Гибель микро- и микроорганизмов от фитонцидов апельсина, лимона и мандарина

Для того чтобы рассмотреть подробнее губительное действие фитонцидов на протозоа и другие организмы, можно с одинаковым успехом взять многие растения: дуб, чёрную смородину, хвойные и т.д. Но мы на этот раз остановимся на цитрусовых.

Плоды цитрусовых с давних пор считались полезными для человека. Плоды апельсинового, лимонного и мандаринового деревьев в народной медицине разных стран пользовались большим почётом в качестве лекарственных веществ.

Ещё полторы тысячи лет назад в китайских книгах давался рецепт приготовления чая с лимоном. В XVII веке в Китае лимон применялся как средство для излечения ран и лёгочных заболеваний. Китайцы много сотен лет назад установили пользу лимона при цинге. В нашем столетии благодаря открытию витаминов догадки народной китайской медицины стали научно обоснованными, и сейчас никто не сомневается, что среди витаминных растений одними из лучших против цинги являются плоды лимона.

Научная медицина использует плоды цитрусовых при лечении желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей. Применяли эти целебные плоды и для лечения гнойных ран, язв желудка и кишечника, при брюшном тифе и ангине.

В последние годы стали известны фитонцидные свойства цитрусовых. Летучие фитонциды листьев и плодов лимонного, мандаринового и апельсинового деревьев обладают бактерицидными свойствами в отношении многих бактерий, патогенных и безвредных для растений, животных и человека. Фитонциды цитрусовых, в частности, убивают некоторые формы дизентерийных микробов.

Займёмся, однако, не бактерицидными, а протистоцидными свойствами фитонцидов цитрусовых.

Возьмём плод лимона, апельсина или мандарина. Острой бритвой срежем приблизительно полусантиметровую площадку кожуры. Разрежем этот кусочек на ещё более мелкие кусочки или раздавим его в ступке, чтобы создалась большая поверхность испарения. Как и в опытах с другими растениями, положим полученную растительную кашицу на дно чашки Петри (или в любую другую подобную посуду), а на внутренней поверхности крышки поместим висячую каплю сенного отвара[7] с простейшими, например инфузориями. Все они погибнут.

Смерть их наступит в разное время в зависимости от состояния плодов, степени измельчения материала, объёма посуды и т.п. Можно взять такое количество источника фитонцидов и создать такие условия, что гибель простейших наступит в первые секунды воздействия; но можно и растянуть их умирание даже на несколько десятков минут.

Опыты эти очень просты, и каждый, располагая несложным оборудованием, может повторить их.

Поставим теперь следующий опыт. Выдавим в чашку Петри сок из мякоти лимона, апельсина или мандарина. Так же, как и в предыдущих опытах, поместим на внутреннюю поверхность крышки каплю сенного отвара с теми же видами инфузорий, которые, как мы убедились, очень нестойки к летучим фитонцидам кожуры цитрусовых. Мы обнаружим удивительное явление: сколько бы мы ни налили сока мякоти плодов, никакого действия летучие вещества сока на инфузорий не окажут. Даже через сутки инфузории не погибнут. Вывод очевиден: летучие фитонциды мякоти цитрусовых плодов не обладают протистоцидными свойствами.

Но это не значит, конечно, что летучие вещества мякоти лишены совершенно фитонцидных свойств. Нет, они хорошо убивают многих бактерий, в том числе и вредных для человека. В нашей лаборатории доказано, что уже при 30-минутном воздействии летучих фитонцидов лимонной мякоти на культуру дизентерийной палочки количество выросших колоний составляет лишь 28 процентов по сравнению с контрольными, не подвергавшимися воздействию фитонцидов. Доказано тормозящее влияние летучих веществ плодовой мякоти цитрусовых на плесневые грибки. Отмечено отчётливое бактериоубивающее действие летучих веществ в отношении, например, золотистого стафилококка и бактерии цитрипутеале, вызывающей болезни цитрусовых и других растений.

Итак, небольшие кусочки кожуры лимона, апельсина или мандарина весом в миллиграмм или доли его убивают на расстоянии простейших, а целый стакан только что выжатого из мякоти сока тех же плодов не оказывает на них на расстоянии смертельного действия.

Возьмём теперь каплю сока мякоти лимона, апельсина или мандарина, соединим её с каплей сенного отвара с инфузориями. Смерть простейших наступит моментально, в первые доли секунды!

Доказано, что и листья цитрусовых обладают очень мощными летучими фитонцидами и фитонцидными тканевыми соками.

Таким образом, мысль выдающегося советского ботаника Б.М. Козо-Полянского, которую мы привели в начале этой главы, подтверждается опытами с плодами цитрусовых и с другими растениями. У растительных организмов имеется, если можно так выразиться, две «линии обороны»: поверхностный: слой оболочки плода обладает мощными фитонцидными свойствами — это первая «линия обороны»; не менее мощны и фитонцидные свойства мякоти плода — вторая «линия», — но они обнаруживаются в отношении протозоа лишь при непосредственном соприкосновении с тканевыми соками.

Из воздуха, от птиц и насекомых, да и другими путями на поверхность растущих и созревающих плодов цитрусовых попадают те или иные микроорганизмы. Их размножение неизбежно будет тормозиться вследствие выделения цедрой летучих фитонцидов. Но теми же птицами, насекомыми, ветром плод может быть ранен, и микроорганизмы не только окажутся на кожуре, но и проникнут внутрь. И здесь они встретят вторую, не менее мощную «линию обороны» фитонцидов плодовой мякоти. Очень важно, какой стадии роста и созревания берутся плоды, для опыта. Накопление и выделение фитонцидов самым близким образом связаны со всей жизнью растения. Менее зрелые плоды более протистоцидны.

Та же закономерность отмечена и в отношении витамина С. Если в завязи плода имеется 83 миллиграмма витамина, то в таком же количестве (по весу) незрелых плодов — 68, в зрелых крупных плодах — 67, а в перезрелых — всего 36 миллиграммов. Связано ли это как-либо с продуцированием фитонцидов — неизвестно; вот ещё один вопрос, который предстоит разрешить науке. Может быть, некоторые витаминные и фитонцидные свойства совпадают или выработка витаминов и фитонцидов имеет общую основу в химических процессах, происходящих в протоплазме клеток растений. Медицина и биология хорошо знают важную роль витаминов для человека и сельскохозяйственных животных. Выясняется и роль, которую играют витамины в жизни самих растений: они входят в состав некоторых важных ферментов. Но и здесь, так же как и в учении о фитонцидах, приходится часто строить более или менее достоверные догадки, рабочие гипотезы, на основе которых можно ставить опыты и разрешать загадки природы.

Если придерживаться точки зрения, что фитонциды — защитники самих растений, считать их эволюционным приспособлением, одним из многих факторов естественной невосприимчивости растений к тем или иным заразным заболеваниям, то всё рассказанное нами о цитрусовых даёт материал для научной фантазии. В этом случае мы должны ожидать самую большую бактерицидную, противогрибковую и протистоцидную активность именно у завязи плода и созревающих плодов. Для созревшего и перезревшего плода апельсина, или яблока, или кизила мощные фитонциды кожуры и мякоти не только не имели бы приспособительного значения, но и играли бы отрицательную роль в сохранении вида.

Стихийное развитие живой природы, разумеется, шло не в интересах человека, а в интересах самих организмов. Для человека было бы, конечно, лучше, если бы и перезрелое яблоко, и другие плоды обладали не меньшими фитонцидными и витаминными свойствами, чем те же плоды в ходе их роста и созревания. Как было бы хорошо для людей, если бы зрелые ягоды крыжовника, помидоры, апельсины, яблоки, огурцы не плесневели, чтобы ими самими убивались все бактерии и грибки, вызывающие распад тканей.

Но что бы случилось с такими растениями в природе без вмешательства человека? Представим себе, что на землю упали созревшее яблоко или апельсин и что они не гниют, а продолжают выделять мощные фитонциды, убивающие всех гнилостных бактерий и плесневые грибки. Для размножения растений, для продолжения вида нужно, чтобы семена освободились от окружающей мякоти и оболочек плодов. Выходит, для растений полезно, чтобы все части плода, кроме семян, теряли свои фитонцидные свойства. Плесневые грибки и бактерии нередко могут выполнять и полезную для растения роль.

Правильны или ошибочны эти соображения — трудно сказать, но фактом остаётся то, что значительно изменяются фитонцидные свойства плодов в ходе их развития. Это относится и к листьям.

Мы с кинооператором В.Д. Быстровым сняли научный кинофильм, чтобы узнать подробности умирания инфузории стентор, или трубач, как её называют, под влиянием летучих фитонцидов, выделяемых клетками лимонной кожуры.

Съёмка производилась таким образом. Под микроскопом помещали стекло, на котором находилась висячая капля воды со стенторами. Капля эта подвергалась «бомбардировке» летучими фитонцидами лимонной кожуры. Под микроскопом производили и съёмку.

О чём же рассказывает наш кинофильм?

Трубач — одна из красивейших инфузорий, размер его достигает половины миллиметра и более. В расправленном состоянии длина его тела около двух миллиметров, а невооружённый глаз различает десятые доли миллиметра. Значит, трубач — огромный одноклеточный организм. К переднему концу его тело расширяется и образует раструб с полем, имеющим отверстие. От этого раструба, напоминающего трубу, инфузория и получила своё название. Удлинённым узким концом инфузория может прикрепляться к твёрдым предметам. Всё тело её покрыто ресничками, расположенными продольными рядами. На головном поле, эти ряды проходят кольцами. Строение стентора очень сложное. Многие учёные называют входное отверстие ртом, говорят о пищеварительной системе, о сократимых, подобно мышечным, волокнах и т.д.

Фильм о смерти стентора под влиянием летучих фитонцидов лимона производит на зрителей потрясающее впечатление.

Невозможно кратко описать удивительную, пока совершенно загадочную с точки зрения химии и физики, динамичную картину изменений, происходящих при умирании стентора. Картина меняется буквально в течение каждой секунды и даже долей её.

На рис.18 представлены снимки с отдельных кадров этого фильма. Но они, к сожалению, могут дать лишь слабое представление о бурно разыгрывающихся событиях. От начала воздействия фитонцидов до полного разрушения инфузории прошло всего лишь 92,5 секунды!

Рис.18. Последовательные этапы умирания стентора под влиянием летучих фитонцидов кожуры лимона. Объяснение а—в см. в тексте.

На рис.18, а мы видим стентора в капле без влияния фитонцидов (в вытянутом состоянии). При поднесении источника фитонцидов (кашицы из поверхностного слоя кожуры лимона) стентор немедленно сокращается и становится более или менее правильным шаром. Какие химические процессы разыгрываются при этом — мы ещё не знаем. А вот у стентора через минуту уже намечается явление лизиса (растворения), начинающегося с поверхности тела.

После этого стремительно развиваются драматические события. Проходит полсекунды. В одном участке совершенно неподвижного шара — инфузории — вдруг становится заметным бурный распад тела. Одновременно инфузория, как ракетный снаряд, устремляется в направлении, противоположном бурно распадающемуся участку тела. На рис.18,б снят труп инфузории. Истекло всего 13 секунд после описанной картины, но сколь резкие изменения наступили? В окружности, на расстоянии более чем трёх диаметров оставшегося шара видны зёрнышки из распавшейся протоплазмы. Проходит ещё 14 секунд (рис.18, в), и почти вся инфузория распадается: на значительном расстоянии мы видим какие-то остатки протоплазмы.

Если исследователь будет далее наблюдать под микроскопом, чтобы выяснить, какова же конечная картина гибели инфузории, то он встретится с совершенно загадочным пока для физики и химии явлением полного исчезновения стентора. От него остаётся большее или меньшее количество микроскопических, величиной в несколько микронов, маслянистого вида шариков. Это, повторяем, загадка, очень увлекательная и важная для науки и практики, ибо мы встречаемся здесь с каким-то особым явлением, объяснение которого помогло бы медицине и биологии понять механизм действия фитонцидов и других ядов на болезнетворных микробов.

Несомненно, что эта загадка уже в ближайшее время будет решена. Пока же можно строить только различные гипотезы. Маловероятно предполагать, что сравнительно небольшое число молекул летучих фитонцидов, «бомбардирующих» воду с инфузориями, растворяет, да ещё в секунды, и белки, и жиры, и углеводы — все вещества, из которых состоит тело стентора. Может быть, летящие в каплю воды молекулы фитонцидов, быстро распространяющиеся в ней и входящие в соприкосновение с телом стентора, ускоряют в десятки, сотни тысяч раз какие-то процессы, могущие протекать медленно и без фитонцидов? Может быть, молекулы фитонцидов являются, образно выражаясь, затравкой для этих процессов?

Существуют так называемые катализаторы, ферменты — вещества, которые могут во много раз ускорять медленно протекающие химические процессы. Такие вещества есть во всех животных и растительных организмах. Может быть, среди группы веществ, из которых состоят фитонциды цитрусовых и других растений, имеются ферментоподобные вещества очень мощного действия? А не связаны ли разыгрывающиеся при действии фитонцидов процессы с какими-то явлениями радиоактивного распада?

Впоследствии мы убедимся, что фитонциды высших растений могут оказывать губительное действие и на многоклеточные организмы вплоть до высших животных. Чтобы получить более полное представление о фитонцидах цитрусовых, приведём один пример их влияния на многоклеточные организмы.

Изберём для этой цели гидру. Гидры живут в прудах, озёрах и медленно текущих реках на водных растениях и камнях. Они настолько велики, что видны и без микроскопа. Размеры тела их без щупалец от 2 миллиметров до 1,5 сантиметра.

Тело гидры имеет цилиндрическую форму. Конец, которым прикрепляется гидра к твёрдым предметам, называется подошвой. Подошвой заканчивается так называемый стебелёк. Затем следует утолщённая часть тела с полостью, в которой переваривается пища. Эта часть тела носит название желудочного отдела. На верхнем конце желудочного отдела находится ротовое отверстие, окружённое 5—8—9 щупальцами — длинными нитями, могущими вытягиваться и сокращаться. Благодаря им гидра втягивает внутрь желудочной полости различную пищу, например мелких водяных рачков. Гидра состоит из большого количества различных клеток, нервных волоконец, образующих сложную сеть по всему телу. Короче говоря, гидра — животное сложное, хотя она и наиболее просто устроена по сравнению с другими многоклеточными.

Способом микрокиносъёмки удалось проследить все этапы умирания гидры, находящейся в капле воды, на расстоянии от которой помещается источник фитонцидов — кашица из лимонной кожуры. Удивительное явление! В короткое время вся гидра с её тысячами клеток, за исключением особых, так называемых стрекательных капсул и стрекательных нитей, исчезает; исчезает так же, как стентор и некоторые другие организмы.

На рис.19,а представлена нормальная гидра, а на рис.19,б — она же через 2 минуты 1 секунду после начала воздействия летучих фитонцидов цитрусовых. Мы видим гидру в сокращённом состоянии. К этому бремени концы щупалец уже заметно распадаются, наружные клетки (так называемая эктодерма) умирают.

У той же гидры через 2 минуты 28 секунд уже отчётливо наблюдается распад щупалец, они превращаются в какие-то махры. Погибшие клетки отторгаются от тела гидры. А через 3 минуты 21 секунду явственно виден распад всех щупалец (рис.19,в). К нему присоединяется теперь и начинающийся распад подошвы стебелька. Далее физико-химические события разыгрываются всё более быстрыми темпами. Проходят ещё 17 секунд. Отторгаются куски мёртвых щупалец. Распадается стебелёк, тело гидры разрыхлено, махрится, отторгаются отдельные клетки. И через 7 минут 17 секунд (рис.19,г) после начала опыта распад гидры столь значителен, что взятый отдельно фотоснимок этой стадии посмертных изменений, вне связи с предыдущими, ничем не напоминает бывшую гидру.

Рис.19. Последовательные стадии умирания гидры под влиянием летучих фитонцидов кожуры лимона. Объяснение а–г см. в тексте.

Лишь много изучавший гидру специалист под большим увеличением микроскопа обнаружит стрекательные капсулы и стрекательные нити. Многоклеточный организм «исчез», как будто кусок сахара в горячей воде!

Судьба всех остальных клеток гидры оказывается такой же, как и судьба стентора и других простейших, подвергшихся воздействию фитонцидов кожуры лимонного дерева.

Таким образом, просто и однозначно ответить на вопрос о том, как умирают микроорганизмы под влиянием фитонцидов, нельзя. В одном случае могут быстро протекать химические процессы в оболочках и поверхностных слоях цитоплазмы, а в другом случае наступает резкое подавление дыхания или гибель тех или иных существенных белков и нуклеиновых кислот, но могут происходить такие химические процессы, при которых изменяется поверхностное натяжение, и это приводит к механическому надрыву оболочек и поверхностных слоёв протоплазмы. Причиной гибели может стать, например, и влияние па подвижность частей клетки, имеющей жизненно важное значение. Приведём пример такого действия фитонцидов, которое, на первый взгляд, не может привести клетку к катастрофе.

В клетках всех микроорганизмов совершаются движения разных участков протоплазмы, и это жизненно необходимо. В некоторых случаях движения видны и при небольших увеличениях микроскопа. Особенно заметны движения так называемых хлоропластов, то есть тех частей клетки, в которых находится хлорофилл; без него же зелёное растение не может строить органические вещества из простых соединений.

В.Д. Рощина доказала, что под влиянием летучих фитонцидов чеснока, хрена, черёмухи, рябины быстро изменяется вязкость протоплазмы и её проницаемость для разных веществ, тормозится движение хлоропластов. Уже в первые минуты воздействия фитонцидами черёмухи скорость движения сильно изменяется, а часа через полтора хлоропласты полностью останавливаются, наступают разрушительные процессы в клетках.