Д.Д. Вердеревский и молдавская школа иммунологов

Многие лаборатории и выдающиеся учёные сочли правильной мысль о фитонцидах как важнейшем факторе естественного, природного иммунитета.

Интересной в фитопатологии является школа известного в СССР и в других странах профессора Дмитрия Дмитриевича Вердеревского. Сколько превосходных мыслей и открытий дал он сам и его ученики! Увы! Несвоевременно, полный энергии и страсти к науке, ушёл из жизни замечательный борец за здоровье культурных растений.

Основываясь на биологическом учении о фитонцидах, на высказанной мной гипотезе о защитной роли фитонцидов для самих растений, Вердеревский создал фитонцидную теорию иммунитета.

Среди микроорганизмов есть большая группа так называемых сапрофитов. Сапрофитные организмы оправдывают своё название. Слово «сапрофит» составлено из двух: «сапрос», что означает «гнилостный, гнилой», и «фитон» — «растение». Сапрофиты питаются мёртвыми органическими веществами, веществами трупов растений и животных, их углеводами, жирами и белками. Кстати сказать, помимо многих бактерий к сапрофитам относятся съедобные грибы.

Есть среди сапрофитов, однако, и такие, которые могут не только питаться мёртвыми органическими веществами, но и нападать на живые (главным образом ослабленные) растения и вызывать у них заболевания. Это уже, образно говоря, агрессоры, но у одних «агрессивные замашки» — питаться за счёт живого — выражены сильно, а у других они лишь намечаются. Наконец, в ходе эволюции появились и, так сказать, чистые, совершенно обязательные паразиты, которые могут вести только паразитический образ жизни и абсолютно неспособны питаться сапрофитно.

Вердеревский, изучая различные особенности сапрофитов и паразитов, доказывает, что всем растительным организмам свойствен естественный, природный иммунитет. В основе его лежит продуцирование фитонцидов. Иммунитет этот не специфический, иначе сказать, он направлен не против того или иного гриба. Защитные свойства фитонцидов предохраняют живые ткани растений от огромного количества сапрофитных, гнилостных микроорганизмов, легко нападающих, однако, на трупы этих организмов или на отдельные отмершие участки их тела.

Сапрофитные микроорганизмы в ходе эволюции становились в той или иной мере патогенными, начинали паразитировать. Но как это происходило? Казалось бы, проще всего предполагать, что отдельные виды сапрофитных микроорганизмов из всеядных (то есть из тех, которые могли питаться веществами трупов многих растений) становились любителями поесть особо изысканную пищу. Такие микроорганизмы приобрели узкую специализацию в питании. Существуют, например, молочнокислые или уксуснокислые бактерии, живущие в строго определённой среде. Вот такие специализировавшиеся микробы, приспособленные к питанию веществами именно данного растения, и стали для него паразитами, вызывающими болезнь.

Несмотря на кажущуюся убедительность этих рассуждений, в них заложена лишь часть истины. Конечно, чтобы безобидный сапрофит — бактерия или гриб — получил возможность нападать на то или иное растение, вещества этого растения должны быть пригодными для «агрессора». Но каким образом сапрофит превратился в паразита и стал болезнетворным для данного растения? Такое превращение нельзя понять без выяснения путей преодоления микроорганизмами защитных средств естественного неспецифического иммунитета, растения-хозяина, то есть прежде всего преодоления убийственного действия фитонцидов. Микроб должен привыкнуть к фитонцидам. Но это означает, что в ходе совместной, сопряжённой эволюции паразита-микроба и растения-хозяина изменялись многие биохимические процессы и у паразита, и у хозяина.

Развитие могло совершиться, к примеру, так, что, изменяясь химически, фитонциды (антибиотики) микробов нейтрализовали вредное действие фитонцидов растения-хозяина. В долгой химической борьбе растения и приспосабливающегося к нему паразита фитонциды паразита стали подходить к фитонцидам хозяина, как ключ к замку. Ключ, как известно, не мешает замку. Могут быть случаи, когда в ходе долгой сопряжённой эволюции фитонциды растения не только перестали быть ядами для приспосабливающегося к растению паразита, но и оказались очень удобной пищей для него.

В произведениях Вердеревского содержится много обоснованных фактов и мыслей о превращении сапрофитов в паразиты. Интересующиеся могут прочесть, например, книгу Вердеревского «Иммунитет растений к паразитарным болезням» выпущенную ещё в 1959 году. В книге доказывается, что проникать в ткани растений, в протоплазму их клеток могут лишь те паразиты, которые в ходе эволюции приспособились, привыкли (к фитонцидам восприимчивого к заболеванию растения, а фитонциды иммунных сортов и видов растений являются ядами для паразитов. Из поколения в поколение в ходе эволюции растений идёт, так сказать, стихийная борьба, состязание между фитонцидами высших растений и фитонцидами (антибиотиками) грибков и бактерий, ставших для этих растений паразитами или могущих стать таковыми. Фитонциды хозяина совершенствуются на убийстве своих паразитов, но и бактерии и грибки могут совершенствоваться на выделении ими фитонцидов, парализующих действие тканей хозяина. Эта борьба никогда не завершается полной победой или растения, или микропаразита. Да и что означала бы победа?

Представим себе, что болезнетворные грибки и бактерии становятся всё «злее» и достигнут такого «совершенства», что смогут полностью тормозить прорастание семян или цветение уже взрослого растения и тем самым не давать возможности своему хозяину производить новое потомство. Такие паразиты-победители очень напоминали бы свинью в басне Крылова, подрывающую корни дуба, желудями которого она питается. Вместе с полной гибелью растений погибали бы и паразиты. На самом деле гораздо сложнее происходит эволюция болезнетворных микробов и растений, в тканях которых они размножаются, вызывая болезни. По-русски «паразит» означает «прихлебатель». Самые злые паразиты не похожи на свинью баснописца, они не роют себе могилу, а оказываются столь приспособившимися к своему хозяину, что находят в его тканях и питание, и место обитания. Это не означает, что прихлебатель совершенно не даёт растениям возможности размножаться, что он губит абсолютно все растения определённого сорта или вида. Нет ни одного вида или сорта, все растения которого имели бы совершенно одинаковые защитные свойства.

Поражается ли хлопчатник гоммозом, развивается ли парша яблони или болезненная курчавость листьев персика, заболевает ли пузырчатой головнёй кукуруза или пыльной головнёй ячмень — всё это стоит в прямой зависимости от количества и качества фитонцидов. Нельзя ли выбирать для посевов семена растений с самыми мощными фитонцидами?

Вердеревский со своими учениками и создаёт новое, действенное направление в науке о болезнях растений и о способах их лечения.

«Опыт показывает, — говорит Вердеревский, — что при наличии достаточно большого количества растений, даже в условиях очень сильного развития болезни, почти никогда не наблюдается 100 процентов поражения растений данного сорта. Тщательная проверка иммунности уцелевших от заболеваний растений позволяет выявить действительно иммунные экземпляры и использовать их для искусственного отбора иммунных форм... До настоящего времени для селекции иммунных сортов в качестве исходного материала использовались и основном только естественно возникшие „по милости природы" иммунные к болезням формы растений. Это направление работ дало и даёт много ценного для сельскохозяйственной практики. Таким путём, например, И.В. Мичурин вывел свои сферотекоустойчивые сорта крыжовника. Этим же путём выведены фитофтороустойчивые сорта картофеля, сорта табака, невосприимчивые к мучнистой росе, сорта помидоров, стойкие к бактериальному раку, и др. Использование, однако, только естественно возникших в природе и часто диких видов и разновидностей растений крайне сужает возможности селекции вследствие однообразия исходных иммунных к болезням образцов растений. Кроме того, большие трудности для селекционеров вызывает частое сочетание у таких растений иммунности со свойствами дикости, обычно крайне консервативными и поэтому стойко передающимися по наследству. Необходимо максимально использовать подобные созданные природой иммунные формы растений и применять мичуринские методы направленного воспитания гибридных сеянцев. В то же время совершенно необходимо добиться широкого развёртывания работ по „переделке природы" существующих культурных растений путём искусственного формирования новых, до сих пор не существовавших иммунных образцов растений»^[11].

В этих словах слышатся убеждённость и научная страсть учёного. Ученики и последователи Вердеревского настойчиво трудились над выведением растений, стойких к болезням. Н.Н. Найдёнова пыталась найти управу на вредного грибка, вызывающего заболевание винограда, — мильдью.

По какому же пути шла в своих поисках Найдёнова? Она следует указаниям Вердеревского и завету создателя науки по борьбе с болезнями растений в нашей стране А.А. Ячевского, который говорил: «Моё глубокое убеждение, основанное на более чем двадцатилетнем исследовании грибных заболеваний, что если нам со временем и удастся ограничить или даже совсем стушевать вред, приносимый грибными болезнями, то мы этого достигнем не иначе, как путём строгого подбора устойчивых разновидностей и сортов культурных растений...»

«У нас, к сожалению, и теперь ещё полагают, — писал Ячевский в 1910 году, — что вся наука о болезнях растений заключается лишь в опрыскиваниях бордоской жидкостью или каким-либо другим составом... Центр тяжести всей практической фитопатологии лежит именно в устойчивости, и всякие лечебные средства являются лишь как паллиативы и вспомогательные средства борьбы».

Но как подбирать устойчивые сорта растений?

В отличие от селекционеров, занятых скрещиванием растений разных видов, Найдёнова в разгар сильной эпидемии винограда, когда повреждается большинство особей, находила прекрасно чувствующие себя экземпляры, устойчивые к заболеванию мильдью. И среди животных, да и среди людей, мы не встретим двух совершенно одинаковых особей. При одних и тех же условиях заражения один человек может заболеть и умереть, а другой останется совершенно здоровым. Почему же среди тысяч поражённых мильдью кустов винограда единичные экземпляры оказываются в цветущем состоянии?

Одной из главных особенностей этих растений, «равнодушных» к вредоносному грибку, являются их высокие фитонцидные свойства. Возбудитель мильдью — паразитический грибок — не может проникнуть в глубь тканей устойчивого растения, он неизбежно погибает от фитонцидов. Именно об этом говорят опыты Найдёновой. У грибка — возбудителя мильдью есть подвижные споры, подобные тем, какие мы видели у фитофторы. Поместим подвижные споры грибка в только что полученный сок разных экземпляров винограда — устойчивых к болезни и восприимчивых к ней. Мы увидим значительно более быструю гибель спор в соке устойчивых к болезни растений. Так же и летучие фитонциды устойчивых сортов его быстро убивают грибки.

Вердеревский предлагает не забывать главную линию борьбы — создание иммунных сортов: «Вопреки высказываниям Н.И. Вавилова, И.В. Мичурина, основоположников отечественной фитопатологии А.А. Ячевского, Н.Н. Воронихина и других о том, что выведение иммунных сортов должно быть основным, ведущим направлением в борьбе с болезнями растений, химический метод продолжает занимать главное место в борьбе с заболеваниями растений, а выведение стойких к болезням сортов имеет только частичное применение в практике нашего сельского хозяйства...»

Занимались сотрудники Вердеревского и выведением сортов хлопчатника, стойких в отношении бактерий, вызывающих болезнь, известную под названием гоммоз, виновником которой, как мы уже знаем, является бактерия псевдомонас мальвацеарум.

Что же оказалось? Учёные установили, что единственной особенностью устойчивых к гоммозу сортов хлопчатника являются сильные фитонцидные свойства их тканей: свежий сок из листьев и летучие фитонциды убивают бактерий — виновников гоммоза, а в соке восприимчивых к гоммозу сортов те же бактерии выживают. Если фитонциды тканевых соков стойкого сорта хлопчатника разрушить кипячением, то в них бактерии не погибают. Не менее интересны опыты с летучими фитонцидами (рис.37).

Разотрём листья хлопчатника и поместим полученную кашу на крышку чашки Петри. В чашке Петри — питательная среда.

Посеем на ней бактерий псевдомонас мальвацеарум. Чашки перевернём таким образом, чтобы питательная среда с бактериями находилась наверху, над кашицей из листьев хлопчатника, и подвергалась действию летучих фитонцидов, выделяющихся из этой кашицы. Что же выяснено такими опытами?

Если растительная кашица была получена из сорта, восприимчивого к болезни, то бактерии продолжали превосходно жить, не обнаруживая никаких признаков умирания, а если кашица была получена из листьев устойчивого сорта, то те же бактерии повреждались. Не менее интересно и то, что в разные периоды жизни хлопчатника фитонциды его соков весьма различны. Когда хлопчатник наиболее жизнедеятелен, соки его сильно бактерицидны, а к концу жизни растения, под осень, фитонцидная активность сока резко падает. Смело идя по новому пути, учёные получили стойкие к гоммозу сорта хлопчатника, а также и кукурузу, иммунную к пузырчатой головне.

Рис.37. Сравнительное действие летучих фитонцидов листьев устойчивого (К-2456) и восприимчивого (611-Б) к гоммозу сортов хлопчатника на рост колонии. 1 — влияние летучих фитонцидов сорта хлопчатника К-2456, рост колоний подавлен; б — воздействие летучих фитонцидов сорта хлопчатника 611-Б, рост колоний нормальный; в — контроль.

Посмотрим на рис.38. Это результат одного из интереснейших опытов в лаборатории Вердеревского.

Гриб эризифе цихорацеарум вызывает у тыквенных растений болезнь мучнистую росу. К тыквенным кроме тыквы принадлежат также дыни и арбузы. Гриб этот поражает все тыквенные, но он существует в природе в нескольких формах, приспособленных к определённым тыквенным растениям. Значит, у разных форм гриба имеются свои специальные приспособления для преодоления губительного действия фитонцидов данных растений.

Неразбавленным и разбавленным соком тыквы, арбуза и дыни обмывали половинки листьев, поражённых мучнистой росой, в то время как вторые половинки каждого листа обмывали чистой водой и они служили контролем в опыте. На рисунке хорошо видно, что фитонциды сока тыквы не убивают гриб, который приспособлен к тыкве, а фитонциды соков других тыквенных для него смертоносны.

Рис.38. Сравнительное фитонцидное действие клеточных соков тыквы и арбуза на грибницу возбудителя мучнистой росы тыквы гриба эризифе цихорацеарум. а — правая половина листа обмыта клеточным соком арбуза, разбавленным водой в соотношении 1:1, фитонцидное действие очевидно — грибница погибла; б — правая половина листа обмыта клеточным соком тыквы, разбавленным водой в соотношении 1:1. фитонцидное действие отсутствует — грибница сохраняется живой.

Мне хочется выразить здесь своё восхищение выдающейся деятельностью замечательного учёного Д.Д. Вердеревского и всей его школы. Как это часто бывало в истории науки, необычные, подлинно новаторские идеи Вердеревского об иммунитете растений, смелые, оригинальные предложения о защите растений были встречены пессимистически и не раз подвергались нападкам.

Нелегко пришлось школе Вердеревского бороться за свою теорию иммунитета растений, но она победила. Давно бы надо записать для научной молодёжи поучительную, полную романтики историю школы Вердеревского!