растенията и за биохимиците. През последните години беше показано, че фитоалексините проявяват своето действие на най-различни и невероятни нива от клетъчния метаболизъм: подтискат биосинтезата на ДНК, РНК или белтъците, блокират дишането и окислителното фосфорилиране, намаляват проницаемостта на клетъчните мембрани и пр. В „търсенето“ на нови по-ефективни средства за борба с неприятелите някои растения са стигнали до надхвърляща въображението оригиналност. Така например К.Уилямс от Харвардския университет откри в дървесината на американската балсамова ела веществото ювабион, идентично с ювенилния хормон на някои насекоми. Ювенилните хормони са хормони на насекомите, които регулират дифернцировката и развитието на органите в ларвения стадий. Превръщането на ларвата във възрастно насекомо се контролира от друга група хормони – екдизони. Действието на ювенилните хормони се проявява в нищожно малки концентрации в кръвта. При повишаване на концентрацията настъпват драматични изменения в тялото на личинката, при което тя или бързо умира, или не се превръща в зряло насекомо. Поради това, макар и жизнено необходими за насекомите, в по-голямо количество ювенилните хормони са силни инсектициди. Например гъсеницата на пеперудата Cecropia умира, ако храната й съдържа една милиардна част ювенилен хормон.
Неотдавна в растенията са открити и екдизони. Така например бета-екдизонът, който първоначално е открит в копринената пеперуда, а по-късно и в редица морски членестоноги, е намерен в австралийското дърво Podocarpuselatus. Биологичното знчение на екдизоните в растенията не е известно, но се предполага, че и те служат за защита от растителноядните насекоми.
         И въпреки сигурната химическа защита, издържала проверката на вековете, нашият  читател вероятно ще си спомни, че е виждал обезлистени от гъсеници дървета, млади фиданки с изгризани от зайци клонки и пр., което показва, че растителноядните животни съвсем не са така безпомощни, както изглежда от горните редове. Природата, за която всички живи същества са еднакво скъпи, е била еднакво щедра и към растенията, и към животните. Докато първите е въоръжила с все по-съвършени химически оръжия, на вторите е давала адекватни противохимически средства. В еволюцията на животните са развили метаболитни пътища, включващи високоспецифични ензими, с които успешно са започнали да обезвреждат адресираните към тях отрови. Но вече видяхме, че растителните тъкани имат най-различна химична природа, поради което обезвреждането им не може да стане по шаблонна схема. За обезвреждането на всяко отровно вещество е необходим отделен метаболитен път, а развиването и поддържането на голяма метаболитна мрежа е трудно и очевидно неизгодно за животните. Поради това растителноядните видове не са всеядни, а приспособени само към един или няколко вида растения, чиято химична защита са успели да пробият. Така например една голяма група пеперуди от семейство лястовичи опашки се храни с ябълкови листа, друга група от същото семейство с магнолиеви листа, а трета с цитросови и магданоз. Пеперудата монарх пък предпочита млечката. Много от тези насекоми разпознават любимото си растение именно по миризмата на отделяната от него отрова. Например луковата муха открива предпочитаната от нея храна по миризмата от пропилмеркаптана и пропилдисулфида, а пеперудитеPieridar, хранещи се с кръстоцветни растения – по изоцианатите. Гъсениците на пеперудата Papilioajax, които ядат листа на чадъровидни растения, се привличат само от отделяните от тях карвон и метилшавикол. Ако филтърна хартия бъде напоена с тези вещества, те започват да я гризат без колебание. Кукурбитацидите пък привличат бръмбара Diaboticaundecimpuctata, а в същото време отпъждат пчелите и осите.
             Някои растения са жизнено необходими за насекомите като доставчици на уникални за тях биологично активни вещества. Така например пчелите събират прашеца на детелината, защото с него си набавят и октадекатриеновата киселина, необходима за биосинтезата на царското вещество.
В нашия разказ за взаимоотношението между растенията и животните дотук представихме животните само като неприятели на растенията.  Но още от началното училище знаем, че без насекомите голяма част от цветните растения биха загинали. Те провеждат още един цикъл – опрашването. За привличане на полезните насекоми растенията използват не по-малко ефективни и оригинални химични средства от тези, предназначени за отпъждането или унищожаването им. По време на цъфтежа растенията отделят химични вещества – атрактанти за насекомите, които по своята химична природа са близки до феромоните. Някои от тях са идентични или наподобяват по структура агрегационните феромони, а други – феромоните за маркиране на пътя към хранителните източници. Известни са и истински полови феромони. Цветовете на орхидеите от рода Ophrys съдържат сескитерпеновите въглеводороди алфа-копаен и гама-кадинен, които са женски полови феромони за ципокрилите Gorytes mystaceus и Gorytes campestris. Мъжките на тези насекоми, привлечени от феромоните, кацат върху цветовете на орхидеята, преминават във възбудено състояние и при опит да съвкупляват с тях извършват опрашването.
Освен за опрашването в някои случаи насекомите са необходими и като храна на растенията. Известни са около 450 вида низши и висши растения, при които взаимоотношенията с жертвите почиват също на химична основа.