О взаимоотношениях растений и животных

Вопреки приведённому нами эпиграфу, мы знаем, что ни в одном уголке земного шара нет в одиночку живущих растений, животных, микроорганизмов. У растений много друзей, но много и врагов помимо грибков и бактерий. Очень важную роль, иногда полезную, а иногда и крайне вредную, играют в жизни растений насекомые. В ходе развития живого мира, в течение миллионов лет, сложились разнообразные, подчас весьма сложные, взаимоотношения между растениями и насекомыми. Достаточно вспомнить роль насекомых в так называемом перекрёстном опылении растений, важность растений для жизни пчёл; вспомним и насекомых — вредителей лесов, огородов, садов.

В лесу, на лугу, в болоте, морях — повсюду в природе жизнь растений и насекомых взаимосвязана и представляет в некоторых отношениях как бы одно целое. Наука, накапливая всё больше и больше фактов о растениях и животных, в то же время изучает закономерности в жизни растительных и животных сообществ.

В озёрах, реках, хвойных лесах, дубовых рощах, зарослях черёмухи, на плантациях цитрусовых — везде складываются свои, своеобразные отношения между растениями и животными, преобладает своё животное население, приуроченное лишь к тем или другим видам растений, определённому характеру почвы и т.д. Самка падальных мух откладывает яйца в гниющие растительные и животные продукты. Зародыши мух могут развиваться среди кишащих микробов. Вышедшая из организма рыбы икринка может оказаться в соседстве с различными микробами, растениями и животными.

В каждом типе леса обитают и свои животные организмы. В буковых лесах встречается от 3 до 4 тысяч видов растений и от 6 до 7 тысяч видов животных (микроскопические одноклеточные животные здесь в расчёт не принимаются). Оказывается, что значительная часть животных строго приурочена именно к буковым лесам. Около 1800 видов животных и 1170 видов растений находит благоприятные условия для жизнедеятельности только в буковых лесах.

Приведём пример. Он неприятный, но, пожалуй, полезный, так как заставит тщательнее мыть фрукты и овощи перед тем, как их есть. В чудесном Петергофском парке под Ленинградом учёные подсчитали, сколько различных насекомых и клещей может быть, например, на ягоде. На 400 граммах земляники оказалось около 600 экземпляров главным образом клещей, на 400 граммах черники — около 1100, на таком же количестве малины — 5000, рябины — более 7000. А в кроне одной большой берёзы их около 5—10 миллионов.

В природе сложились очень своеобразные взаимоотношения организмов, связанные с фитонцидами. Так, фитонциды могут оказаться у маленьких растений опасным оружием нападения на больших для них животных. Среди паразитов цитрусовых растений есть черви нематоды, похожие по своему строению на аскарид, но только значительно меньшего размера. Эти черви могут оказаться в плену у двух грибков, называемых артоботрис. Они совместно нападают на червя и побеждают его. Один из грибков, которого учёные прозвали «рыбаком», быстро разрастаясь, образует сети гифов, опутывающих червя. Другой гриб, названный «палачом», выбрасывает петли, сжимающиеся вокруг червя. Гифы прорастают в тело нематоды и убивают её выделяющимися фитонцидами. Червь становится, таким образом, добычей грибков разлагаясь, служит им пищей.

А вот ещё не менее своеобразный случай взаимоотношений организмов в природе на основе выделения фитонцидов. Учёные долго не могли понять, каким образом всосанная пиявкой кровь становится для неё пищей. Чужая кровь с её сложными химическими веществами должна сначала измениться, а потом уже в более простом виде она может быть усвоена клетками пиявки. У животных и человека в кишечном тракте вырабатываются особые вещества — ферменты, благодаря которым и происходит пищеварение. В кишечнике пиявок этих веществ нет. Что же оказалось? В кишечнике пиявок постоянно живёт, сильно размножаясь, бактерия псевдомонас гирудинис. Эта бактерия является благодетельной для пиявки. Она помогает переваривать всосанную кровь, выделяя соответствующие вещества, и она же, выделяя свои фитонциды, убийственные для других микробов, оказывается единственной полновластной хозяйкой в кишечнике пиявок и не допускает никакого другого бактериального загрязнения. Вот почему кишечник пиявки совершенно чистый, от сосущей кровь пиявки никогда не заболеешь заразной болезнью. Недаром научная медицина пользуется пиявками при лечении многих болезней.

Эволюция растений и животных, приобретение или потеря ими каких-либо новых свойств не происходят особняком, изолированно друг от друга. Изменения одного явления вызывают изменения других. Между растениями и животными складываются новые и новые отношения сожительства (симбиоза) или паразитизма. Устанавливаются новые взаимоотношения в борьбе и взаимопомощи на основе законов, открытых Ч. Дарвином, В природе эти процессы совершаются ежесекундно и стихийно.

Человек, являясь частью природы, стал её творцом, важнейшим фактором её эволюции. Осуществляя гигантское строительство, социалистическое государство должно предвидеть и биологические последствия: какие растительные сообщества сложатся при посадке тех или других древесных пород, как изменится животный и растительный мир при строительстве новых каналов, как преобразится жизнь водоёмов? Биологи всех специальностей, участвуя в этих величественных делах, заняты и решением возникающих проблем.

Всё новые открытия во взаимоотношениях животных и растений используются в интересах человека, ставятся на службу лесной промышленности, (медицины, сельского хозяйства, садоводства, огородничества. Хочется думать, что в ближайшие годы удастся кое-что извлечь и из открытия фитонцидов, полезное не только для борьбы с бактериями, простейшими и грибками, но и для регулирования жизни растительных сообществ и высших животных, а также активно применить фитонциды для сохранения здоровья человека.

Но вернёмся к взаимоотношениям фитонцидов и насекомых.

Невольно напрашивается мысль, не играют ли и фитонциды какую-либо роль в приуроченности определённых видов насекомых к тем или иным растениям и растительным сообществам? Не имеют ли в природе летучие фитонциды какое-либо значение в качестве отпугивающих или, наоборот, привлекающих насекомое веществ? Нельзя ли использовать фитонциды в быту и медицине как инсектициды — вещества, убивающие вредных насекомых? Нельзя ли научно объяснить народные растительные средства борьбы с вредными насекомыми? Эта область исследований столь заманчива потому, что имеет огромное практическое значение.

Сообщим некоторые факты. Может быть, они пробудят у читателей интерес к наблюдениям и экспериментам в природе.

Совершим небольшую экскурсию в прошлое и сообщим об одном открытии, которое довелось сделать ещё в 1928—1930 годах. Это открытие впоследствии убедило нас в полезности изучения влияния фитонцидов на многоклеточных животных, в частности на насекомых.

Рис.21. Моллюски и их яйцеклетки. а — яйцекладка, внутри общей оболочки 10 яиц; б — отдельное яйцо с оболочками в сильно увеличенном виде; в — раковина моллюска; г — моллюск (другого вида) в раковине; д — яйцекладка этого вида моллюска.

Уже в первые дни открытия фитонцидов, когда было ясно, что летучие вещества некоторых растений действуют губительно на грибки, встал вопрос: имеем ли мы дело с ядами, вредными протоплазме определённых клеток, или с ядами для всякой протоплазмы? Теперь-то мы хорошо знаем, что фитонциды действуют избирательно: убивают одни клетки и организмы и не умерщвляют, а даже стимулируют другие.

Одними из первых опытов по фитонцидам были опыты с яйцами моллюсков — с теми клетками, от которых начинается развитие этих организмов. Моллюсков, «слизняков», очень много в морях, пресных водоёмах и на суше (рис.21).

Водные моллюски откладывают яйца на листьях и стеблях растений, на камнях и других твёрдых предметах. Каждый раз их откладывается несколько десятков. Все они находятся в общей прозрачной студенистой массе, играющей важную роль в предохранении зародышей от внешних неблагоприятных воздействий. Каждое яйцо, в свою очередь, одето оболочками. Эти оболочки настолько прозрачны, что сквозь них с помощью лупы легко наблюдать все последовательные этапы развития зародыша вплоть до формирования микроскопического моллюска, у которого уже отчётливо видна раковина. Освободившись от оболочек, моллюск начинает вести самостоятельное существование как взрослое животное.

Микроскопические зародыши моллюсков беззащитны на вид. Но впечатление это ошибочное. Оболочки яиц имеют такое строение и состав, что очень многие вещества, ядовитые и для более сложно организованных животных, для яиц моллюсков совершенно безвредны. Раздавить яйцо моллюска, конечно, легко, можно убить яйцо высокой температурой, но подобрать для этих нежных, изящных, прозрачных клеток химические яды учёному непросто, так как многие ядовитые для протоплазмы вещества не проникают сквозь оболочку яйца.

Возьмём одну яйцекладку какого-либо моллюска на такой стадии развития, когда сквозь прозрачные оболочки видно движение зародышей. Разрежем эту яйцекладку на две половины. Одну половину используем для опыта, а другая останется контрольной.

Опытную половину яйцекладки поместим в капле воды на стекло, а рядом положим только что приготовленную на тёрке луковую кашицу. В первые же секунды (обычно не позднее чем через 30 секунд) мы заметим резкое ускорение движения зародышей: они приходят в возбуждённое состояние. Через минуту-другую это состояние сменяется полной остановкой движения. Пройдёт некоторое время, и мы увидим при кажущейся сохранности оболочек яиц полный распад зародышей. Яйца же контрольной половины яйцекладки, также находящиеся в воде, прекрасно развиваются.

Очень многие растения обладают такими свойствами, например листья, почки, кора черёмухи (рис.22), корневища хрена, листья лавровишни, клёна, дуба, иглы пихты и т.д. Особый биологический интерес для понимания взаимоотношений в природе растений и животных представляет действие фитонцидов водных растений на яйца моллюсков, лягушек, рыб и других организмов. Уже первоначальные исследования дали неожиданные результаты. Одни водные и прибрежно-водные растения (некоторые синезелёные водоросли, спирогира, манник) тормозят развитие зародышей моллюсков, а другие его стимулируют.

Рис.22. Распад зародышей моллюсков под влиянием летучих фитонцидов почек черёмухи (через 40 минут воздействия). а — зародыш был на ранней стадии; б — развившийся моллюск, он имел раковину и вскоре должен был освободиться от яйцевых оболочек.

И вновь возникает мысль: не случайно ли это явление? Имеют ли отношение обнаруженные факты к защитным свойствам водных растений? Безразлично ли для растений, если на них откладывают яйца моллюски и другие водяные животные? Безразлично ли для моллюсков, на каких растениях отложить яйца? Таким образом мы подходим к вопросу о биологической самоочистке водоёмов, к вопросу о том, не играют ли фитонциды водных растений некоторую роль и в регулировании состава животного, растительного и микробного населения водоёмов. На этих вопросах мы остановимся в дальнейшем.