Биологически активные

В канцелярии крупного химического института секретарь сортирует поступившую почту. Мне бросается в глаза брошюра, на обложке которой – трогательный акварельный рисунок, букетик полевых цветов. Мышиный горошек, василек, колокольчик, вьюнок –.последний особенно удался художнику – эта, знаете, неуловимая, нежнейшая розоватость.

Брошюрка оказывается рекламным проспектом датской фирмы, производящей гербициды.

Чарлз Дарвин

Не так еще давно изучали девятиклассники предмет «Основы дарвинизма». Всякое приходилось при этом зазубривать, в том числе и такое, что к великому Дарвину никакого отношения не имело и уж наверняка не вызвало бы его сочувствия. Однако не было ничего неестественного в том, что курс основ общей биологии носил именно упомянутое название; еще и спустя более ста лет после появления «Происхождения видов» дарвиновское учение остается элементом, дисциплинирующим (надеюсь, это не звучит вызывающе?) теоретическую биологию.

Нет, по-видимому, нужды напоминать лишний раз о том, как была встречена теория естественного отбора научной и, в особенности, ненаучной общественностью. Уничижающие выпады, язвительнейшие реплики, появляющиеся в прессе, звучащие с амвонов и подмостков кабаре, Дарвин перенес с тем большим хладнокровием, что в это время в уединении отдавался целиком захватившим его исследованиям движений органов растений. Этой проблемой он продолжал заниматься до конца жизни, выполняя внешне несложные, но очень хорошо продуманные опыты или просто наблюдая растения в своем саду. У пришедшего к нему работать садовника кто-то спросил, как ему нравится новый хозяин.

– Милый, симпатичный джентльмен, – ответил тот. – Только страшный бездельник. Часами гуляет по саду, может пятнадцать минут, не отрываясь, глазеть на какой-нибудь цветок.

Друзья Дарвина, сторонники и пропагандисты теории естественного отбора, порой рассматривали это новое увлечение чуть ли не как дезертирство, уход от все еще продолжавшейся борьбы. Какие-то проростки, усики лиан, опыты, словно позаимствованные из школьного руководства для практических занятий по ботанике, – и это после создания грандиозной общебиологической теории, буквально потрясшей основы научного мировоззрения! В действительности, конечно, это было вовсе не так. В предисловии к «Происхождению видов» Дарвин писал: «Я могу здесь сообщить только общие заключения, к которым я пришел, иллюстрируя их несколькими фактами, которых, я надеюсь, будет тем не менее достаточно. Никто более меня не сознает необходимости привести со временем все факты, на которые опираются мои заключения, как я и надеюсь это исполнить в непродолжительном будущем». Вся последующая деятельность Дарвина, как отмечал еще К.А. Тимирязев, представляла собой попытку выполнить это обещание, и трудам о движениях растений он придавал в этом смысле огромное значение.

Однако его публикации на эту, казалось бы, весьма специальную тему неожиданно также стали объектом жесткой, недружелюбной критики.

Один из самых известных специалистов того времени в области физиологии растений, немецкий профессор Ю. Сакс: «Читатель, поверхностно знакомый с нашей литературой, будет, вероятно, несколько удивлен тем, что я ни в одной из лекций не упоминаю большой книги Дарвина «Способность к движению у растений» (1880). Но я могу только сожалеть о том, что имя Чарлза Дарвина стоит в заголовке. Опыты, которые он описывает вместе со своим сыном, поставлены без знания дела и плохо истолкованы, а то немногое хорошее, что можно найти в книге, например, в отношении общих взглядов, не ново».

Директор Петербургского ботанического сада К. Регель: «Знаменитый английский ученый Дарвин выставил в новейшее время смелую гипотезу, что существуют растения, которые ловят насекомых и даже едят их, но если мы сопоставим вместе все известное, то должны будем прийти к заключению, что теория Дарвина принадлежит к числу тех теорий, над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы, если бы она не исходила от прославленного Дарвина».

Немецкий профессор Визнер посвятил критике упомянутой работы Дарвина целую книгу; и здесь в адрес великого ученого направляются крайне суровые упреки.

Два обстоятельства обращают внимание. Во-первых, совершенно спокойная реакция Дарвина на эти грубые выпады. В ответе Визнеру он пишет в безмятежном тоне: «Могу только сказать, что чувствую себя совершенно пораженным различием наших взглядов... Впрочем, мое мнение значит очень мало, и я не сомневаюсь, что Ваша книга убедит большинство ботаников в том, что я не прав в тех пунктах, по которым наши взгляды расходятся».

Во-вторых же, последующее развитие биологической науки полностью подтвердило правоту взглядов Дарвина. Более того, в одном из его экспериментов, выполненном в ходе изучения движений органов у растений, современные исследователи видят корни открытия капитальной важности.

Среди прочих видов движения растений Дарвин исследовал фототропизм – способность различных органов поворачиваться или изгибаться в направлении источника освещения. С проростками канареечной травы он проделал такой опыт: на часть из них надел непрозрачные колпачки, закрывающие верхушку от света, у других – верхушку оставил открытой, но затемнил нижнюю и центральную части проростка.

Способность тянуться к свету сохранили только растения второй серии; значит, фоточувствительный элемент расположен в верхушке проростка.

На этом Ч. Дарвин остановился в своих рассуждениях, хотя, по мнению выдающегося советского ботаника Н.Г. Холодного, отсюда оставался один шаг до заключения о том, что в верхушке проростка выделяются некие вещества, регулирующие растяжение его клеток, причем выделяются неравномерно – преимущественно с затененной стороны, что и вызывает искривление стебелька в направлении источника света.

Идея, как будто и впрямь лежащая на поверхности, но окончательно сформулирована она была лишь в 1928 году именно Н.Г. Холодным и голландским исследователем Ф. Вентом.

Историки науки утверждают, что предположение о таком именно механизме фототропизма было все же высказано Дарвином в частном порядке некоторым ботаникам. Вообще, Дарвин был исключительно щедр в этом смысле; так, предположив электрическую природу процессов возбуждения ловчих органов насекомоядных растений, он предложил заняться изучением этого вопроса Бердон-Сандерсону, который в результате стал основоположником электрофизиологии растений.

Наличие в верхушечной части особых ростовых веществ было продемонстрировано на следующих простых опытах с проростками овса. При проращивании из зерна направляется вверх так называемый колеоптиль – сравнительно плотный цилиндрический чехлик, закрытый сверху и заключающий внутри первые листочки. Если срезать верхушку колеоптиля, а затем расположить ее на срезе таким образом, чтобы она касалась только части его, под действием попадающих на срез ростовых веществ начинается растяжение клеток именно с этой стороны, и весь колеоптиль изогнется в противоположном направлении. Вместо свежесрезанной верхушки колеоптиля можно использовать кусочек желатина или агара с вытяжкой из ткани, содержащей ростовое вещество.

Создание простого и очень чувствительного теста позволило начать поиск соединения или соединений, выполняющих функцию ростового гормона растений. Пути этого поиска оказались довольно извилистыми. В 1931 году голландский исследователь Кегль в тесте с колеоптилями обнаружил, что в человеческой моче содержатся фракции, обладающие высокой ростостимулирующей активностью. В 1933 году Кеглю с сотрудниками удалось выделить в кристаллическом виде ростовое вещество, названное ауксином (от греческого «ауксано» – расту); ими же была установлена структурная формула этого соединения, оказавшегося довольно сложной органической кислотой. Еще через год соединение близкой структуры было выделено Кеглем из проростков кукурузы и названо ауксином б (первое вещество впредь стали именовать ауксином а). При выделении ауксина а из мочи постоянно появлялась еще какая-то фракция, стимулирующая ростовые процессы.. Кегль назвал это соединение гетероауксином (то есть «другим ауксином») и выяснил вскоре, что это не что иное, как (β-индолилуксусная кислота. Он полагал при этом, что гетероауксин в растениях не образуется, а его действие на процессы роста сводится к активации истинных ростовых веществ – ауксинов.

Потребовалось около двадцати лет для того, чтобы убедиться, что дело обстоит как раз наоборот: никаких ауксинов в растениях нет, а гетероауксин, он же индолилуксусная кислота, является важнейшим природным гормоном растений.

Правда, замысловатые формулы несуществующих ауксинов а и б еще довольно долгое время блуждали по страницам учебников и справочников. Помнится, в начале шестидесятых годов аспиранты, готовившиеся сдавать кандидатский экзамен по биохимии, с омерзением их зазубривали. Беднягам-то хорошо было известно из специальной литературы, что никаких ауксинов а и б нет, но программа есть программа...

Помимо стимуляции растяжения клеток, гетероауксин влияет и на многие другие процессы в растениях. Под его действием интенсифицируется деление клеток (то есть в отсутствие некоторого количества гетероауксина деление попросту не происходит). Вообще же физиологическая роль гетероауксина в растениях настолько разнообразна, что и по сей день не выяснена во всех деталях.

Известно, что процесс опадения листьев контролируется гетероауксином: перед опадением его приток из листа в черешок сильно сокращается. Обработка черешка гетероауксином предотвращает опадение. Особенно сложными кажутся механизмы регуляции гетероауксином процессов цветения и плодоношения. Он влияет на пол образующегося цветка, на рост и формирование пыльцевой трубки. Установлено также, что рост плодов стимулируется гетероауксином, образующимся в семенах и поступающим оттуда в ткань плода. Если семена удалить, рост плода прекращается, однако он опять возобновится после того, как плодовая ткань начнет получать гетероауксин искусственным путем.

Каким образом «запускается» выработка гетероауксина в тот или иной момент в определенной ткани, пока не очень ясно; вообще, наши представления о молекулярных механизмах его действия – скажем, об организации рецепторных систем гетероауксина, характере инициируемых его взаимодействием с этими рецепторами процессов в растительной клетке – довольно ограниченны. И, пожалуй, исследователям, занятым изучением этих вопросов, остается утешаться лишь тем, что о механизмах действия других гормонов растений нам известно еще меньше.

По канонам детективного жанра

Ибо существуют еще и другие растительные гормоны, помимо гетероауксина.

Сюжет каждого детективного романа должен строиться в строгом соответствии с некоторыми правилами, неписанными, должно быть, хотя и не исключено, что кто-то позаботился и о четкой их формулировке. Одно из главнейших правил: будущий преступник должен быть представлен читателю не позднее, чем на пятой, от силы – десятой странице книги. Не как преступник, конечно, а под невинной личиной добродушного пастора, очаровательной девушки, энергичной медсестры, отставного полицейского комиссара, глуховатой пенсионерки и т.д. Этот краеугольный принцип построения детективных сюжетов вспоминается при знакомстве с историей открытия всех почти известных растительных гормонов, включая и рассмотренный только что гетероауксин. К тому моменту, когда ценой титанических усилий удается наконец выделить из растительного материала в чистом виде действующее начало очередного фактора роста или развития растений, оказывается, что это уже известное соединение. Так, та же индолилуксусная кислота была получена еще в прошлом веке и синтетически и выделена из ряда биологических материалов.

История открытия важнейшей группы растительных гормонов, гиббереллинов, также весьма поучительна и тоже вполне соответствует обсуждаемому канону жанра.

Существование в растениях особых соединений, «ответственных» за процесс формообразования, предположил еще в прошлом веке Ю. Сакс – тот самый суровый критик Дарвина. Эту гипотезу Сакса уже в 20...30-х годах нашего века принялись проверять многие исследователи, в том числе уже упоминавшийся Ф. Вент и советский фитофизиолог, впоследствии академик М.Х. Чайлахян. Их работы в конце концов навели на след двух новых классов растительных гормонов: в первом случае – цитокининов (о них чуть попозже), во втором именно гиббереллинов. Точнее, и в истории открытия гиббереллинов также нужно различать два аспекта – получение их как химического продукта и идентификацию в качестве природных биорегуляторов высших растений.

Если говорить о выделении, приоритет бесспорно принадлежит японским ученым, исследовавшим фитопа-тогенный грибок гибберелла, поражавший посевы риса; заболевание сопровождается ненормальным ускорением роста стеблей, от чего пошло и японское название болезни – «бешеный рис».

Еще в 1912 году профессор Савада высказал предположение о том, что гриб выделяет некое стимулирующее рост вещество; затем его ученик Куросава показал это экспериментально, а в 1938 году группа японских же биохимиков под руководством профессора Ябуты получила из выделений гиббереллы кристаллический препарат активного компонента и назвали его гиббереллином.

Все эти события происходили, однако, вне всякой связи с работами по обнаружению гипотетических гормонов формообразования. М.Х. Чайлахян предпринял поиск «гормона цветения», названного им условно флоригеном; между тем были выполнены исследования, показавшие, что гиббереллин (точнее, гиббереллины, поскольку тем временем выяснилось, что выделенный из гриба препарат представляет собой смесь близких по структуре веществ) в определенных условиях может вызывать цветение, а также, что он содержится в некоторых растительных тканях.

Уже в 60-х годах М.Х. Чайлахяном, П. Брайеном и другими исследователями были получены веские доводы в пользу того, что гиббереллины являются эндогенными биорегуляторами, вызывающими, в частности, начало цветения. Это «в частности» в предыдущей фразе в высшей степени уместно, поскольку физиологические эффекты гиббереллинов, как и гетероауксина, чрезвычайно разнообразны. Подобно гетероауксину, гиббереллины стимулируют деление и, в меньшей мере, растяжение клеток. Они вызывают увеличение размеров цветков и некоторых плодов. Показано, что именно гиббереллины являются фактором выхода растений из состояния покоя.

При таком разнообразии проявлений биологической активности, да еще с учетом того обстоятельства, что в растениях одновременно присутствует несколько различных гиббереллинов, разобраться в организации механизмов их действия чрезвычайно трудно. Трудности усугубляются еще и тем, что по крайней мере некоторые эффекты гиббереллинов опосредованы через стимуляцию ими образования гетероауксина. Это очень интересный аспект проблемы; можно предполагать, что каскадный принцип организации системы гуморальной регуляции в животном организме в какой-то мере является характерным и для гормональной системы растений.

Упомянутые выше работы Ф. Вента по проверке гипотезы Сакса о существовании органообразующих факторов к открытию таких факторов не привели, однако показали, что корнем растения вырабатывается некоторое вещество, (или вещества), необходимое для роста отдельных тканей надземной части.

Опять повторилась почти та же история, что и с открытием гетероауксина и гиббереллинов: совершенно независимо от работы Вента велись исследования группы соединений – производных пурина. Это – гетероциклическое соединение, представляющее собой сочлененные пяти- и шестичленный циклы:

Такое органическое ядро встречается во многих природных соединениях, но, конечно же, наиболее важные его производные – аденин и гуанин, входящие в состав нуклеиновых кислот и играющие важную роль в процессах энергетических превращений в организме и во внутриклеточных регуляторных системах.

Сначала просто была выявлена сильная ростовая активность группы производных пурина, и лишь впоследствии, уже в 60-х годах, стало ясно, что сходные соединения синтезируются и в растениях, образуя еще одну группу фитогормонов (их назвали цитокининами). Фактор, обнаруженный Вентом, также оказался при ближайшем рассмотрении цитокинином.

По разнообразию физиологического действия цитокинины не уступают гетероауксину и гиббереллинам: ускоряют деление клеток, увеличивают их размеры, повышают устойчивость тканей к неблагоприятным факторам среды, стимулируют прорастание семян. Их синтез происходит (во всяком случае, преимущественно) в кончиках корней.

К фитогормонам иногда относят еще некоторые соединения. Из ряда растительных тканей были выделены фракции, ингибирующие рост. Вскоре две группы исследователей сообщили об обнаружении в этих фракциях двух новых гормонов растений, которым тут же придумали звучные названия – абсцизин (латинское «абсцизио» – опадать, соединение вызывало опадение листьев) и дормин (латинское «дормео» – покоится, под действием препарата наступало состояние покоя у семян).

Химики принялись за установление структуры обоих гормонов; когда это удалось сделать, оказалось, что речь идет об одном и том же соединении – органической кислоте довольно сложного строения с лаконичным названием 3-метил-5(1'-окси-4'-оксо-2',6',6'-триметил-2'-циклогексен-1'-ил) цис, транс-2, 4-пентадиеновая кислота. Разумеется, пользоваться таким названием на практике совершенно невозможно, и за новым биорегулятором закрепилось название абсцизовая кислота.

Абсцизовая кислота ингибирует самые различные процессы жизнедеятельности, причем ингибирует обратимо – после ее удаления все физиологические отправления ткани, органа или целого растения восстанавливаются и протекают вполне нормально. Помимо упоминавшихся явлений покоя и опадения листьев, абсцизовая кислота играет важную регуляторную роль в процессе созревания плодов, прорастания семян, регуляции водного режима растения и многих других.

В развитии процессов созревания плодов и опадения листьев принимает участие еще одно соединение, образующееся в этих органах на соответствующих стадиях. Это, по-видимому, наиболее простое вещество, которому когда-либо биохимики пытались придать статус гормона – обычный этилен, CH₂ = CH₂. Почти все специалисты по фитогормонам безоговорочно относят этилен к их числу, хотя он очень уж не соответствует сложившимся интуитивным представлениям о гормоне. Дело, впрочем, не в терминах, а в том совершенно непреложном факте, что этилен действительно образуется в растениях и действительно выполняет важные регуляторные функции в упомянутых процессах.

В целом гормональная система растений исследована все еще довольно слабо; помимо перечисленных, предполагается существование еще нескольких гормонов, причем такие предположения, как правило, опираются на более или менее четкие косвенные экспериментальные свидетельства.

Однако и имеющиеся ныне, пусть фрагментарные, сведения о фитогормонах составили теоретическую основу поистине революционных преобразований в растениеводстве, которые произошли в течение последних десятилетий.

О практической пользе фитоэндокринологии – науки лишь формирующейся

Разумеется, различные формы «химической прополки» посевов использовались и до открытия фитогормонов; выше уже упоминался пример такого гербицида – разбавленная серная кислота, капельки которой скатываются с листьев злаковых и растекаются по хорошо смачивающимся листьям некоторых сорняков. На том же принципе было основано и применение растворов медного купороса.

Развитие учения о фитогормонах позволило поставить разработку средств химической прополки на научную основу, резко повысить эффективность их действия и избирательность. Ясно, что в зависимости от культуры, видов преобладающих сорняков, почвенно-климатических условий должны применяться различные препараты. В настоящее время в мире разрешено к использованию около 300 гербицидов; примерно половина этого количества применяется в СССР.

Как отмечалось, все природные биорегуляторы в концентрациях, намного превышающих физиологические, действуют угнетающе. Не составляют исключения, очевидно, и фитогормоны. Тот же гетероауксин (индолилуксусная кислота, ИУК), в малых концентрациях стимулирующий рост, в больших оказывается его ингибитором. Правда, индолилуксусная кислота – соединение сравнительно нестойкое, обладает она кое-какими другими недостатками, нежелательными для гербицида, применяемого в широких масштабах. Однако химикам удалось синтезировать ряд аналогов этого соединения, нашедших почти немедленное применение в качестве эффективных гербицидов. Наибольшее распространение приобрел препарат 2,4-Д (2,4 – дихлорфеноксиуксусная кислота) и некоторые другие соединения, по строению своих молекул имеющие определенные элементы сходства с индолилуксусной кислотой; их называют иногда ауксиноподобными гербицидами.

Разница в чувствительности к этим соединениям между однодольными и двудольными растениями весьма велика – у двудольных она значительно выше. На этом основано применение 2,4-Д для освобождения посевов злаковых культур от двудольных сорняков, однако избавиться с его помощью от злаковых же сорняков, например овсюга, нельзя. Более того, широкое применение на протяжении многих лет 2,4-Д и родственных препаратов привело к появлению адаптационных эффектов, совершенно аналогичных тем, которые связаны с распространением антибиотиков: появлению разновидностей сорняков, обладающих повышенной устойчивостью к ауксиноподобным гербицидам, да и ко многим другим.

Некоторые специалисты сельского хозяйства видели выход в получении методами селекции сортов культурных растений, обладающих повышенной устойчивостью к гербицидам, и такие работы действительно были кое-где начаты. Но тут в ход событий вмешалась стремительно прогрессирующая генетическая инженерия растений.

Селекционеры, работающие традиционными методами, над созданием нового сорта трудятся годами и десятилетиями; современные же биотехнологи в течение буквально месяцев берутся получить нужным образом модифицированное растение. Очень важно при этом, что они весьма часто представляют себе, что и зачем делают.

Ныне ими предложено два основных подхода к повышению устойчивости культурных растений к гербицидам. Первый предполагает введение в геном растения гена фермента, интенсивно разлагающего гербицид; для этого необходимо сначала подобрать такой фермент, скажем, в каком-нибудь микроорганизме. Можно, однако, пойти и по другому пути: модифицировать системы, поражаемые гербицидами, таким образом, чтобы они приобрели устойчивость к нему. Эти положения, в частности, сформулированы в программе, намеченной в 1986 году к исполнению бостонской фирмой «Биотехника интернэшнл». Они продемонстрировали принципиальную возможность переноса гена фермента-детоксиканта на примере растения канолы. Устойчивость растения к гербициду возросла в результате в десять раз. Ген нормально наследуется, более того, являясь доминантным, обеспечивает также гербицидоустойчивость гибридов. Аналогичные операции проводятся и на растениях сорго, сои, злаковых.

В свою очередь, известная швейцарская фирма Сиба-Гейги получила методами генетической инженерии разновидность табака, в геном которого был введен ген, сообщающий устойчивость к гербициду атразину; более того, сельскохозяйственный исследовательский центр фирмы получил разрешение министерства сельского хозяйства США на проведение полевых испытаний. А надо сказать, что разрешения на полевое испытание объектов, полученных методами генетической инженерии, выдаются крайне неохотно и с большой осторожностью, причем не только в США.

Преклоняясь перед столь блестящими достижениями современной биологической науки, я тем не менее не перестаю терзаться одним сомнением. Напоминает мне это соревнование конструкторов пушек и создателей брони. Одни делают непробиваемую броню – другие увеличивают мощность пушки, те находят и на нее управу, а эти выдумывают новый всепробивающий снаряд и т.д. Не так ли случится и здесь: будут созданы культурные растения, устойчивые к большим дозам гербицидов, затем появятся столь же устойчивые сорняки, наука найдет способ поднять гербицидоустойчивость возделываемых культур, а сорняки опять следом.

Результат этой схватки кажется приблизительно ничейным, но на самом деле проигравшая сторона есть – это мы с вами. Ведь такой курс на решение проблемы борьбы с сорняками означает увеличение применяемых доз гербицидов. Между тем, как уже говорилось, и ныне вносимые их количества кажутся небезопасными. В абсолютных цифрах существующие нормы расхода гербицидов довольно невелики; скажем, для обработки одного гектара обычно требуется около одного килограмма 2,4-Д, то есть на квадратный метр приходится всего 100 миллиграммов гербицида. Однако поиск новых гербицидов на основе синтетических аналогов цитокининов дал соединения еще более эффективные. Недавно синтезированный препарат глин, также применяемый для борьбы с сорняками в посевах злаковых, вносится в количестве 10 граммов на гектар. На квадратный метр приходится тем самым ровно 1 миллиграмм.

Синтетическое получение в промышленных масштабах гиббереллинов или их структурных аналогов невозможно из-за сложности их молекул; оказываются слишком дорогими и препараты, получаемые на основе микробиологического синтеза гиббереллинов. Однако, как выяснилось, многие соединения, не имеющие никакого структурного сходства с гиббереллинами и не взаимодействующие, по-видимому, с их рецепторами, способны блокировать регуляторные системы, управляемые гиббереллинами, по механизму неконкурентного антагонизма, поражая какие-то «нерецепторные» их элементы или подавляя синтез гиббереллинов в растении. Их эффект оказался эквивалентным гиббереллиновой недостаточности у растений и проявился, в частности, в замедлении процесса растяжения клеток стебля, контролируемого гиббереллинами. Это позволило их применить для предотвращения полегания хлебов, образования «усов» у земляники и т.д. Эта группа соединений получила название «ретарданты» («замедляющие рост»). Наиболее распространенный и самый простой по строению представитель этой группы – хлорхолинхлорид [Cl–CH₂–CH₂–N(CH₃)₃]Cl; его коммерческие препараты широко известны под сокращенными названиями ТУР или ССС. У древесных плодовых деревьев ретарданты вызывают замедление роста побегов и ускоряют начало плодоношения; тем же препаратом ТУР с этой целью опрыскивают яблони и груши вскоре после цветения.

При возделывании ряда сельскохозяйственных культур возникает необходимость удаления листьев с растения. В виноградарстве этот прием необходим для повышения эффективности обработки растений противогрнбковыми препаратами, в хлопководстве является непременным условием для машинной уборки.

Процесс опадения листьев индуцируется, как мы знаем, этиленом и абсцизовой кислотой. К сожалению, получение препаратов – аналогов абсцизовой кислоты (как и в случае гиббереллинов) – задача весьма непростая из-за сложности структуры этого соединения.

Что же до использования этилена в качестве дефолианта (так называются соединения, применяемые для сбрасывания листьев) – сделать это весьма трудно, поскольку это газ, плохо растворимый в воде. Поэтому исследователи пошли по пути поиска соединений, которые, попадая в растение, подвергались бы разложению с образованием этилена или интенсифицировали бы синтез этилена самим растением. Именно на втором пути были получены препараты, стимулирующие опадение листьев, однако широкое практическое их использование не начато. Не получил пока должного распространения и синтетический аналог цитокининов дропп, оказавшийся эффективным дефолиантом. На практике же чаще всего применяются агрессивные соединения, вызывающие ожоги листьев – хлорат магния, трибутилфосфат (бутифос), хлорат-хлорид кальция и др. Эти препараты вносятся в сравнительно больших количествах, создавая угрозу окружающей среде.

Синтетические регуляторы роста растений – аналоги фитогормонов находят и другие применения в сельском хозяйстве. С помощью ауксиноподобных препаратов: индолилмасляной кислоты, α-нафтилуксусной кислоты можно укоренять черешки растений, обычно черенками не размножающихся; обработка соцветий бессемянных сортов винограда гиббереллином применяется для увеличения размера ягод. Правда, как упоминалось, препараты гиббереллина довольно дороги; с целью экономии их расхода крымские виноградари предложили обматывать цветоножку обычным пластырем, на липкую поверхность которого нанесен гиббереллинсодержащий состав. При опрыскивании соцветий винограда расход гиббереллина составляет 30...50 граммов на гектар; интересно все же сопоставить стоимость сэкономленного гиббереллина и обматывания каждой цветоножки пластырем.

А вот еще и пиранициды

Вопрос читателям повестей и романов из жизни научных работников: о чем разговаривают, собравшись вместе, семь-восемь ученых, работающих в одной области? Речь не идет при этом не о каком-то протоколируемом совещании, а о встрече в обстановке вполне неофициальной, где каждый волен говорить, что ему вздумается.

Если верить авторам романов-повестей, возможны два главных варианта. Первый – все спорят до хрипоты о самых фундаментальных проблемах своей отрасли знания (здесь авторы не боятся пугнуть читателя выражениями вроде «несохранение четности при слабых взаимодействиях» или «экспрессия генов с сайт-специфическими мутациями») либо мирно балагурят на темы сторонние и сильно приземленные – скажем, профессор – Нестор соответствующей... логии смачно повествует о сборе и засолке рыжиков. По личным моим наблюдениям, эти две крайние формы бесед в жизни наблюдаются исключительно редко. В большинстве же случаев в подобных компаниях говорят о делах профессиональных, но каких-то второстепенных.

Примером может служить такая вот любопытная дискуссия. Может быть, впрочем, не столь уж любопытная, а даже заурядная.

Нет, видимо, такой области знаний, искусства, производства или всякой другой деятельности, в которой временами не обсуждался бы вопрос об использовании терминов, заимствованных из иностранных языков. («Как вы считаете, следует писать – сэндвич или сандвич?» – «Да зачем нам вообще этот иноземный термин, если существует прекрасное русское слово – «бутерброд»?)

К этой же серии относится и подслушанная мной дискуссия, только велась она в среде химиков и касалась термина «пестицид».

Часть присутствующих склонялась к мысли, что вполне можно обойтись и без него, ведь уже прижилось в среде специалистов и неспециалистов выражение «средства защиты урожая». Другие возражали, что понятие «пестицид» – более широкое, и один из сторонников такой точки зрения задал присутствующим контрольный вопрос: а кто знает, что такое «лэмприциды»?

Все начали напряженно вспоминать. Существует, видите ли, огромное множество классификаций этих самых пестицидов. Наряду с только что обсуждавшимися гербицидами (буквально, травобойцами) есть еще и инсектициды – препараты против насекомых, «инсекта» по-латыни; фунгициды – противогрибковые, «фун-ги» – по-латыни же «грибы»; нематоциды – против круглых червей нематод; «родента» – по-латыни «грызуны», и средства от них, естественно, называются родентициды; акарицидами называются препараты для борьбы с клещами, ну и так далее, список этот можно было бы значительно продолжить. Каждый из присутствующих, видимо, бегло перебрал все это в памяти, но лэмпрйцидов никто, увы...

И тогда вопрошавший объявил с триумфом, что это – средства для истребления... миног. В Великих-де озерах в Америке расплодились они сверх всякой меры и стали истреблять ценные породы рыб. (У нас миногу принято считать деликатесом, и противопоставление ее «ценным породам» кажется странным. Впрочем, может быть, у них там несколько не те миноги или не те вкусы.)

Пришлось придумать химические средства для их истребления. Поскольку же минога по-английски lamprey..., вот вам и пример пестицида, не являющегося средством защиты урожая, с триумфом объявил эрудит. Кто-то из оппонентов, правда, вспомнил популярный газетный заголовок «Урожай голубых нив», но этот аргумент не приняли.

В продолжение этой темы хочу сказать следующее. Буквально назавтра после того, как были написаны эти строки, мне попалась на глаза заметка о предпринимаемых в Бразилии мерах борьбы с пираньей – мелкой, но исключительно зловредной хищной рыбешкой. Пираньи держатся стаями, нападая на жертву, вырывают куски мяса. Забредет, например, по колено в реку могучий бык, и вдруг вода вокруг его ног вскипает, становится красной. И вот он уже беспомощно рухнул в воду: в мгновение ока пираньи обглодали ноги до кости. Нападают они и на людей, а лакомясь попавшей в сети рыбой, выкусывают куски мяса вместе с сетями. Словом, во все времена была пиранья бичом Амазонки и других южноамериканских рек; «три маленькие пираньи – это один большой крокодил» – гласит индейская пословица.

И вот по непонятным причинам в последнее время пираньи стали быстро размножаться, пришлось искать какие-то меры борьбы с ними. Перепробовав многие средства – от динамита до крокодилов, – пришли к выводу, что единственной управой на пиранью может быть ядохимикат, убивающий икру пираньи. Уже подсчитано, что понадобится его 200 тысяч тонн.

Много было уже написано о факторе времени, о его решающей роли в век научно-технического прогресса. Собственно, и читать-то ничего на эту тему не нужно, достаточно оглядеться вокруг. Конец XX века – время людей исключительно оперативных, умеющих на лету оценить конъюнктуру, безошибочно выбрать то направление деятельности, которое сулит наибольшие шансы выхода на передовые рубежи в технике, в коммерции, в науке. В науке как раз оказывается очень важным «застолбить», по выражению специалистов, новое многообещающее направление, зафиксировать неким образом свой приоритет. Захваченный всеобщими веяниями, попытаю и я счастья на этом поприще.

Именно настоящим я хочу ввести в научный лексикон термин «пиранициды», имея в виду те вещества, которые бразильцы собираются использовать для истребления пираньи. Что это за вещества, я, конечно, не знаю, к программе искоренения пираньи никакого отношения не имею, но меня это нисколько не тревожит. Ведь в борьбе за приоритет совершенно аналогичным образом поступают сотни моих коллег во всем мире. Вот что действительно по-настоящему важно: не обошли ли меня? Должны же как-то называть свои препараты бразильские борцы с пираньей, и вдруг им в голову пришел как раз этот термин?

Конечно, спор о терминах – в науке вещь нередкая, но наверняка не самая интересная. И если даже не правы в конце концов придерживающиеся той точки зрения, что «пестициды» и «средства защиты урожая» – ; одно и то же, то в очень незначительной мере. Абсолютно подавляющая часть пестицидов, производимых ныне в мире, – это именно средства защиты урожая, и доминируют здесь три основные группы: гербициды, инсектициды, фунгициды.

По опыту дяди Вани

История земледелия – это и история борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. В доземледельческие времена, по предположению, конечно, дикие предки нынешней пшеницы или кукурузы не образовывали сомкнутых массивов, растянувшихся на многокилометровых пространствах; наши же с вами не менее дикие предки должны были порядком набегаться, прежде чем им удавалось собрать пригоршню-другую колосьев или несколько початков. Для сравнения можно вспомнить наши собственные многокилометровые марши по пригородным перелескам, результатом которых оказываются полтора десятка подозрительной свежести сыроежек.

Вот и пришла кому-то в голову идея высевать съедобные растения на отдельных площадках. Тысячелетия спустя эти площадки достигали очень внушительных размеров, сотни и тысячи гектаров каждая. Даже тем, кто никогда не бывал августовской благодатной порой на Кубани или в Кустанайской области, хорошо знаком роскошный ландшафт: обильно колосящееся пшеничное поле от горизонта до горизонта. Знаком по многочисленным красочным плакатам и по повторяющимся из года в год фотографиям на первых страницах газет. Сетует, бывает, читатель на этот порядком уже примелькавшийся газетный штамп, тем более что фотокорреспонденции на эту тему, скажем, с Алтая, или из Крыма, или с белорусских полей ничем почти друг от друга не отличаются. Налево, до самого горизонта – пшеничное поле, направо – тоже до горизонта – пшеничное поле; поближе к фотокорреспонденту комбайн, аккуратно подравнивающий край поля. И берет порой не то чтобы зло, но удивление: что же это, сговорилась, что ли, вся наша пресса от Балтийского моря до Охотского (тем более что и тексты подписей под фотографиями совпадают с точностью до географических названий).

Так же думал, признаться, и я, до тех пор, пока несколько лет назад не попался мне летом в руки номер английской «Тайме». На первой странице, вверху, во всю ее ширину, помещалась хорошо знакомая фотография, и слева и справа раздольное пшеничное поле упиралось в горизонт, посередине, вдоль безукоризненно ровно скошенного края, двигался комбайн. Довершала эффект подрисуночная подпись: «Славно потрудились в этом году хлеборобы Южного Нортхэмпшира (впрочем, может быть, это был Северный Саутйоркшир). На площади... гектаров выращен урожай... Теперь первоочередная задача – убрать его в срок и без потерь. Приняв повышенные обязательства в честь...» Или, кажется, об обязательствах там речи не было, но и без этого иллюзия полнейшая. Что, если хорошенько поразмыслить, совершенно неудивительно: жители любой страны, северной или тропической, развитой или не очень, большой или малой, все же очень озабочены тем, какой в нынешнем году будет урожай. А то, что фото- (и не только фото-) журналисты не грешат разнообразием корреспонденции, право, не так уж важно.

С точки же зрения нашего повествования весьма важно другое: искусственно возделывая на таких вот бескрайних полях пшеницу, кукурузу, картофель, человек создает идеальные условия для размножения вредителей – насекомых, паразитирующих на культурных растениях. Ведь не только нашим пращурам приходилось подолгу шнырять в поисках хилых злаков, но также жучкам, гусеницам и прочим падким до них козявкам. Тогда они еще не имели титула «вредителей сельскохозяйственных культур».

Далее, не только повреждением посевов досаждают насекомые человеку. Среди них и малярийный комар, и страшная муха цеце, на совести которых миллионы загубленных человеческих жизней. Да кровососущий гнус, да термиты, разрушающие постройки, всякая бытовая нечисть: клопы, тараканы, моль, пухоеды. С симпатией, правда, отзываемся о трудолюбивых пчелках, натуральный шелк предпочитаем искусственному, а муравьев уважительно называем «санитарами леса» (не всех, впрочем; обнаружив караван мелких рыжих мурашей, бог весть откуда взявшийся, на кухне, любая хозяйка придет в отчаяние). Есть, правда, еще одна группа положительных и симпатичных насекомых, всякие жужелицы и наездники, уничтожающие насекомых вредных. Но это уже случай особый: «враг моего врага – мой друг».

Исследованием морфологии, анатомии, физиологии, экологии и т.п. насекомых занимается наука энтомология; если, однако, взять наугад несколько учебников энтомологии, окажется, что чуть не половина текста каждого из них посвящена описанию причиняемого насекомыми вреда и методам борьбы с ними. Разработаны и классификации этих методов; различают, например, химические методы борьбы (всевозможные ядохимикаты), биологические – использование паразитов насекомых, хищников, болезнетворных микроорганизмов, селекционные – выведение сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к вредителям, физические – воздействие радиоактивным облучением, лучами Рентгена, высокими или низкими температурами, ультразвуком. Говорят еще и об агротехнических, и механических, и каких-то других методах.

Почти вся эта мудреная классификация нашла отражение в известном стихотворении С. Михалкова (не думаю, чтобы при его написании поэт руководствовался какими-то специальными справочниками, скорее это еще один пример так называемой поэтической интуиции).

В комнате у дяди Вани,

Там, где кресла и шкапы,

Жили в маленьком диване

Злые желтые клопы.

Их морили голодом,

Выводили холодом,

Поливали кипятком,

Посыпали порошком,

Их травили газами,

Керосином мазали –

Ничего не помогало,

Толку было очень мало...

Стихотворению этому лет, видимо, за пятьдесят (обратите внимание хотя бы на давно уже изъятые из обихода «шкапы»); герой его решил проблему, продав диван («Хитрый дядя был Иван!» – справедливо заключает поэт). Отметим, что здесь нашли отражение настроения совершенной безысходности, капитулянтские даже, которые в те времена неминуемо появлялись у каждого, кто имел несчастье делить свое жилище с окаянными насекомыми.

...В очереди в химчистку мирно беседуют две пожилые женщины:

– Поверьте, я уже смирилась. До конца дней, думала, жить мне с этими клопами под одной крышей. Чего только не пробовала – дусты всякие, ДДТ и гексахлоран, керосин, ромашка – уж самим никакой жизни, а они только больше плодятся. И вот, знаете, приходит какая-то барышня, сан, говорит, эпидстанция, не беспокоят ли, мол, бытовые насекомые. Я, правду сказать, и не сразу сообразила, о чем это она, а та и скажи – клопов, мол, нет ли. Есть, говорю, дорогая, есть. Сколько душеньке угодно. Ну что ж, говорит, обработку будем проводить. Не очень-то, по правде говоря, и хотелось – сколько уж мы сами обрабатывали, а все без толку. А вот представьте: побрызгала своим средством (вонючее, правда, очень, хлорофос называется), и уж который год горя не знаем, вывелись все до одного.

«Гормоны, сохраняющие статус-кво личинки»

Наиболее эффективные приемы химической борьбы с сорняками были разработаны, как явствует из только что приведенных примеров, на основе результатов солидных фундаментальных исследований; выявления основных механизмов химической регуляции в организме растения. Гормональная система насекомых гораздо сложнее и в очень многих деталях толком не изучена по сей день. С другой стороны, организация целого ряда биохимических и физиологических процессов у насекомых и млекопитающих удивительно схожа, и очень трудно подобрать такой ядохимикат, который бы эффективно уничтожал насекомых, будучи в то же время безвредным для человека.

Очевидным кажется, что наилучший способ «отстройки» – использование препаратов, действующих именно на гормональную систему насекомых, очень все-таки непохожую на пути химической регуляции в организме прочих животных. «Путь к фундаментальному пониманию механизма действия гормонов был и остается неясным, и мы должны смотреть на наши современные представления скорее с большой долей трезвости, чем с экстравагантным энтузиазмом, – писали совсем недавно (1984 год) американские исследователи Дж. Ричарде и М. Эшбернер. – Гормоны насекомых в особенности удивительные, поскольку их эффект является столь сильным и сложным. Немногие в состоянии не удивляться метаморфозам бабочки. Эти чудесные события контролируются немногими гормонами, наиболее важные из которых, ювенильный гормон и экдистероидные гормоны, просты по химическому строению. Превращение гусеницы в крылатую бабочку и подобные явления в жизненном цикле многих насекомых требуют полной перестройки животного и всех его тканей. Полный метаморфоз бабочек, мух, жуков, муравьев, пчел позволяет этим видам насекомых находиться в существенно различном окружении в форме гусеницы и в форме взрослого насекомого. Это означает, что, кроме морфологических преобразований, столь заметных невооруженным глазом, метаморфоз вызывает полную перестройку физиологических процессов и поведения насекомого».

Действительно, развитие под действием гормона у курочки внешних признаков петушка – явление, что и говорить, удивительное, но посадите рядом бабочку-капустницу и ее гусеницу...

Самое интересное, что важнейшая группа гормонов, регулирующих процессы метаморфоза, так называемые ювенильные гормоны, своим действием не вызывает метаморфоз, а сдерживает его.

Японский исследователь Фукуда удалял у гусениц тутового шелкопряда секретирующие ювенильные гормоны железы – корпора аллата. При нормальном развитии гусеница проходит пять стадий, после чего окукливается. Если же удаление желез происходит, скажем, на третьей стадии, превращение в куколку наступает немедленно; более того, из маленькой гусеницы образуется маленькая же куколка, из которой потом разовьется взрослая особь, также в несколько раз меньше нормальной. Недаром эти гормоны назвали «гормонами, сохраняющими статус-кво личинки».

По своей химической структуре ювенильные гормоны сравнительно просты, это – метиловые эфиры эпоксидов органических кислот (воздержимся на этот раз от более подробного описания). Когда в 1967 году группа западногерманских химиков установила структуру первого из ювенильных гормонов, появилась надежда, что на их основе можно будет получить эффективные средства борьбы с насекомыми; сейчас, двадцать лет спустя, эта надежда все еще жива, но промышленного производства чудодейственных средств пока нет.

Американцев есть нельзя

Применяемые ныне в сельскохозяйственной и всякой иной практике инсектициды не создавались, конечно, совсем уж эмпирически, без использования новейших достижений биохимии, физиологии, биофизики. Наоборот, процесс создания многих инсектицидов мог бы служить образцом современного подхода к истинно целенаправленному синтезу биологически активных соединений, обладающих требуемыми свойствами. Именно такого рода примеры представляют для нас наибольший интерес; некоторые из них я приведу в дальнейшем.

Только что шла речь об ужасающей сложности классификации пестицидов. «Внутренних» классификаций инсектицидов было предложено несколько, но они попроще. Скажем, так называемая физиологическая классификация, в соответствии с путями поступления инсектицида в организм насекомого, различает четыре основные группы препаратов. Кишечные яды, попадающие с пищей, образуют первую и, по-видимому, самую многочисленную группу. К группе контактных относятся соединения, проникающие через поверхность тела, к фумигантам – через органы дыхания. Выделяют еще и группу системных ядов, которые поглощаются растением и вместе с растительной пищей поступают в организм. Не очень ясно, зачем понадобилось выделять их в отдельную группу, ведь это те же кишечные яды.

Такая классификация представляет, по-видимому, интерес для практики применения инсектицидов; с точки же зрения биохимических основ их действия важно не столько, каким путем токсикант проникает в организм, сколько те звенья обмена веществ, те химические реакции или регуляторные процессы, нормальное течение которых он блокирует.

Впрочем, некоторые дыхательные инсектициды прямо в эти процессы не вмешиваются. Например, в своей безуспешной борьбе с клопами упоминавшийся только что дядя Ваня применял также и керосин. По периферии тел клопа расположены дыхательные отверстия – дыхальца, через которые воздух поступает в организм. Если клопа хорошенько вывалять в керосине, дыхальца закупорятся и он в конце концов задохнется. Тот же керосин, различные минеральные масла применяют также в борьбе с вредителями плодовых деревьев. Есть даже группа инсектицидов, представляющих собой просто очень измельченную силикатную пыль, которая забивает дыхательные пути насекомого.

Среди контактных инсектицидов наибольшую известность приобрел, несомненно, ДДТ. Масштабами применения он, несомненно, превосходил любой другой, а уж написано о нем в несколько раз больше, чем обо всех остальных вместе взятых, и в специальной литературе, и в неспециальной в особенности. ДДТ – это рабочее сокращение благозвучного 4,4-дихлордифенилтрихлор-метилметана. Два кольца фенильных, посередине – соединяющий их атом углерода. Добавим заместители, по атому хлора в каждом кольце, атом водорода и радикал – CCl₃ к углероду, вот и весь ДДТ.

В 1873 году молодой австрийский химик Отмар Цейдлер написал диссертацию, в которой сообщил о синтезе нового хлорорганического соединения: 4,4-дихлордифенилтрихлорметилметана. В наши дни автор каждой диссертации должен в своем автореферате дать общую характеристику работы по определенной форме, с обязательными подзаголовками: «Актуальность проблемы», «Цель и задачи исследования», «Научная новизна работы», «Практическая значимость» и т.п.

Многие современные диссертанты имеют трудности именно с этой практической значимостью. Мне ни разу еще не попадалась вполне честная формулировка: «Практическая значимость работы – отсутствует». Как-то я предложил было ее одному из своих аспирантов, тот чуть не задохнулся от обиды. В конце концов в ход пошло что-то лицемерное, вроде того, что полученные результаты освещают некоторые детали механизма такого-то и такого эффекта, что может оказаться полезным для понимания функций группы ферментов, по-видимому, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности ряда микроорганизмов, которые, возможно, могут быть использованы в каких-нибудь биотехнологических процессах. Я думаю, если какому-то математику удастся доказать великую теорему Ферма (точнее, гипотезу): не существует целых a, b, c, для которых выполнялось бы условие aⁿ + bⁿ = cⁿ (при целых n больше двух), за что он немедленно и единогласно будет провозглашен величайшим математиком нашего времени, в своей диссертации, написанной на этом материале, он не прибегнет к приведенной смелой формулировке: «Практическая ценность работы отсутствует» (что чистая правда, по мнению самих же математиков), а будет что-то стыдливо лепетать о пользе для воспитания юных умов. Когда рукопись этой книги уже была в наборе, пришло известие, что теорема Ферма доказана, Что ж, остается ждать дальнейшего развития событий.

Вряд ли подобные заботы тяготили Цейдлера – что ни говорите, развитие науки находилось в те годы на весьма низком уровне в сравнении с сегодняшним днем – но если бы ему пришлось все же оформлять автореферат своей диссертации в строгом соответствии с ныне действующими правилами Высшей аттестационной комиссии, он немало намаялся бы, выдумывая для своих результатов ну хоть какое-нибудь практическое значение, и уныло в конце концов стал бы мямлить о понимании отдельных стадий определенных органических реакций... что, возможно, окажется полезным при получении... каковые, в свою очередь, могут быть использованы как компонент подкрахмаливающих средств для манишек.

Между тем, после того как в 1937 году было установлено, что ДДТ обладает высокой токсичностью для насекомых, будучи безвредным в соответствующих концентрациях для теплокровных животных, этому соединению суждено было получить такое уж широкое практическое применение... Как выяснилось, впрочем, на нашу голову.

ДДТ поражает нервную систему насекомого. О степени его токсичности можно судить по тому, что личинки мух гибнут при попадании на поверхность их тела (напоминаю, ДДТ – яд контактного действия) менее одной миллионной миллиграмма. (Для вящей наглядности: если в одном кубометре растворителя содержится один грамм ДДТ, смертельная для личинки доза – один кубический миллиметр такого раствора.)

При обработке посевов на один квадратный метр вносили около ста миллиграммов ДДТ. Здесь, разумеется, речь идет о действующем начале: том самом 4,4-дихлор... и т.д. Реально же применялись его препараты в виде дустов, эмульсий или растворов в органических растворителях. В воде ДДТ нерастворим. Дуст – это мелкая пыль наполнителя, чаще неорганического (английское dust – пыль), на котором сорбирован ДДТ и некоторые другие вещества, облегчающие прилипание частичек дуста к поверхности тела насекомого и процессы переноса токсиканта через его покровы.

Десятки и даже сотни миллионов гектаров посевов во всем мире обрабатывались ДДТ в 50-х – начале 60-х годов. Помимо этого, широко применялся он и против вредителей леса, и в кампании борьбы с малярией (здесь на гектар водоема вносилось всего около 100 граммов ДДТ, и этого было достаточно для того, чтобы уничтожить личинок малярийного комара), и в быту против мух, тараканов и тех же самых клопов (полки хозяйственных магазинов были завалены коробками с дустом ДДТ).

Словом, мир быстро приобретал опыт применения ДДТ в широких масштабах, но, как стало постепенно выясняться, опыт отнюдь не только положительный. Началось с того, что вместе с некоторыми вредителями погибали и полезные насекомые, например, хищники, уничтожающие других вредителей, менее чувствительных к ДДТ. Среди насекомых такими оказались различные виды тлей. Помимо этого, сравнительно легко переносили обработку ДДТ клещи, повреждающие посевы. Вездесущие карикатуристы не преминули откликнуться и на это явление. Колорадский жук, лицу которого художник придал крайне неприятное выражение, злобно говорит муравью:

– Обработка химикатами, конечно, будет по моему поводу, но тебе, муравьишка, от этого не легче!

Затем выяснилось, что после нескольких лет применения ДДТ появились расы вредителей, устойчивых к его действию; для их эффективного уничтожения нужно было увеличивать дозы порой даже в десять и более раз.

А тем временем и те количества ДДТ, которые вносились в окружающую среду на протяжении предыдущих лет, оказались не столь уж безвредными для человека, домашних и теплокровных диких животных.

Если сравнивать, сколько ДДТ требуется для того, чтобы погубить одну личинку мухи и одного человека, нужно, конечно, принимать во внимание их размеры. Обычно для этой цели осуществляется перерасчет на килограмм веса, у нас еще будет повод поговорить об этом подробнее. Итак, вообразим себе килограмм мушиных личинок (зрелище так себе). Чтобы расправиться с ними, нам понадобится (при справедливом распределении и отсутствии потерь препарата) не более одной десятитысячной миллиграмма чистого ДДТ. Для человека же смертельная доза – сотни миллиграммов на килограмм веса. То есть человеку весом килограммов этак в восемьдесят – десятки граммов чистого ДДТ. Поскольку же он выпускался в виде несколько-процентного дуста – уже сотни граммов нужно съесть человеку, чтобы насмерть отравиться ДДТ, а такое количество, конечно, ни один даже завзятый токсикоман не осилит. И вот оказалось: самые нелепые, немыслимые просто случаи возможны, когда пестициды продаются и применяются повсюду свободно и бесконтрольно.

Как уж оно получилось, не знаю, но однажды, лет двадцать с лишним назад, газеты всего мира сообщили о страшном случае: в детском саду, где-то в Иране, при приготовлении каши в котел вместо порошкового молока засыпали соответствующее количество дуста ДДТ. И то, и другое было, видимо, в банках с иностранными этикетками, и то, и другое – белый порошок. Погибли, отравившись, несколько десятков ребятишек.

Этот трагический случай, конечно, безусловное исключение. Вред же, причиняемый применением ДДТ всюду и везде, ощутили на себе десятки или сотни миллионов человек, хотя и в менее ужасной форме.

ДДТ – вещество сравнительно стойкое, медленно разлагается в окружающей среде и в организме. Не страшны ему ни повышенные температуры, ни ферменты, занятые обезвреживанием чужеродных веществ, ни свет. В результате, попадая в трофическую (пищевую) цепь, ДДТ накапливается в значительных количествах сначала в растениях, затем в мясе и молочных продуктах, наконец, в человеческом организме. Один американский журналист ядовито заметил как-то (точнее, в 1970 году): «Американцев есть нельзя. Согласно закону нельзя есть мясо, содержащее свыше семи промилле (одна тысячная часть) ДДТ в жировой ткани. Американцы содержат 12 промилле».

Не могу поручиться за приведенные цифры, это – цитата как минимум вторичная, один журнал заимствовал из другого, а уж оттуда – я. Все же двенадцать промилле – это более процента, и если даже жировая ткань стройного, симпатичного, совершенно не обрюзгшего восьмидесятикилограммового американца составляет всего один процент от его веса, и то, оказывается, в нем содержится около десяти граммов ДДТ, доза, уже близкая к смертельной, согласно самым авторитетным справочникам, составлявшимся профессионалами. Те же справочники приводят и предельно допустимые (по нормативам 60-х годов) количества ДДТ, которые могут содержаться в пищевых продуктах. Обычно это несколько миллионных долей (принятая в англоязычных странах мера – ppm, parts pro million); я думаю, в приведенной цитате подразумевались именно миллионные доли, а не промилле.

Конечно, это только мой домысел: возможно, дело обстоит иначе. Но в любом, конечно, случае я полностью солидарен с приведенным предостережением – лучше воздержаться от поедания американцев.

Словом, с течением времени стало ясно, что ДДТ– препарат коварный, при широком применении отнюдь не безвредный для человека (в особенности для грудных детей – это было, кстати, установлено еще на ранних стадиях его использования), и постепенно в развитых странах его стали избегать. Несмотря на это, многие еще годы спустя остатки ДДТ обнаруживают то в океаническом планктоне, то в молоке, то в жировой ткани злосчастных американцев. А может, и не только американцев, кто проверял?

По рецепту полихеты

Итак, ДДТ плох главным образом тем, что он устойчив к деградации. Чем же его заменить? Очевидно, соединением, не менее эффективно истребляющим насекомых, но быстро разлагающимся до безвредных остатков. Наиболее подходящими претендентами оказались фосфорорганические инсектициды, удовлетворяющие обоим этим требованиям.

Приходится иногда встречать мнение, что эта группа инсектицидов является побочным продуктом усилий химиков, занятых созданием боевых отравляющих веществ. Трудно судить, сколько в этом утверждении правды, нельзя представить конкретный перечень фосфорорганических соединений, синтезированных с мыслью об их использовании как ОВ, но оказавшихся в конце концов эффективными инсектицидами. Что не подлежит сомнению, так это близость механизмов действия большинства фосфорорганических инсектицидов и упоминавшихся выше зарина, зомана, газов VX и т.п.

И те и другие взаимодействуют с активным центром ацетилхолинэстеразы, конкретно с гидроксилом бокового радикала серина в ее активном центре.

Этот фермент играет в организме насекомых ту же роль, что и у человека, являясь важнейшим участником процесса передачи нервного импульса. Однако устройство активного центра ацетилхолинэстеразы, в частности, его пространственная организация, по-видимому, в каких-то деталях различаются. Сейчас трудно сказать что-либо конкретное по этому поводу – рентгеноструктурный анализ молекулы ацетилхолинэстеразы до сих пор выполнить не удалось, однако это ясно хотя бы из того факта, что некоторые соединения, являющиеся сильными ингибиторами ацетилхолинэстеразы еловека, почти не действуют на ацетилхолинэстеразу насекомых, и наоборот.

В молекулах многих фосфорорганических инсектицидов так же, как у зарина и зомана, одним из заместителей у атома фосфора является аллоксильная группа (C₂H₅O–, CH₃O– и т.д.); часто их две, как например, у популярного хлорофоса (CH₃O)₂ P(O)CH(OH)CCl₃.

В настоящее время используются в сельскохозяйственной (и не только) практике десятки различных соединений группы фосфорорганических инсектицидов; варьируя характер заместителей у атома фосфора, удается получить препараты, эффективные в отношении одних видов насекомых и сравнительно безвредные для других.

Естественно, все они в первую очередь должны быть достаточно безвредными для человека. Сходство с нервно-паралитическими газами, однако, дает о себе знать: большинство этих соединений примерно в десять раз более токсичны, чем ДДТ; смертельная доза у некоторых из них составляет около одного грамма или даже ста миллиграммов. Есть, впрочем, и вещества, токсичные в той же степени, что и ДДТ (тот же хлорофос) или еще менее (трихлорметафос).

Постоянно ищут новые фосфорорганические инсектициды, обладающие избирательным действием и предназначенные для выполнения некоторых узкоспециализированных задач; примечательно, что это не поиск вслепую, а вполне целенаправленные действия, руководимые глубоким пониманием молекулярных механизмов, лежащих в основе токсических эффектов соединений этой группы.

Можно привести в качестве курьеза и примеры иного рода – создание эффективных инсектицидов на основе идеи, подсмотренной у природы. Да даже и не идеи, а, скажем, технического решения.

Животный мир морского дна изобилует видами, кажущимися нам, непосвященным, прямо-таки фантастическими. Дело не только в причудливой форме некоторых его обитателей, но и в их образе жизни, очень сложных взаимоотношениях. Многие виды, живущие на дне, ядовиты. Среди них и кольчатые черви полихеты, мелкие хищники. В 60-х годах была установлена структура яда одного из видов полихет; им оказалось сравнительно простое циклическое соединение названное нереистоксином. Изучение токсикологических свойств нереистоксина показало, что он сравнительно безвреден для млекопитающих, но очень ядовит для насекомых.

Поскольку нереистоксин относительно легко может быть получен синтетически, возникла идея использования его в качестве инсектицида. Оказалось, однако, что это соединение по ряду параметров непригодно для таких целей, в частности, очень уж быстро разлагается. Тогда был синтезирован ряд аналогов нереистоксина; один из них, лишенный недостатков природного токсина, стал промышленно производиться в Японии под названием падана. Два других примера – выделенные из грибов циклопептиды аспрохацин и деструксин, циклодепсипептид бассанолид, у которых обнаружены выраженные инсектицидные свойства; неясно пока, правда, найдут ли они практическое применение.

Снова генетическая инженерия

Наибольшие надежды, однако, специалисты, связывают с применением другого природного токсина – кристаллического белка из микроорганизма бациллус тюрингензис. Строго говоря, это четыре различных белка –. α-, β-, γ-ύкзотоксины и Δ-эндотоксины; их структура в настоящее время еще не установлена.

Бациллус тюрингензис широко используется в настоящее время в качестве биологического средства защиты растений. Вообще предполагается, что биологические средства, прежде всего препараты энтомопатогенных микроорганизмов, производство которых в настоящее время составляет около 5 процентов мирового производства пестицидов, в ближайшее время сильно потеснят химические средства и уже к 2000 году их доля возрастет до 50 процентов.

Преимущества их применения видны на примере той же бациллус тюрингензис. Известны несколько вариантов этого микроорганизма. Белковый токсин, вырабатываемый большинством вариантов, действует только на представителей отряда чешуекрылых (бабочек), практически безвреден для остальных насекомых и совершенно уж безвреден для теплокровных животных и человека. В отличие от большинства используемых ныне инсектицидов применение препаратов бациллус тюрингензис не вызывает гибели полезных насекомых – опылителей, хищников, пчел. Весьма значительная доля вредителей сельскохозяйственных культур – это именно представители отряда чешуекрылых, в отношении которых такие препараты эффективны. Более того, обнаружена разновидность бациллус тюрингензис, вырабатывающая белковый токсин, действующий на другую обширную группу вредных насекомых – комаров.

Ныне применяемые препараты, содержащие так называемый спорокристаллический комплекс, готовятся путем культивирования соответствующего штамма бациллус тюрингензис в специально подготовленной питательной среде, содержащей глюкозу, крахмал, соевую муку и некоторые добавки. Однако наиболее интересные перспективы использования белковых токсинов этой бациллы связаны, пожалуй, с переносом соответствующих генов в другие организмы уже неоднократно упоминавшимися методами генетической инженерии.

В настоящее время реализовано два подхода подобного рода. В первом случае объектом для пересадки гена была избрана распространенная в почве бактерия псевдомонас флюоресценс; полагают, что внесение полученных микроорганизмов в почву позволит избавиться от обитающих там личинок вредителей.

Однако гораздо более эффективен прием, к которому прибегли исследователи бельгийской фирмы «Плэнт джинетикс системе». Трудно сказать, известно ли им изречение Нидхэма «Лучший способ не быть съеденным – это стать несъедобным», но действовали они в точности в его духе. Ген, кодирующий синтез кристаллического белкового токсина бациллус тюрингензис, они перенесли непосредственно в геном культурного растения – табака, получив таким образом сорт, абсолютно устойчивый к поражению многими видами вредителей. Удачен и выбор культуры – «реципиента»: хотя безвредность кристаллического белкового токсина для человека доказана многими исследователями, ведомства, осуществляющие контроль безопасности новых сельхозпродуктов, еще долгое время не давали бы хода применению нового сорта на практике, будь то растение, употребляемое в пищу. Они, эти ведомства, страдают болезненной прямо-таки подозрительностью, и, надо признать, кое-какие основания для этого у них имеются. Не раз бывало, что новый продукт, казавшийся совершенно безвредным с позиций так называемого здравого смысла, в конце концов после придирчивых испытаний браковался.

В случае же с табаком попадание токсина в организм курильщика полностью исключено: он и не летуч и полностью сгорает. Тем более что в табачном дыме и без того масса всяких токсичных соединений, и вообще не очень понятно, какие критерии применяются при оценке безвредности табачных изделий.

Разумные против неразумных

«Разумный человек приспосабливается к окружающему миру, неразумный пробует приспособить мир к себе. Поэтому всяческий прогресс зависит от людей неразумных». Это слова Бернарда Шоу; они вспоминаются всякий раз, когда приходится слышать или читать призывы типа «Жить в единстве с природой», «Не перестраивать природу, а приспосабливаться к ней» и тому подобные лозунги, пути реализации которых не очень ясны. В особенности популярны заклинания беречь все живое: и травинку, и былинку, и жучка, и козявку, о зайчиках и пичужках уж не говоря. Не исключено, что сторонники таких лозунгов даже составляют среди нас большинство. Между тем какие-то деловитые и очень озабоченные люди, настроенные в отношении всего этого шума не враждебно даже, а просто безразлично, ведут бескомпромиссную химическую войну против всяческой живности, угрожающей подчас самому нашему существованию.

Я, правда, что-то не припоминаю выступлений в защиту вирусов СПИДа, или даже гриппа, холерного вибриона (уже объявлявшегося было полностью истребленным; к сожалению, как выяснилось, преждевременно), да даже чесоточного клеща или постельного клопа. Впрочем, наверняка среди энтузиастов есть люди вполне последовательные, умеющие, сказав «а», сказать «б» и, как следствие, организующие демонстрацию протеста по поводу отправки в район эпидемии противочумной команды.

Требования милосердия в отношении к сорнякам и насекомым – вредителям полей и садов мне несколько раз попадались в зарубежных газетах, но полагаю, что и эти божьи создания большинством охотников жить в гармонии с природой в перечень подлежащих охране не включаются. Но если взять, к примеру, суслика, тут, пожалуй, гуманно мыслящие уже возьмут верх. Такой, понимаете, симпатичный, посвистывает, а вы со своими родентицидами, горсти зерна вам жалко. Ну и, конечно, никто не даст в обиду птиц, даже если их стаи опустошают посевы. Пугать, так и быть еще, пугайте, но... Действительно, не могу припомнить, чтобы хоть в одной книге или статье среди средств защиты урожая мне встретились «авициды» («авиа» – «птицы» по-латыни). Хотя химики поработали и в этом направлении, с учетом требований гуманности.

Приманки со всякими дурманящими средствами применялись еще в прошлом веке; правда, часто грубоватые владельцы огородов или полей для верности еще сворачивали шеи забалдевшим (как сказали бы ныне) визитерам. В наше время решением проблемы отпугивания птиц занялась большая наука, не только и не столько в связи с защитой от них урожая, сколько из-за создаваемой ими угрозы безопасности движению самолетов в окрестностях аэродромов. (Можно упомянуть и еще одну курьезную задачу: добиться того, чтобы птицы не садились на памятники великим людям; это, видите ли, создает комический эффект, да и загрязняются памятники неимоверно.)

И вот недавно было опубликовано сообщение об очередном успехе на этом фронте. В подкладываемую птицам приманку вводилась глюкохлоралоза – вещество, обладающее сильным снотворным действием; оно используется для быстрого усыпления диких животных при отлове. Склевав приманку с глюкохлоралозой, птица «дергается в конвульсиях, посылает крики бедствия, а затем засыпает на 15...20 часов». Это сильно отпугивает других птиц.

Как видим, метод в высшей степени гуманный, птичка остается в живых. Если, конечно, в течение этих 15...20 часов ее не обнаружит кошка.