НЕМНОГО ОБ ИСТОРИИ И НЕКОТОРЫХ ВОПРОСАХ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО УЧЕНИЯ О ФИТОНЦИДАХ ¹

Б. П. ТОКИН. Ленинградский университет

Биологическому учению о фитонцидах — сорок лет. Исследователи фитонцидов могут гордиться тем, что проблема, приоритет в которой, бесспорно, принадлежит ученым нашей Родины, сохранила значимость в течение столь длительного времени.

Какова подлинная причина жизненности проблемы, для разработки которой в нашей стране не существует ни специального института, ни большой лаборатории?

1. Без какой-либо предвзятой идеи в 1928—1930 гг. зоологом Б. П. Токиным открыто явление фитонцидов в растительном мире. Когда обнаруживается новое для науки явление в природе, на него, как правило, обращается внимание. А это открытие касалось растений, мира микроорганизмов, медицины, пищевой промышленности, растениеводства — того, с чем многообразно связана наука и жизнь людей.

2. Сначала автора и других исследователей волновали возникшие в связи с открытием биологические проблемы, а не только вопросы утилитарного характера. Проблема фитонцидов стала разрабатываться в нашей стране как эколого-эволюционная проблема взаимоотношений организмов в природе. Создание биологической теории о роли фитонцидов в жизни растений и в биоценозах — целиком заслуга советской науки. Конечно, многие ученые и других стран под влиянием открытия фитонцидов провели выдающиеся исследования. Наиболее интересны в биологическом отношении и наиболее созвучны проблеме фитонцидов работы Молиша в Германии (по так называемой аллелопатии). Однако даже такой выдающийся деятель медицинской микробиологии, как автор стрептомицина Ваксман, рассматривает фитонциды низших растений как случайные эпизоды в жизни низших грибов и бактерий, не имеющие отношения ни к иммунитету, ни к жизни биоценозов. Эта не биологическая точка зрения обусловливает чисто эмпирические поиски новых антибиотиков.

3. Напомним имена ученых, без содействия которых проблема не находилась бы в ее современном состоянии. Биологический подход в разработке учения о фитонцидах был положительно оценен ботаником Б. М. Козо-Полянским, гистологами А. А. Заварзиным и Б. И. Лаврентьевым, физиологами Л. А. Орбели и П. С. Купаловым, микробиологом Б. Л. Исаченко, хирургами Н. Н. Бурденко и А. Г. Савиных и многими другими выдающимися учеными.

В течение последних почти двух десятилетий огромную, если не решающую, роль в развитии проблемы фитонцидов сыграл академик В. Г. Дроботько и находившийся под его научным влиянием коллектив ученых: Б. Е. Айзенман, С. И. Зелепуха, К. И. Бельтюкова и др. Институт микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного при жизни В. Г. Дроботько и впоследствии под руководством С. Н. Московца стал фактически центром исследований фитонцидов в нашей стране. Среди известных имен украинских ученых, исследования которых осуществлялись в унисон развитию проблемы фитонцидов, следует назвать также имя Н. Г. Холодного.

4. В 40-х годах началась «пенициллиновая эпоха» в медицине. Биологам, однако, было ясно, что фитонциды низших растений являются частным случаем обнаруженного советской наукой явления фитонцидов, но изумительное действие антибиотиков, полученных из грибов и бактерий, отодвинуло на задний план возможности использования в медицине фитонцидов высших растений. Это могло отрицательно сказаться на проблеме фитонцидов в целом.

В настоящее время отмечается возрастание интереса медицины к фитонцидам высших растений.

Нелишне напомнить, что еще в самом начале «пенициллиновой эпохи», исходя из биологической теории фитонцидов, мы приглашали медиков к тому, чтобы вместе с биологами предвидеть биологические процессы, которые могут наступить в результате самого большого эксперимента, который медицина провела над людьми и бактериями за всю историю человечества: в организм миллионов, если не миллиарда, людей ввели новые антисептики. Произошел и происходит стихийный отбор наиболее резистентных форм микроорганизмов, тем самым создается и база для эволюции инфекционных заболеваний. Биологи давно предвидели, что природа может по-разному «мстить». Было предусмотрено не только появление резистентных форм микроорганизмов, но доказывалось, что введение в кишечный тракт мощных, избирательно действующих антибиотиков будет нарушать эволюционно сложившиеся биоценозы кишечного тракта, «равновесие» в антагонизме микробов, на почве чего могут возникнуть новые болезни. И это предположение, к сожалению, оправдалось: микозы все более беспокоят медицину.

Известно, что проблемой фитонцидов увлеклись многие исследователи. Некоторым посчастливилось, других постигла неудача. Иногда раздаются голоса медиков, занятых исследованиями фитонцидов: «Нас не признают, стоит ли работать?». Эти жалобы не аргументированы. Деловой скептицизм медиков и фармакологов законен. Они требуют препаратов, которые можно было бы дозировать и которые апробировали бы токсикологи, физиологи, химики. Можно ли возражать против этого? Однако один тот факт, что наука и жизнь обусловили необходимость проведения, начиная с 1954 г., шести всесоюзных конференций, должен вселять оптимизм. Сколько превосходных направлений создалось в науке, непосредственно соприкасающихся с проблемой фитонцидов! О замечательной киевской школе акад. В. Г. Дроботько уже говорилось. Блестящая школа фитопатологов и иммунологов, использующих открытие фитонцидов, сформировалась во главе с Д. Д. Вердеревским в Кишиневе. А. А. Часовенная в Ленинграде, А. М. Гродзинский в Киеве, Г. В. Крылов и А. Н. Пряжников в Сибири, С. И. Чернобривенко, М. В. Колесниченко в Воронеже и другие провели превосходные исследования роли фитонцидов в биоценозах. В. П. Тульчинская и другие в Одессе с фитонцидных позиций исследуют растения — обитателей моря. М. М. Телитченко и А. X. Тамбиев в Москве, используя современные физико-химические методы, заняты фитонцидами водных растений, изучением состава и механизма их действия на организм.

Многие деятели науки нашли место фитонцидам в системе своих взглядов и учений: Н. В. Сукачев, А. П. Шенников, Б. М. Козо- Полянский, Б. А. Рубин, В. А. Арциховская и др.

Большой стимул новым исследованиям дал Всесоюзный симпозиум по проблеме «Физиолого-биохимические основы взаимного влияния растений в фитоценозе», созванный в 1965 г. в Москве по инициативе акад. А. А. Курсанова и руководимого им коллектива ученых.

Так есть ли повод для пессимизма?

Нельзя, однако, не видеть, что некоторые исследования по фитонцидам примитивны, проводятся без учета современных технических возможностей. В интересах теории фитонцидов, медицины, фитопатологии и других отраслей науки требуется — в зависимости от задачи — использование цитохимических, электронномикроскопических, физических и иных методик.

Напомним важнейшие положения учения о фитонцидах.

1. Явление фитонцидов — универсальное в растительном мире. Любое растение — от бактерий до цветковых — продуцирует бактерицидные, фунгицидные и протистоцидные вещества, являющиеся одним из факторов их естественного иммунитета и играющие роль во взаимоотношениях организмов. Медицинские антибиотики — это препараты, получаемые из фитонцидов; по своей химической природе они могут совпадать с нативными фитонцидами или являться какими-либо их компонентами. Различают летучие фракции, выделяемые надземными частями растений в атмосферу, подземными — в почву, а водными растениями — в воду. В протоплазме клеток имеются также неэкскреторные фитонциды (практически нелетучие при комнатной температуре и обычной природной обстановке).

2. В ходе сопряженной эволюции к каждому виду растении адаптировались определенные микроорганизмы, а также установились на основе выделения фитонцидов определенные взаимные влияния между растениями в сообществах.

3. Фитонцидная активность особенно проявляется при «ранении» растений (механических травмах, «ранениях», вызываемых внедрением микро- и макропаразитов, и т. д.). Но и «нераненые» растения в обычных природных условиях выделяют во внешнюю среду фитонциды.

4. Фитонциды — один из очень важных факторов естественного иммунитета растений. Именно это обстоятельство обусловливает и важную роль фитонцидов в жизни биоценозов. Если рассматривать «выделения» фитонцидов как случайное явление природы, то не представляется возможным объяснить, почему в биоценозах растения или нейтральны, или весьма активны в отношении друг к другу. Антагонизм в мире микроорганизмов также не поддавался бы объяснению. Биолог обязан говорить не только об иммунитете микроорганизмов, но и об иммунитете бактериальной и грибковой клеток. Изучение иммунитета низших растений, и прежде всего их фитонцидной активности, имеет большое значение и для биологии и для медицины.

5. В организмах нет ни одной структуры и функции, которая имела бы одно значение. Фитонциды, помимо иммунологического значения, вероятно, играют и иную физиологическую роль (в теплорегуляции и др.).

6. Фитонциды играют важную роль в жизни биоценозов. Таким образом, термин «фитонциды» — не конкретно химический, а биологическое понятие, говорящее о той роли, которую фитонциды играют в жизни растений и сообществ.

О классификации фитонцидов

Классификация фитонцидов должна быть естественной, то есть отражать биологическую суть явления, роль фитонцидов в жизни растений. Желание некоторых исследователей эмансипироваться от теории фитонцидов, невнимательность к биологической стороне проблемы, рассматривание «выделений» растений как чего-то случайного в природе приводят к хаотическому нагромождению терминов и не способствуют прогрессу знаний в этой важной для многих наук области. Да и мы — исследователи фитонцидов — создаем, мне думается, излишнее количество терминов: колины (Грюммер, А. М. Гродзинский), «растительные выделения» (С. И. Чернобривенко), биолины (Чайлахьян), фитолины (М. В. Колесниченко), аллелопатики (Винтер), антибиотики, ингибиторы и т. д. Сравнительно недавно иностранные ученые, не зная учения о фитонцидах или игнорируя его, создали термин фитоалексины.

Много лет назад я предложил следующую классификацию фитонцидов (Токин, 1957, стр. 19).

Эта классификация достаточно удовлетворительна, однако в настоящее время возможно улучшить ее в свете новых фактов.

В исследованиях А. М. Гродзинского, стремящегося также дать естественную классификацию фитонцидов, мне думается, не аргументировано использование термина «колины» для обозначения веществ, образующихся в высших растениях и действующих на них. Термин «колины» противопоставляется термину «фитонциды»; это приводит к суждению о том, что фитонциды действуют исключительно на микроорганизмы, а колины — исключительно на высшие растения. Но ведь нет доказательств тому, что это разные химические вещества.

Я вполне солидаризируюсь со взглядами Д. Д. Вердеревского о полной неаргументированности использования термина «фитоалексины» для обозначения якобы каких-то иных веществ, которые не предусматривались теорией фитонцидов. Возможно, что иностранные авторы, предложившие новый термин, не знали о созданной в СССР проблеме фитонцидов, но наши исследователи должны отдавать должное открытиям отечественных ученых. Однако некоторые исследователи используют термин «фитоалексины», будучи убежденными в их отличии от фитонцидов. Я не могу согласиться с Ю. Т. Дьяковым², который в своих очень интересных работах по иммунитету противопоставляет фитонциды фитоалексинам; он утверждает, что «фитоалексины отличаются от фитонцидов тем, что отсутствуют в незараженных тканях и появляются в процессе ответной реакции на внедрение тех микроорганизмов, которые преодолели «первую линию обороны» (фитонциды)». Однако хорошо известно, что с самого начала создания теории фитонцидов она опиралась как раз на факты образования фитонцидов в ответ на повреждение тканей, вызванное ранением, инфекцией и т. д. То, что теперь называют фитоалексинами, десятилетия назад считалось фракциями фитонцидов.

Не касаясь многочисленных новых вопросов, появившихся в результате исследований, я остановлюсь лишь на некоторых, преимущественно медико-биологических, проблемах.

Как уже говорилось, медицина вступила в полосу кризиса в отношении использования антибиотиков низших растений. Все чаще раздаются голоса о формировании устойчивых к антибиотикам рас патогенных микроорганизмов.

Однако, несомненно, «пенициллиновая эпоха» отнюдь не кончается и в настоящее время медицина еще не располагает более действенными препаратами, чем антибиотики низших растений.

Имеются объективные причины того, что медицина предпочитает именно антибиотики низших растений, а не фитонциды высших растений.

Пока оказались более эффективными попытки использования иммунологических (фитонцидных) свойств микроорганизмов в качестве надбавки к целебным силам человека, чем иммунологических свойств высших растений. Фитонциды низших растений выработались в сопряженной эволюции микроорганизмов, в их конкурентной борьбе, в антагонизме, в том числе с патогенными для животных, человека и растений формами. Поэтому при введении в организм антибиотиков типа пенициллина они более непосредственно действуют на патогенную микрофлору. Что же касается фитонцидов высших растений, то их действие в организме, по-видимому, нередко обусловливается непосредственным влиянием не только на микроорганизмы, но и на иммунологические аппараты человеческого организма (фагоцитоз, воспаление, антигенная реактивность и др.).

Такими дарами природы нельзя пренебрегать. Я писал в 1946 г.: «Почему, собственно, тысячи видов растений оказываются не нейтральными для человека и животных, а затрагивают те или иные существенные функции?.. Нельзя считать случайным, что огромное количество растений оказываются лекарственными или ядовитыми для человека, а не нейтральными. Мы забываем, что наши биологические предки ... еще очень недавно (с биологической точки зрения) жили в лесах, имели непосредственное общение с растительным и животным миром. Много ли поколений прошло после ледниковой эпохи? Едва 500 поколений. За это время произошла изумительная эволюция мозга человека и «эмансипация» человека от природы благодаря развитию науки, техники и культуры. Произошло это в такой короткий исторический срок, что общественно-историческая среда не могла настолько изменить биологическую природу человека, чтобы нацело исчезли те экологические взаимоотношения, какие сложились за долгий период эволюции между нашими предками и окружающими их растениями и животными. Современная медицина, используя лекарственные средства растительного происхождения, отчасти имитирует экологические отношения наших предков с растениями»³.

Среди важных теоретических вопросов, интересующих биологов и медиков, отмечу следующие:

1. Для медицины и фитопатологии важно разрабатывать вопросы иммунитета самых патогенных бактерий и грибов, чтобы находить более эффективные способы борьбы с инфекциями. Важно знать, при каких условиях и на каких этапах своей онтогении бактериальная или грибковая клетка способна продуцировать фитонциды, мешающие тканям нашего организма.

2. По вопросам биохимического механизма умирания микроорганизмов под влиянием антибиотических препаратов из низших растений существует обширная литература, однако совершенно не исследованы химические процессы, сопровождающие смерть микроорганизмов, наступающую под влиянием фитонцидов высших растений.

Вероятно, заслуживают внимания наши давние предположения, касающиеся механизма действия фитонцидов на микроорганизмы. Бактерия, гриб или простейшие не могут, конечно, реагировать на альтерирующие воздействия какими-либо явлениями, не имеющими основу в их структурах и функциях. Очевидно, во многих случаях умирание (в чрезвычайно короткие сроки) микроорганизмов под влиянием фитонцидов свидетельствует об их полной дезинтеграции, вызванной односторонним гигантским ускорением или усилением каких-либо сторон метаболизма. В этих случаях приобретает значение и изучение влияния фитонцидов на ферментные системы микробной клетки, например ответственные за дыхание или брожение. Возможно, имеет место катастрофическое влияние фитонцидов на тех этапах клеточного цикла, предшествующих делению, когда происходит энергичный синтез белков и редубликация нуклеиновых кислот. Естественная смерть бактериальной клетки или простейшего совпадает с их размножением. Деление одноклеточного организма есть итоговый этап его онтогенеза. Представим себе, что под влиянием фитонцидов происходит ускорение каких-либо сторон метаболизма в 10 000—20 000 раз, что, конечно, не удивительно (например, гигантское ускорение процессов ферментации). Если биохимические процессы не будут сопровождаться нормальными структурными, формообразовательными процессами, завершающимися делением клетки, то уже в первые секунды должна прекратиться жизнь микроорганизма как интегрированного целого, хотя некоторое время и будут существовать составные части протоплазмы.

Эти рассуждения применимы к любому виду простейших с их жизненным циклом, растягивающимся, например, на сутки. Было бы опрометчиво отказываться от этой гипотезы без специальных биохимических и морфологических исследований. Учитывая исключительную быстроту реагирования микроорганизмов на действие фитонцидов, может быть, следовало бы учесть и давние предположения В. И. Вернадского о значительной роли радиоактивных элементов в жизнедеятельности растений.

3. Не являются ли фитонциды серьезным мутагенным фактором? Этот вопрос только поставлен, и пока имеется единственное исследование Б. С. Драбкина и Л. М. Думовой на Escherichia coli, давшее отрицательный ответ на вопрос. Есть, однако, основание думать, что в природе, например в лесах с обильным выделением в атмосферу разнообразных летучих фитонцидов, последние играют роль одного из природных мутагенных факторов в отношении беспозвоночных и позвоночных животных.

Среди очередных задач, выдвинутых потребностями медицины, отметим следующие.

1. Использование летучих фракций фитонцидов. За последнее десятилетие, к большому сожалению, практически почти нет попыток использования летучих фракций фитонцидов в медицине, между тем и для профилактической, и для лечебной медицины такие исследования могли бы дать многое.

Основанием для оптимизма в деле использования летучих фракций служит огромное число фактов, обнаруженных многими исследователями.

2. Поиски антивирусных препаратов. На VI совещании по проблеме фитонцидов доложены результаты проводимых в Институте микробиологии и вирусологии АН УССР исследований антивирусного действия фитонцидов. Превосходно исследование Е. Л. Мишенковой в отношении вируса гриппа и вируса табачной мозаики. Из растений выделено 33 препарата, в той или иной степени угнетающих репродукцию вируса табачной мозаики.

H. Н. Чиркина и А. П. Дегтярева также представили на VI совещании доказательства антивирусного действия фитонцидов. С. А. Вичканова и Л. В. Горюнова изучили в опытах in vitro влияние госсипола (выделенного из хлопчатника) на вирус гриппа, причем обнаружили очень интересный факт: антибактериальная активность препарата очень слаба, фунгнстатической активностью он не обладает, а антивирусный эффект совершенно очевиден.

Исследования антивирусных свойств фитонцидов представляют огромный интерес для биологии и медицины.

Д. Д. Вердеревский убежден, что иммунитет растений к вирусам подчиняется тем же закономерностям, что и к бактериям. Главным вопросом в лечении и профилактике вирусных инфекций с биологической точки зрения является недопущение патологии поражаемых клеток и тканей и нормализация тканей с уже внедрившимся вирусом. Вот почему совершенно необходимы электронномикроскопические, молекулярно-биологические, цитохимические и гистологические исследования влияния фитонцидов на клетки табака (опыты с вирусом табачной мозаики), на клетки слизистого эпителия дыхательных путей (опыты с вирусом гриппа), как и выяснение того, не происходит ли под влиянием фитонцидов изменение в структуре белков и нуклеиновых кислот вирусных частиц, и т. д. Задача эта нелегкая, но вирусологу без биохимика, цитолога и патологоанатома не удастся эффективно использовать фитонциды в борьбе с вирусными инфекциями. В лаборатории Д. Д. Вердеревского М. Я. Молдаваном положено серьезное начало таким исследованиям.

3. Поиски противоопухолевых фитонцидов. На VI совещании доложены результаты поисков противоопухолевых свойств фитонцидов некоторых растений. Эти поиски осуществлены в Институте микробиологии АН УССР. Исследования Д. Г. Затулы и С. Р. Резника, а также М. О. Швайгер, Т. П. Мандрик и А. С. Бондаренко сотен растений проведены на таком высоком техническом уровне, что нельзя сомневаться в их результатах.

Я, однако, обязан повторить свое неоднократно высказанное мнение, которое, мне кажется, важно при оценке антиопухолевых препаратов и заставляет изучать их влияние на процессы физиологической и репаративной регенерации.

При той далеко не блестящей ситуации, какая существует в онкологии, конечно, оправданы даже чисто эмпирические поиски химиотерапевтических средств против злокачественных опухолей, в частности и поиски «противоопухолевых антибиотиков», избирательно действующих на «опухолевые клетки». Однако бластоматозный рост ничего общего с инфекционными заболеваниями не имеет; бактерицидные и фунгицидные свойства антибиотических препаратов вряд ли могут представлять ценность для онкологии.

В монографии «Регенерация и соматический эмбриогенез» (1959) я сообщил итоги многолетних экспериментов о соотношении бластоматозного роста и нормальных формообразовательных процессов.

Выяснено, что все факторы, способствующие регенерации и другим нормальным процессам формообразования, тормозят развитие опухолей и, наоборот, все, что тормозит регенерацию (или полностью подавляет ее), благоприятствует бластоматозному росту, мо­жет создать «предраковый фон». При перевивных и спонтанных опухолях у грызунов, как это доказано экспериментально в нашей лаборатории⁴, резко тормозятся или даже полностью подавляются процессы репаративной регенерации, которые имеют основу в явлениях физиологической регенерации. Эти факты и мысли подсказывают некоторые пути сознательных, а не только чисто эмпирических поисков веществ растительного происхождения, представляющих интерес для онкологии. Любой препарат, претендующий на противоопухолевые свойства, не должен тормозить нормальные процессы формообразования, наоборот, он должен стимулировать их, особенно процессы нормальной регенерации. Таким образом, следует воспользоваться указанной рабочей гипотезой и провести планомерное изучение способности фитонцидов стимулировать формообразовательные процессы, особенно процессы физиологической регенерации.

Ученые не могут заглядывать вполне конкретно в будущее науки, и сейчас невозможно решить, какова судьба того или иного наблюдения и эксперимента. Ожидал ли Б. П. Токин, обнаружив в 1928—1930 гг. антимикробное действие растений на расстоянии, что его наблюдения дадут начало биологическому учению, которым интересуются многие ученые? Нельзя предусмотреть и судьбу каждой нынешней работы энтузиастов фитонцидов.

Проблема фитонцидов давно уже не принадлежит мне. Гораздо более важные исследования фитонцидов проведены многими учеными. Я — лишь один из многих «солдат» в развитии этого учения, но «солдат» верный, влюбленный в проблему и убежденный в том, что ее развитие принесет еще много полезного науке и жизни. Как и все в науке, если правильно отображается действительная природа явлений, любое открытие в области фитонцидов бессмертно не потому, что ученые в этой области талантливы (а талантливых исследователей фитонцидов много), но потому, что проблема фитонцидов касается тех сторон существования биосферы, без которых невозможна жизнь. Эта проблема органически связана со всем растительным миром нашей планеты, с жизнью сложившихся на земле биоценозов, с жизнью человеческого организма, его питанием и дыханием, его болезнями и его здоровьем.

Ссылки в тексте:

¹ Авторизованный реферат выступления Б. П. Токина.

²Ю. Т. Дьяков. Болезни растений и селекция. Природа, 8, 1989, стр. 51—57.

³Б. П. Токин,1946, стр. 48.

⁴Кафедра эмбриологии Ленинградского университета.

(Фитонциды. Результаты, перспективы и задачи исследований)

На страницу Токин Б. П.

На главную 

Перейти к продукции  

К общему алфавитному указателю статей