ИЗОБРЕТАТЕЛЬНОСТЬ ВИДОВ

(Секреты тропических смол. — Защитные силы зеленых яблок. — Человек уступает первенство. — «Силосные башни» в улье.)

Впервые эту кислоту получили на заре развития органической химии в начале XVII века из так называемого росного ладана, или бензойной смолы, которая и дала веществу свое название. В этой приятно пахнущей смоле на долю кислоты приходится примерно десятая часть, но она легко выделяется путем возгонки, так как обладает высокой летучестью пара. Росный ладан (бензойная смола) — до сих пор постоянный предмет импорта европейских стран, в том числе и СССР, из Юго-Восточной Азии. Там бензойную смолу получают, делая надсечки на деревьях рода стираксовых (Styrax benzoin), дикорастущих в том регионе.

В ответ на поранение дерево начинает выделять защитную смолу, точно так же, как наши сосны при получении от них живицы. Защитная смола обладает не только приятным запахом, из-за которого ей не могут найти равноценной замены в парфюмерной промышленности, но и выраженной антимикробной активностью, благодаря чему используется и в медицине.

В парфюмерии без нее не обойтись

Бензойная кислота — непременный компонент этой смолы, заслуживает, вне всякого сомнения, несмотря на простоту ее химического строения, серьезного внимания. Она встречается не только в бензойной смоле, но и в других издавна прославленных смолах и бальзамах, например гвоздичном масле, перуанском и толутанском бальзамах. Растения выделяют это соединение во всех тех случаях, когда возникает угроза их целостности.

Почти столь же неожиданно, как и мы, столкнулись с бензойной кислотой английские ученые Е. Браун и Т. Свинбурн, которые занимались исследованием другого важного явления — причин устойчивости созревающих яблок к патогенному грибу Nectria galligena. Этот гриб вызывает хорошо известное садоводам заболевание под названием черной пятнистости. В благоприятных условиях темные пигментные точки, где первоначально основывает свою колонию гриб, локализуются на поверхности и далее не развиваются. При менее благоприятных стечениях обстоятельств яблоко чернеет все больше, пока окончательно не утратит ценность для окружающих видов, кроме всеядных микробов.

Установив, что яблоко способно бороться, исследователи решили выяснить, каким путем оно это делает. Плод разрезали пополам и на всю незащищенную поверхность нанесли суспензию гриба-патогена, после чего стали ждать развития событий. Через 10 дней, сделав еще один половинный разрез, они осмотрели результат борьбы располовиненного, но не сломленного яблока и отразили его на схеме, которую мы воспроизводим.

В районе среза образовались две укрупненные зоны, в которых шло какое-то особенно значительное противоборство, но гифы гриба туда не проросли. Браун и Свинбурн проэкстрагировали содержимое этих зон (инокулят) и, действительно, обнаружили в них появление нового биологически активного вещества.

Схема 3. Состояние яблочной ткани спустя 10 дней после заражения патогенной расой гриба N. galligena: А — зона развития гиф гриба; В — некротическая стерильная зона; С — здоровая ткань

Интересно, что идентифицированное соединение полностью отсутствовало в неповрежденных тканях и, следовательно, было явным ответом растения на постигшее его бедствие. Этот факт давал основание занести его в ряд защитных веществ, получивших название фитоалексинов (от греческих слов: фито — растение и алекс — защита). Большинство известных к настоящему времени фитоалексинов — довольно-таки сложные органические соединения, строение которых меняется от вида к виду. Чтобы установить строение каждого такого вещества, приходится иногда затрачивать многие месяцы, а то и годы.

Когда же английские исследователи сняли физико-химические характеристики заинтересовавшего их соединения, то они также открыли, что имеют дело с... бензойной кислотой.

Надо отдать должное этим авторам: несмотря на явную химическую примитивность «ответа» растения, они не только не разочаровались открытым, но и подвергли выявленный факт дополнительному тщательному изучению. В частности, они нашли, что для этой кислоты характерна четко выраженная зависимость активности от реакции среды (рН). Лишь присутствуя в растворе в недиссоциированной форме (не в виде соли), кислота проявляет антимикробное (и антигрибное) действие. Бензойная кислота оказалась активной против яблочного патогена уже при разбавлении 5 частей на миллион, однако при одном «но» — при кислотности не ниже той, которая свойственна незрелым яблокам, то есть при рН 3,8. Достаточно среде стать чуть более щелочной, например до рН 4,5, как активность падает более чем в 25 раз!

Браун и Свинбурн измерили концентрацию бензойной кислоты в зоне противоборства патогену и нашли, что она равна 200 микрограммам на 1 миллилитр. Этого вполне достаточно для надежного ингибирования (подавления) роста и размножения гриба. «Успех» гриба, если яблоко находится в хорошем состоянии благодаря тому, что садовод внимательно ухаживает за растением, всегда частичный: он успевает отвоевать лишь часть плода, пока растение еще не перестроилось на выработку сдерживающего начала.

Маленькие черные точки на вздутых от сочной сладости боках зрелых яблок — следы его прежних битв и одоления грибной «агрессии».

Интересно, что, созрев и став менее кислым, яблоко вновь может серьезно пострадать от остановленного, но не уничтоженного врага. В этом случае активная роль уже переходит к другим соединениям, эффективно действующим и в менее «кислой» обстановке.

Таким образом, простейшая ароматическая кислота проявила себя надежным соединением не только в защите раненых стволов тропических растений, но и в самозащите недозрелых яблок.

Я воспользовался данными английских исследователей и вместе с помощниками решил оценить, сколь надежно медонос сулла охраняет свои владения от нежелательных посетителей из грибного мира.

Для экстракции взяли 12 килограммов меда, а свободной кислоты выделили 8,2 грамма. Значит, концентрация бензойной кислоты в исходном материале равна не менее 1000 микрограммов (!) на 1 миллилитр, что в несколько раз превышает минимально необходимую для проявления биологического эффекта.

Учитывая, что сам нектар раза в 2 более жидок, чем мед, можно высчитать, что и сулла вырабатывает достаточное количество кислоты для предотвращения инфекции.

Более жидкий, чем мед, нектар с первого взгляда кажется очень уязвимым, но это не так. Во-первых, концентрация сахара в нем не так уж мала — около 50 процентов. Во-вторых, растение обильно снабжает нектар легколетучими эфирными маслами, многие компоненты которых обладают выраженной биологической активностью. Содержание этих веществ потом сильно уменьшится в улье. В-третьих, железистая ткань нектарников быстро всасывает недоиспользованный нектар обратно и, таким образом, лишает пищи микрофлору. И, наконец, в-четвертых, общая инфекционная обстановка над стерилизуемыми солнечными лучами и провеваемыми всеми ветрами цветущими медоносами достаточно благоприятна.

Нектар, принесенный в тесный улей с температурой воздуха внутри 35 градусов Цельсия, оказывается в более сложном положении. Для его сохранения пчелы вынуждены принимать дополнительные меры, добавляя в процессе переработки нектара пероксидазный фермент ингибин и закрывая восковой крышечкой ячейку с медом. Так предотвращается окончательная потеря ценных испаряющихся компонентов.

Описываемая ситуация с бензойной кислотой оказалась неожиданно интересной и с других точек зрения. Человек, не подозревая об «опыте» суллы или «сражениях» зреющих яблок, не исследовав подробно защитные порядки росного ладана и других смол и бальзамов, независимо пришел к признанию надежной консервирующей и охранной силы бензойной кислоты и теперь широко ее использует в качестве консерванта, причем для охраны не только своей пищи, но и пищи своих четвероногих кормильцев, добавляя ее, например, в силос.

Правда, человек выявил все это лишь несколько десятков лет назад, явно уступив первенство другим видам живой природы.

В процессе исследований меда с суллы меня, как и всякого интересующегося практическим пчеловодством, беспокоило, не приводит ли повышенная концентрация в меде бензойной кислоты к какому-либо вреду для пчел: ведь в Италии сладкий клевер дает большие взятки. Опрос местных пчеловодов, однако, показал, что они не наблюдали каких-либо отрицательных явлений в жизни пчелиных семей ни в летний период, ни в зимний. Среди потребителей мед с суллы пользуется вполне солидной репутацией за свой нежный вкус и тонкий специфический аромат.

Следовательно, и сулла не нарушила негласный среди растений-медоносов закон: кормить своих опылителей (а заодно и человека) только гарантированно безвредной пищей. В итоге выходит, что бензойная кислота — полноценный консервант с любой точки зрения. И все-таки защитная система меда лишь поманила в путь: сулла подтвердила, что и она «заботится» об антибактериальной защите нектара, но вещества нового пока не дала, а ведь сулла — далеко не единственный медонос. И у каждого из них — схожие проблемы с охраной своей сладкой продукции, а следовательно, и свои вещества-помощники в противодействии невидимому микромиру. Выявить эти природные консерванты, над которыми столько миллионов лет трудились растения и пчелы, — очень своевременное и нужное для человека дело.

Отрицательная обратная связь

Пчелы — прекрасные «специалисты» по консервированию растительной продукции. Свой белковый корм — пыльцу — они складывают разноцветными слоями в ячейку, «заботясь» о разнообразии стола тех, кто будет угощаться позже, утрамбовывают ее и заливают сверху медом. Колонии грибов, проникших в ячейку вместе с пыльцевыми зернами, оказываются лишенными доступа воздуха, то есть попадают в анаэробные условия. Хоть микроскопические существа и не привыкли к ним, но упорно продолжают при помощи своих ферментов расщеплять молекулы глюкозы, добывая из них энергию. Ввиду недостатка кислорода процесс окислительного расщепления заканчивается образованием молочной кислоты (а не углекислого газа и воды). Этот продукт метаболизма не удаляется, как углекислый газ или пары воды, в окружающую среду, а накапливается в той же ячейке, где «вознамерились» размножаться и грибы. На этом их пчелы и «подлавливают»: достигнув определенной концентрации, кислота начинает угнетать рост уже самих грибов. Возникает так называемая отрицательная обратная связь — продукт жизнедеятельности организма подавляет развитие его самого. Этот процесс, например, мешает нам получать и особо крепкую медовую брагу: уже при 10—12 процентах спирта в сбраживаемом сусле дрожжевые грибы угнетаются, их размножение прекращается, и они образуют споры.

Задачу противодействия грибам пчелы «решили» чисто экологическим путем: не стали специально добавлять в ячеи с пыльцой какие-то кислоты-консерванты, а заставили «поработать» грибы. «Вкусив сладенького», они успокаиваются до весны, пока пчела-кормилица, разрушив охранный медовый слой, не съест содержимое ячейки вместе с ее многочисленными обитателями. Грибы, образовавшие споры, от этого не пострадают, другие же подвергнутся «разборке» на отдельные фрагменты-молекулы под действием пищеварительных энзимов пчелы.