Хемотаксис

В опытах, о которых до сих пор шла речь, различные органы растений были сильно поранены. Но, как мы уже говорили, и в природных условиях могут возникнуть серьёзные повреждения от дождя, града, ветра, насекомых, грызунов, птиц и т.п. В поле, лесу, степи — везде, где есть растения, постоянно выделяются в атмосферу летучие фитонциды. Точно так же и в реках, прудах, озёрах, океанах — во всех водоёмах, где обитают растения, могут выделяться фитонциды.

Это ставит перед учёными много новых и новых вопросов. Обязательно ли и всегда ли в природе гибнут микроорганизмы под влиянием фитонцидов? Если на лист лимонного дерева или черёмухи, дуба или берёзы попадёт из воздуха та или иная бактериальная клетка, обязательно ли ожидать гибели её от выделяющихся фитонцидов? Если около стебля водного растения окажутся инфузории, обязательно ли их погубят фитонциды этого растения?

Конечно, нет и, может быть, даже в большинстве случаев этого не происходит.

Летучие фитонциды и фитонцидные тканевые соки могут тормозить размножение бактерий и грибков, создавать химические условия, препятствующие другим организмам усваивать питательные вещества. Возникают и иные, ещё более сложные, соотношения между организмами. Растение может выделять во внешнюю среду фитонциды, которые не только не убивают микроорганизмы, но и, наоборот, помогают им размножаться. Далеко не все бактерии и грибки вредны для данного растения, есть и полезные. Среди этих полезных имеются и такие, которые являются противниками других бактерий и грибков, болезнетворных для данного растения, врагами его врагов.

Совершенно очевидно, что деятельность фитонцидов, улучшающих питание, рост и размножение полезных для растений бактерий, играет такую же важную роль, как и деятельность бактерицидных и противогрибковых веществ.

Могут быть и иные, ещё более сложные отношения.

Мы давно предполагали, что в природе существует так называемый хемотаксис подвижных одноклеточных организмов (бактерий, простейших, зооспор грибков и других организмов) в отношении фитонцидов. Под словом «хемотаксис» разумеется явление определённо направленного движения организмов навстречу или в сторону от какого-нибудь химического вещества. Движение от химического источника называют отрицательным хемотаксисом, движение навстречу — положительным. Конечно, ни о каком сознательном действии, ни о каком выборе места одноклеточными организмами здесь не может быть и речи. Это физико-химические и биологические явления.

Представим себе, что на поверхности влажного листа оказалась подвижная бактерия или подвижные воспроизводительные клетки определённого грибка. Если на листе, на том микроскопическом влажном пространстве, где оказался подвижный микроб, выделяются в ничтожных дозах фитонциды, которые могут вызвать явление отрицательного хемотаксиса, то это хотя бы на очень короткое время помешает непосредственному соприкосновению паразита-микроба с клетками тканей листа. А затем могут вступить в действие и другие защитные механизмы растения; в последующие секунды или минуты ветер может сбросить микроскопического врага с листа.

Чувствительность бактерий ко многим веществам крайне велика. Так, одна двухсотмиллионная часть миллиграмма вещества, называемого пептоном, находящаяся в стеклянной трубочке с микроскопическим диаметром, может вызвать отчётливый хемотаксис у гнилостных бактерий в жидкой среде, в которую опущена трубочка.

Не требуется, конечно, да и невозможно сообщать здесь о многих фактах, касающихся хемотаксиса и его роли во взаимоотношениях микроба-паразита и растения-хозяина. Но всё же об одном явлении расскажем. Возбудитель наиболее страшной болезни винограда, называемой мильдью, это гриб плазмопара витиколя. Зооспоры, которыми он может размножаться, как ни странно, «находят» устьица на листе винограда и проникают внутрь тканей. Каким образом? Достаточно доказано: вследствие положительного хемотаксиса зооспор. Очень может статься, что не только этот гриб приспособился в ходе сопряжённой эволюции с растением винограда к его фитонцидам, но и выработался положительный хемотаксис зооспор гриба к фитонцидам винограда, скорее к их каким-то компонентам, связанным пространственно с устьицами листьев.

Правильность предположения о хемотаксисе микроорганизмов в отношении фитонцидов подтвердили опыты. Это ещё только лабораторные опыты и на основании их нельзя полностью решить вопрос о том, что происходит в природе; но они представляют большой интерес.

Работая с инфузориями, мы обратили внимание на любопытное явление: если поднести источник летучих фитонцидов к капле жидкости, то находящиеся в ней инфузории в очень короткий срок меняют направление своего движения — теперь они движутся не передним концом вперёд, а задним.

Поставим опыт с фитонцидами цитрусовых. Поднесём к капле воды с инфузориями гляукомы кашицу из листьев апельсинового, лимонного или мандаринового деревьев. Под микроскопом видно, как в первые доли секунды инфузории меняют своё движение на обратное. Последим за ними в течение минуты. Если источник фитонцидов не слишком мощный, если инфузории остаются живыми, все они совершают свои поступательные движения задним концом вперёд, вращаясь одновременно вокруг своей длинной оси и производя ещё третье движение, которое может быть названо воронкообразным.

Удалим теперь стекло с висячей каплей от источника фитонцидов. Через одну, две, три, четыре минуты все гляукомы снова начинают двигаться нормально, передним концом вперёд. Когда мы в этом убедимся, приблизим снова источник летучих фитонцидов. И вновь все гляукомы, как по команде, двигаются задним концом вперёд. Речь идёт буквально о долях секунды. Все инфузории моментально, словно по команде «назад!», изменяют своё движение.

Возникает вопрос: относится ли такое явление к хемотаксису? Опыты и наблюдения, сделанные не в природной, а в лабораторной обстановке, подтверждают это предположение.

Возьмём стеклянную чашку любого размера. На подставки положим стеклянную трубку около 10 сантиметров длиной, с любым внутренним диаметром, однако таким, чтобы жидкость с простейшими, которой заполняется вся трубка, не выливалась при её горизонтальном положении. Один конец трубки запаян, а другой оставляется открытым (рис.20).

Рис.20. Хемотаксис простейших. а — как ставится опыт: 1 — стеклянная трубка с водой, в которой находятся инфузории, 2 — кашица из растений — источник летучих фитонцидов; б — результат опыта через 2 минуты после его начала; в — результат опыта через 5 минут — все инфузории оказались у закрытого конца.

В каждом участке этой трубки видны под микроскопом плавающие инфузории. Поставим опыты с гляукомами. В зависимости от того, под каким увеличением микроскопа или лупы рассматривать трубку, будет видно большее или меньшее количество гляуком.

Подберём такую взвесь инфузорий и такое увеличение, чтобы в каждом поле зрения (то, что видишь под микроскопом, не передвигая трубку) было 10—20 экземпляров инфузорий. Положим теперь на дно чашки готовый для опыта источник фитонцидов, например измельчённые листья черёмухи, лавровишни, цитрусовых и т.п.

Мы обнаружим поразительное явление: инфузории, совершая, казалось бы, только беспорядочные движения, начинают плыть от источника раздражения, то есть от открытого конца трубки к закрытому. При удачных сочетаниях условий (удачно выбранные растения, количество источника, температура и т.п.) результаты таких опытов бывают очень наглядными. Можно добиться, чтобы вследствие отрицательного хемотаксиса к летучим фитонцидам уже в течение 30 секунд на расстоянии 2—3 миллиметров от источника не оказалось ни одной инфузории: все они уплывут по направлению к закрытому концу.

Вычисления показывают, что если бы инфузория всё время двигалась по прямой линии от источника фитонцидов, то за 30 секунд она проплывала бы расстояние, равное её длине, умноженной на 200! На самом же деле, чтобы составить себе представление о быстроте движения, эту цифру надо увеличить во много раз, самое меньшее раз в десять, так как инфузория плывёт зигзагами, а часто и возвращаясь несколько назад. Выходит, что инфузория, можно сказать, галопом мчится от летучих фитонцидов, поступающих в жидкость у открытого конца трубки.

Опыты по хемотаксису проведены со многими растениями: с листьями черёмухи, весенними и осенне-зимними почками её, с кожурой лимона, мандарина и апельсина, с листьями клёна, дуба, самшита, эвкалиптовых деревьев, с иглами хвойных, с луком и разными органами других растений. Опыты со всеми этими растениями на гляукоме дали положительный результат. Не вызывают явлений отрицательного хемотаксиса варёные (убитые температурой) листья или иные органы растений.

Фитонциды различных растений отличаются по силе действия. Не исключена возможность и того, что будут обнаружены фитонциды, вызывающие явления положительного хемотаксиса.

В пустыне чахлой и скупой, На почве, зноем раскалённой, Анчар, как грозный часовой, Стоит один во всей вселенной... К нему и птица не летит, И тигр нейдёт...

А.С. Пушкин