РАСТЕНИЯ-ДОНОРЫ

СЛОВО ЗА ХИМИЧЕСКОЙ ТАКСОНОМИЕЙ

(Песнь о вторичных метаболитах. — Коллектив или одиночка? — Новая наука об определении вида.)

Флавоноиды представляют собой типичные вещества вторичного обмена, или вторичные метаболиты, растений. Эта важнейшая группа соединений природного происхождения получила свое название в отличие от веществ первичного обмена, которые встречаются во всех клетках живой материи и абсолютно необходимы для элементарной жизни. К таким абсолютно необходимым веществам относят белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры.

Но элементарная жизнь, хотя и составляет основание всякой жизни, еще не дает всего разнообразия присущих ей форм. Вот это-то разнообразие жизни, то есть существование неисчислимого множества видов, если его рассматривать на химическом уровне, и связано с веществами вторичного обмена. Именно они отличают один вид от другого.

В процессе эволюции каждый организм созидал все новые специфические вещества или их комплексы, которые помогали ему как можно лучше приспособиться к условиям среды.

Впервые великое значение вторичного обмена отметил, сам того не зная, основоположник учения о наследственности Грегор Мендель. Окраска цветов гороха, которая послужила выявлению фундаментальных законов наследственности, обусловлена антоцианами, вторичными метаболитами, родственными тем, которые находятся в прополисе. К сожалению, во времена Менделя хроматография еще не была открыта, и он в своих наблюдениях опирался скорее на зоркий глаз и интуицию, чем на количественные данные о присутствии конкретных соединений в лепестках очередного гибрида. Сейчас подобные данные доступны каждому современному ученому.

Вторичные метаболиты — это химические соединения, обусловливающие окраску цветочных лепестков, аромат растений, их горький или приторно-сладкий вкус; вторичные метаболиты — это не воспринимаемые человеческими органами чувств пахучие вещества, которыми обмениваются насекомые во время брачных полетов, а муравьи и пчелы метят свои трассы; вторичные метаболиты — это, в конечном счете, и защита вида, и его «крик» о помощи, и его химическое лицо, и химический язык. Все многообразие, сбалансированность и целостность нашего мира определяются в большой степени функциями вторичных веществ. И гормоны, и лекарства, и природные регуляторы роста растений — все это из нескончаемого списка «дел» вторичных метаболитов растений и животных, углубленное систематическое изучение которых, их «золотой век», вероятно, только начинается.

Работы здесь действительно непочатый край. С этим и столкнулся автор со своими помощниками, как только пришел к мысли химическим путем решить проблему растительного источника прополиса.

Прежде всего мы приступили к изучению привлекшей наше внимание закономерности: во всех образцах типичного прополиса соотношение основных характеристических соединений, невзирая на район, из которого доставлен образец, одно и то же. На первый взгляд, наиболее естественно было предположить, что эту смесь веществ продуцирует одно растение. Однако дальнейшее размышление поколебало нашу уверенность. Растения обычно заселяют любой участок суши совместно с другими видами, в итоге чего формируется растительный комплекс, или фитоценоз. Как и любая сложная система с обратными связями, фитоценоз обретает выраженные черты стабильности и проявляется, например, в типичном сочетании видов в наших лесах. Березе обычно сопутствуют осина и ольха, дубу — липа и орешник, иве — тополь и т. д. Тонкие знатоки местных фитоценозов — грибники и охотники — по неуловимым, казалось бы, приметам, а на самом деле — по таким видовым сцепкам определяют экологическую нишу, которую непременно заселит либо нужный гриб, либо зверье — заяц, лисица...

Законы фитоценоза наталкивали на мысль, что устойчивая по составу смесь веществ в прополисе могла образоваться и вследствие сбора пчелами клейких веществ одновременно с двух-трех или большего числа совместно произрастающих в одном фитоценозе видов растений. Если это действительно так, то поиск наших совмещенных видов «наугад», как мы поначалу делали, собирая в пенициллиновые баночки любые смолистые подтеки и капли, был заранее обречен на неудачу.

После этого мы окончательно осознали, что без химической таксономии мы «далеко не уедем». Химическая таксономия — это наука об определении видов по химическим признакам, обусловленным специфичностью обмена веществ. Но не все специфические вещества, синтезируемые каким-либо организмом, подходят для химической таксономии. Если такое вещество появляется в растении лишь на короткое время и в очень малых количествах, оно мало пригодно для химической оценки вида.

Наиболее удобны для заполнения такой «визитной карточки» вида те соединения, которые встречаются в зонах пониженной активности обмена веществ растения, например в древесине.

Исследования древесины хвойных химическими методами дали блестящие результаты и способствовали развитию новой науки. Успех был обеспечен тем, что в древесине хвойных широко представлена группа фенольных веществ типа халконов (вещества типа 10, схема 10), а также уже известных нам флаванонов и флавонов. Эти вещества, содержащиеся в древесине, практически не подвергаются изменениям, связанным с колебаниями суточной либо сезонной метаболической активности, что делает их идеальными для определения видовой принадлежности.

Иногда бывает необходимым опознать всего 2—3 вещества, чтобы достаточно надежно, не видя ни формы листа, ни ажурного рисунка его прожилок, не зная ни одного морфологического признака, определить вид и семейство растения, от которого исследователю попал тем или иным способом небольшой кусочек древесины или его экстракт.

О такой химической таксономии Грегор Мендель не мог и мечтать. Ему приходилось рассчитывать на свою обостренную наблюдательность и работать лишь с интегральной (совокупной, объединенной) характеристикой этих веществ, то есть с цветом.

Наше положение было несравненно лучше, поскольку в распоряжении находилось девять идентифицированных и явно наиболее удобных для химической таксономии веществ.

Просмотр новейших химических справочников и реферативных журналов показал, что еще не было описано ни одного растения, которое одновременно могло бы синтезировать все девять выделенных нами соединений. Значит, если такое растение существует, то просто у химиков «руки еще не дошли» до него (химическая таксономия только родилась, и ее методами обследована небольшая доля представителей богатейшей флоры). Не исключалась и другая возможность: в созидании прополисной смеси приняло участие сразу несколько растений, поэтому следовало ловить любой «знак», любое сообщение о присутствии хотя бы одного из веществ в каком-либо виде.

И мы начали с самых простейших соединений. Флавон акацетин (схема 6, соединение 5), судя по его «автобиографии», слишком широко распространен: его находят в северных и южных растениях, лепестках цветов, листьях, древесине, корнях, пыльце и других частях огромного количества видов. Ясно, что акацетин не выведет нас на «правильную дорогу».

Ближайший аналог акацетина флаванон (2) был к тому времени известен лишь как синтетический образец, то есть полученный путем химического синтеза, а в природных источниках не встречался.

Одно из соединений группы кемпферола — флавонол (7), недавно открытое природное вещество, не мог «сообщить» нам какой-либо информации об источнике. Другое соединение этой группы — флавонол (б), у которого метоксильные группы расположены при углеродных атомах 4′ и 7, был практически одновременно с нами найден в одном растении, произрастающем только в Австралии. Естественно, что наши пчелы не могли использовать этот источник для сбора прополиса. Кроме того, он был обнаружен не среди смолистых выделений, а в экстрактах листьев, что также исключало возможность его использования как источника пчелиного клея.

Остальные два представителя соединений этой группы — флавонолы кемпферид (5) и рамноцитрин, выделенный из тамбовского образца, были, как и акацетин, очень широко распространенными веществами, поэтому и не несли нужной нам информационной нагрузки.