Роль и функции экологических хемомедиаторов в биосфере

РОЛЬ И ФУНКЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХЕМОМЕДИАТОРОВ В БИОСФЕРЕ

студентка 5 курса, кафедра химии, географии и методики их преподавания ПГСГА, г. Самара

Е-mail: *****@***ru

научный руководитель, канд. педагогических наук, доцент, ПГСГА, г. Самара

Актуальность исследования не вызывает сомнения, так как биохимическая экология как наука зародилась еще в прошлом столетии, но до сегодняшнего дня перед ней стоит ряд не решенных проблем, например, привлекают внимание биохимические аспекты взаимодействия между организмами в биосфере, между человеком и биосферой.

Хемомедиаторы изучаются на протяжении 60 лет, но до сегодняшнего времени не выявлены все структурные элементы и формулы веществ, относящихся к этому классу соединений, нет четкой классификации данной группы веществ, до конца не выяснены механизмы их действия на живые объекты, и т. д.

Вопрос возникновения сложных систем хемокоммуникаций в живой природе сопряжен с вопросами эволюции органического мира и возникновением приспособлений. Многие симбиотические отношения имеют в своей основе ярко выраженные химические связи. Например, симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых обеспечивается наличием в первых нитрогеназной ферментативной системы, катализирующей восстановление азота в аммиак.

В природе химические соединения осуществляют функции связи между организмами и средой в экосистемах. Такие вещества называют посредниками, химическими экорегуляторами или хемомедиаторами.

Ферромоны - хемомедиаторы, участвующие в отношениях между особями одного вида.

Алломоны - вещества, способствующие межвидовым взаимодействиям.

На действие абиотических факторов организмы могут отвечать продуцированием специфических веществ:

эндометаболиты - оставаясь в организме, смягчают воздействие фактора. Например, вещества криопротекторы и антифризы у зимующих животных. экзометаболиты - выделяются во внешнюю среду и формируют ее свойства (например, перекись водорода, которая продуцируется некоторыми гидробионтами и определяет в некоторой степени окислительно-восстановительные свойства природной воды).

Все многообразие взаимодействий, осуществляемое в экосистемах хемомедиаторами, можно свести к следующим функциям, которые отражены таблице 1.

Таблица 1.

Функции хемомедиаторов в экосистемах

№	Функция	Описание
Защитная	Ее осуществляют многие ядовитые и репеллентные вещества растений - например: алкалоиды покрытосеменных - кодеин, хинин, кофеин, стрихнин и др.
Наступательная	Паразитические грибы и некоторые бактерии используют химические средства нападения на жертву (ферменты - хитиназы, лигниназы, пектаназы, разрушающие клеточные стенки подвергающихся нападению растений).
Сдерживание конкурентов	Некоторые высшие растения с помощью выделяемых ими хемомедиаторов подавляют рост или вызывают гибель растений-конкурентов. Это могут быть органические кислоты, хиноны, фенолы и др.
Аттрактивная	Хемосигналы подобных соединений возбуждают пищевую, двигательную и (или) репродуктивную активность. К таким соединениям относятся половые ферромоны, например бомбикол (гексадекадиенол), выделяемый самкой бабочки тутового шелкопряда и привлекающий самцов.
Регуляция взаимоотношений внутри какой-либо социальной группы	Соединения с такой функцией наиболее распространены у общественных насекомых. Так, пчелиной маткой вырабатывается 9-окси-2-транс-деценовая кислота - так называемое «царское вещество» - которое способствует выполнению следующих функций: привлекать рабочих пчел к матке; подавлять развитие яичников у рабочих пчел; привлекать самцов к матке в брачный период
Формирование среды обитания	Гидробионтами выделяется в среду обитания множество экзометаболитов. Так, выделяемые сине-зелеными водорослями токсины (например, анатоксин А) делают непригодной среду обитания для большинства рыб, моллюсков и членистоногих. Некоторые гидробионты выделяют антиоксиданты, Н2О2, что влияет на окислительно-восстановительные свойства природной воды.
Индикационная	Выполняют роль сдерживания конкурентов, а также помогают ориентироваться в пространстве. Капроновой кислотой некоторые муравьи и термиты метят свой корм и дорожки, ведущие к нему.
Предупреждающая	У общественных насекомых обнаружены многочисленные «феромоны тревоги». Муравьиная кислота у муравьев является сигналом тревоги и одновременно средством защиты.
Адаптационная к воздействию абиотических факторов	К ним относятся вещества, позволяющие существовать обитателям горячих источников, засоленных водоемов.

Многие хемомедиаторы полифункциональны и отнести их к конкретной группе затруднительно. Роль эколого-биохимических взаимодействий между организмами для формирования межорганизменных связей и устойчивости экологических систем весьма значительна. Учитывая эти взаимодействия, среди всего многообразия потенциально возможных трофических и иных связей между организмами можно выделить три экологически важных типа:

1) невозможные в природных условиях, «запрещенные» трофические связи, т. е. связи, которые не реализуются в потоках энергии в природных экосистемах в силу наличия токсинов, фагодетеррентов или антиовипозитантов;

2) возможные, но не облигатные трофические связи: это очень широкий класс достаточно обычных трофических взаимодействий;

3) возможные и облигатные трофические связи, т. е. такие связи, при которых вид-консумент получает не только пищевые субстраты, но и жизненно необходимые соединения – предшественники феромонов или сами феромоны, стероидные молекулы, средства защиты от своих хищников и т. д.

Примеры связей последнего класса, которые опосредованы химическими веществами и могут быть названы хемомедиаторными.

Задачей нашей научно-исследовательской работы являлась разработка различных ловушек для насекомых – вредителей сельскохозяйственных полей, с помощью которых мы планировали уменьшить число вредителей на полях.

Нами было разработано три варианта приготовления ловушек различного состава. В весенне-летний период 2013 года мы установили данные ловушки на трех разных участках Сергиевского района Самарской области на расстоянии 1 метра друг от друга. При первоначальном установлении ловушек нами было проведено описание и сбор насекомых вредителей на экспериментальных площадках и проведен их подсчет. Ловушки менялись после трех дней «работы». При снятии ловушки мы подсчитывали количество насекомых – вредителей пойманных в них и проводили повторный подсчет на экспериментальных площадках. Полученные данные мы математически обрабатывали и получили следующие значения:

При первоначальном обследовании экспериментальных площадок мы собрали в среднем по 120 особей насекомых – вредителей относящихся к разным классам. При повторном и последующем обследовании экспериментальных площадок в среднем количество особей сокращалось примерно на 5,5%, т. е. при повторном подсчете составило 113, затем – 107 и т. д. однако мы пока не можем с точностью утверждать, что полностью данный процесс снижения числа вредителей был обусловлен нашим экспериментом. Очень интересен, тот факт, что в наши ловушки попадали разные виды насекомых, при условии, что мы разрабатывали ловушки направленные на привлечение только конкретного вида насекомых, по этому, этот аспект так же изучается и анализируется нами в ходе нашего дальнейшего исследования.

На наш взгляд одним из стержневых вопросов является проблема экологического равновесия в биогеоценозах и биосфере: так, различные природные вещества – экологические хеморегуляторы – тем или иным образом, как правило, участвуют в механизмах поддержания экологического равновесия и коэволюционно сложившихся экологических систем. Вместе с тем различные антропогенные вещества, загрязняющие биосферу, могут различным образом нарушать экологические процессы и взаимодействия организмов и тем самым участвовать в дестабилизации экологического равновесия. Поэтому биохимические процессы протекающие в окружающей среде необходимо учитывать при решении глобальных вопросов экологии, а биохимическую экологию можно охарактеризовать как науку (или область науки) о биохимической (или, с определенными оговорками, химической) стабилизации и дестабилизации экологического равновесия.