Dytiscience.narod.ru

Химическая защита плавунцов



     Одним из защитных приспособлений плавунцов является выделение переднегрудными и пигидиальными железами секретов со специфическими органолептическими свойствами. Для секрета переднегрудных желёз характерна высокая концентрация стероидов (особенно у Dytiscinae), чем объясняется отрицательное воздействие этого секрета на рыб. В эксперименте небольшие рыбки погибали в течение часа после того как в аквариумную воду была добавлена одна капля этой жидкости.
     Учёными Гейдельбергского университета (Германия) обнаружено, что некоторые представители семейства Dytiscidae (Dytiscus marginalis, например) выделяют из двух желёз, расположенных в груди, похожую на молоко ядовитую жидкость.

Cybister lateralimarginalis
Cybister lateralimarginalis
На переднеспинке этой взятой в руки самки скомороха (Cybister lateralimarginalis) видна выделившаяся голубовато-белая жидкость.
Dytiscus dimidiatus
Dytiscus dimidiatus
На переднеспинке этой сфотографированной в 2010 году самки Dytiscus dimidiatus также можно видеть выделившийся секрет перегрудных желёз.

Эта жидкость содержит около 10% кортексона (11-дезоксикортикостерон, ∆4-прегнен-21-ол-3,20-дион) — гормона млекопитающих и других позвоночных. Всего в грудных железах одного жука находится столько этого гормона, сколько его содержится приблизительно в 1300 коровах. В организме позвоночных кортексон регулирует процессы водносолевого обмена и, в частности, регулирует соотношение ионов калия и натрия. У плавунцов он не играет никакой роли в поддержании в организме соотношения ионов и выполняет исключительно роль химической обороны от главных врагов — крупных рыб. У рыбы, схватившей жука, сверхвысокая доза кортексона вызывает немедленный шок, рыба даже может погибнуть. В результате — рыба или сама выплёвывает жука или же жук самостоятельно выбирается из пасти рыбы, пока та находится в состоянии оцепенения. Если же жук всё же погибнет, полученный рыбой урок надолго останется в её памяти, что, в конечном счёте, сохранит жизнь другим особям (это не считая того, что такая ошибка самой рыбе может стоить жизни). В токсичных секретах различных видов плавунцов найдены и другие сходные по строению стероиды (таблица 1, таблица 2).

Таблица 1. Стероидные соединения, обнаруженные в секретах переднегрудных желёз некоторых видов плавунцов (структурные производные ∆4-стеран-3-она)
(по Dieter Schlee 1992).
Вид
R12
R15
R17
Содержание
10-6г*жук-1
Cybister limbatus
–H
   –H   
-CO-CH2-OH
1000
Cybister lateralimarginalis
–H
–H
-CO-CH2-OH
3
Dytiscus marginalis
–H
–H
-CO-CH2-OH
400
Acilius sulcatus
–H
–H
-CO-CH2-OH
19
Agabus bipustulatus
–H
–H
-CO-CH2-OH
----
Acilius sulcatus
–H
–H
-*CH(OH)-CH3alpha
1
Dytiscus marginalis
–H
–H
-*CH(OH)-CH3alpha
----
Ilybius fenestratus
–H
–H
-*CH(OH)-CH3beta
1
Ilybius fenestratus
–H
–H
-*CH(OH)-CH2-OH
4
Platambus maculatus
–H
–OH
-*CH(OH)-CH3
7
Ilybius fenestratus
–H
–OH
-*CH(OH)-CH3
7
Cybister lateralimarginalis
–OH
–H
-CO-CH3
28
Cybister lateralimarginalis
-O-CO-CH2-CH=CH-CH3
–H
-CO-CH3
4
Таблица 2. Стероидные соединения, обнаруженные в секретах переднегрудных желёз некоторых видов плавунцов (структурные производные ∆4,6-стеран-3-она)
(по Dieter Schlee 1992).
Вид
R12
R15
R17
Содержание
10-6г*жук-1
Cybister lateralimarginalis
–H
   –H   
-CO-CH2-OH
90
Cybister tripunctatus
–H
–H
-CO-CH2-OH
1
Acilius sulcatus
–H
–H
-CO-CH2-OH
56
Acilius sulcatus
–H
–H
-*CH(OH)-CH3
7
Cybister lateralimarginalis
–H
–H
-*CH(OH)-CH3
140
Dytiscus marginalis
–H
–H
-*CH(OH)-CH3
----
Acilius sulcatus
–H
–H
-CO-CH3
6
Cybister lateralimarginalis
–H
–OH
-CO-CH3
6
Cybister tripunctatus
–H
–OH
-CO-CH3
1050
Cybister lateralimarginalis
–H
–OH
-*CH(OH)-CH3
36
Agabus sturmii
–OH
–H
-CO-CH3
----
Agabus sturmii
-O-CO-CH(CH3)2
–H
-CO-CH3
----
Agabus sturmii
–OH
–H
-*CH(CH3)-O-CO-CH(CH3)2
----

     Состав защитного секрета жуков подсемейств Colymbetinae, Agabinae, Copelatinae соответствует их земноводному образу жизни. Например, Ilybius fenestratus производит в проторакальных железах жёлтый (одновременно и предупреждающая окраска!) алкалоид метил-8-гидроксихинолинкарбоксилат, токсичный для мелких млекопитающих, в то время как тут же образованные стероиды являются эффективными ядами против рыб. Присутствие алкалоидов в секрете многих Colymbetinae и Agabinae может вызывать спазмы у мелких млекопитающих (например, у землероек), поедающих жуков во время их наземной зимовки.
     Некоторые стероиды плавунцов структурно идентичны половым гормонам млекопитающих (тестостерон — основной мужской гормон (андроген), эстрадиол — известный женский гормон (эстроген)).
     Схожие субстанции находят у гребца пёстрого Platambus maculatus. Помимо прочего эти насекомые синтезируют стероид ∆4-прегнен-15α,20-диол-3-он-17β и сесквитерпеноид платамбин. Позже платамбин был также выявлен в эфирных маслах некоторых растений (например, рододендрона мелколистного Rhododendron parvifolium из Восточной Сибири).

     Перейдя к жизни в воде, плавунцы сохранили связь с воздушной средой обитания. Они сохранили дыхание атмосферным воздухом, что очень эффективно, к примеру, в бедных кислородом водоёмах. Но такой способ дыхания предполагает наличие водоотталкивающих свойств у покровов, соприкасающихся с атмосферой и участвующих в газообмене. Это условие необходимо для разрыва плёнки поверхностного натяжения воды и для того, чтобы вода не проникала в субэлитральную полость, куда открываются отверстия дыхалец. Поселяющиеся на этих покровах микроорганизмы, водоросли и грибы, сделали бы насекомое гидрофильным и неизбежно привели бы к потоплению. Для своей «гигиены» плавунцы производят в специальных железах антисептические секреты, содержащие различные ароматические соединения (бензойная кислота, бензальдегид, гидрохинон и различные их структурные производные).

Эти соединения чётко распределяются по соответствующим местам тела в процессе чистки насекомого и угнетают микроорганизмы. Через какое-то время пропитанная этими выделениями гликопротеиновая сеть (с характерным содержанием сшивающей аминокислоты цистеина (Cys, C) 17%) вместе с влипшими в неё погибшими микроорганизмами спадает с жука, освобождая место для формирования новой.

П р и м е ч а н и е: Согласно распространённой информации, насекомые не способны синтезировать стероидные соединения de novo и для синтеза собственных мембранных, гормональных и всех других стероидов нуждаются в предшественниках с уже́ сформированным углеродным скелетом (холестерин, эргостерин и др.). Это точно установлено для мухи дрозофилы и для некоторых других насекомых. Все ли насекомые являются стерин-зависимыми и являются ли таковыми плавунцы — достоверной информации я пока не нашёл…



В подготовке материалов для этой страницы использованы:

1. Dieter Schlee. Ökologische Biochemie. — Yena, 1992. — 587s. (s. 425–427)
2. Журнал «Химия и жизнь» 1966г., №11, статья «Химическое оружие водяного жука» (автор, на сколько я помню, не был указан) из рубрики «Новости повсюду».
3. И другие.
*Материалы подготовил А. В. Шелег.

Похожий материал:
001 Небольшая моя статейка на таму молекулярной эволюции (molecular_hours.pdf)








Copyright © Алексей Шелег (Alexey Sheleg) Dytiscience.narod.ru 2009 – 2010
Копирование и использование любых своих материалов автор одобряет только при условии указания ссылки на источник.


Сайт создан в системе uCoz