Таллинские феромоны

Одна из важнейших задач, поставленных перед химиками Продовольственной программой, — разработка и освоение промышленного производства новых эффективных средств защиты растений. В этом направлении работают исследователи всей нашей страны. В синтезе и производстве инсектицидов нового поколения — феромонов — ведущую роль играют химики Эстонской ССР. Ниже публикуются беседы специального корреспондента «Химии и жизни» В. Полищука с теми, кто создает и испытывает эти и другие новые препараты.

И не только феромоны: ювеноиды, простагландины — вот названия сложных биоорганических соединений, которые в Институте химии АН Эстонской ССР научились делать сначала в колбе, а потом — впервые в стране — в заводском масштабе. Невелик этот масштаб, но вещества-то дороже золота: считанные граммы некоторых феромонов могут дать сельскому хозяйству больше, чем центнеры ядохимикатов.

ПРОТИВНИК, ДОСТОЙНЫЙ УВАЖЕНИЯ

Среди прочих деяний, приведших к нарушению экологического баланса на нашей планете, за человеком числится и такое: выращивание в громадных масштабах зерновых, бахчевых, технических и всех прочих сельскохозяйственных культур. Дело это необходимое и благородное, но среди прочих последствий крестьянского трудолюбия значится и невиданное размножение некоторых насекомых, которым то, что растет на полях и в садах, приходится по вкусу не меньше, чем нам.

Применяя для борьбы с вредителями ядохимикаты, люди как бы палят по площадям, почти не приноравливаясь к индивидуальности врага, и потому заодно истребляют немало нейтральных и даже дружественных существ. Но в последнее время стратегия меняется. Стрельба делается прицельной, и инсектициды нового поколения уже можно считать средством направленной регулировки нарушенного нами же экологического баланса, а не орудиями тотального истребления.

Каковы же эти препараты?

Доктор химических наук К. В. Лээтс, заведующий сектором органического синтеза. Насекомые чрезвычайно плодовиты. И лучше всего, если средство борьбы с ними направлено именно на стадию размножения.

Известно, что комых вдля привлечения самцов самки насеыделяют особые летучие вещества — феромоны. Значит, если эту химическую сигнализацию взять под контроль — разладить или, наоборот, наладить, но в нужном нам направлении, то потомства у вредителей не будет.

Способность воспринимать запах феромонов у насекомых поразительна. Читателям «Химии и жизни», вероятно, слышать об этом приходилось — приведу лишь один впечатляющий пример. Детекторы самых чувствительных аналитических приборов — хроматографов обнаруживают вещество даже тогда, когда на одну его молекулу приходится несколько миллиардов молекул газа-носителя. Так вот, жуки-щелкуны чуют феромон в концентрациях еще меньших, чуть ли не отдельные молекулы, и их можно применять в качестве «сверхдетекторов». Следя за поведенческими реакциями самца, помещенного у выхода хроматографической колонки, легко обнаружить феромон даже тогда, когда самый лучший детектор не подал бы даже крошечного сигнала.

Такой способ детектирования иногда применяется, и с немалым успехом. Правда, жук откликается на очень ограниченный круг веществ. Феромоны чрезвычайно специфичны — у каждого вида, а порой и подвида насекомых свои. А видовое разнообразие бесконечно. Одних только щелкунов в СССР насчитывается около 500 видов, и десяток из них — опаснейшие вредители.

На них мы свои усилия и направили. Полагаю, что трем видам скоро придется туго.

Другая разновидность вредителей, наносящих особенно крупный ущерб, — вредители оранжерейные. Поскольку выход продукции с единицы площади в теплицах чрезвычайно высок, то и вредители, если они там заводятся, съедают особенно много. Самые опасные — это оранжерейная белокрылка и паутинный клещ. К ним подход другой. В небольшом, замкнутом объеме теплицы лучше пускать а ход не феромоны, а ювеноиды — аналоги ювенильного гормона, регулирующего постадийное развитие насекомого.

Если такой гормон поступит в организм вредителя не тогда, когда это требуется согласно биологическим «часам», жизненный цикл разладится, и потомства особь не даст — останется стерильной.

Ювенильный гормон, как и феромоны щелкунов и других жесткокрылых, принадлежит к классу изопреноидов — принципиальную схему синтеза для этих веществ удалось сделать общей. Мы освоили синтез одного эффективного ювеноида.

Щелкуны... Темно-красные, черные или полосатые жучки, владеющие редким среди насекомых умением вставать на ноги, если судьба опрокинет их навзничь. Срабатывает тогда особый отросток — щелк! — и жук, подпрыгнув, переворачивается в нормальное положение. По звуку, издаваемому этим самым устройством, их прозвали щелкунами. Они и в переносном смысле умеют крепко стоять на ногах.

Жуков обычно на поле негусто, и живут они недолго. А вот их личинки — проволочники (название-то какое жесткое!) могут держаться в почве и три года, и пять лет, даже если жуков наверху истребляют. Некоторые виды проволочников — хищники, поедающие личинки других насекомых. Эти людям не враждебны. Но вот проволочники-вегетарианцы — злодеи исключительно опасные. Повреждают прорастающие семена; вгрызаясь в узлы кущения, ослабляют растения, и урожай порой падает драматически. Немалый вред наносят проволочники и лесам.

Цикл размножения у щелкунов организован на удивление тонко. Самка выделяет не один феромон, а целых четыре. Первый — он распространяется дальше других — лишь сигналит о ее наличии. Самец, попавший в поле его действия, начинает делать над местностью круги, пока не попадает в зону действия другого, более близко действующего феромона — «вещества остановки». Круги прекращаются. Жук начинает шарить на меньшем участке, находит душок «феромона поиска», а ориентируясь по нему, попадает, наконец, на то самое место, где находится партнерша. Это место пахнет феромоном номер четыре — фиксатором. Приворотным зельем невероятной силы. С места, пахнущего фиксатором, самец не сойдет до тех пор, пока не свершится акт оплодотворения.

Белокрылки, они же алейродиды, берут другим — быстротой размножения. Существа не из крупных, не более 2 миллиметров, они тоже опасны на стадии личинок, поколения которых сменяются в среднем раз в месяц. Личинки высасывают соки из листьев настолько энергично, что те буреют и засыхают. Плоды же — томаты или огурцы — опадают, не достигнув зрелости.

Паутинные клещи еще меньше — до полумиллиметра. А истребляют не только листья, но и стебли. Размножаются еще быстрее — до 32 поколений в год.

Противники, как видите, серьезные — голыми руками их не возьмешь.

БУДЕТ МНОГО БУКЕТОВ

К. В. Лээтс. Противника, прежде всего, надо хорошо знать. Первый этап изучения феромонов — установление их строения — начат давно. Однако, ввиду чрезвычайного разнообразия этих соединений, продолжается по сей день. В частности, и в наших лабораториях. Естественно, в ход пускается весь набор химических и физико-химических методов.

Следующий этап — синтез. Мы с самого начала нацеливались на то, чтобы он не был многостадийным и не требовал экзотического сырья. За основу взяли реакцию теломеризации изопрена его же хлоргидридом. Когда в связь углерод — хлор внедряется одна молекула изопрена, получается геранилхлорид, а когда две — фарнезилхлорид. Потом, замещая атом хлора на остаток карбоновой кислоты, получаем сложные эфиры соответствующих спиртов — гераниола и фарнезола. Многие феромоны — эфиры гераниола, а ювеноиды — производные фарнезола.

Схема синтеза, как видите, несложная. Состоит, считая и присоединение хлористого водорода к изопрену, всего из трех стадий. Но эта простота кажущаяся. Ведь гераниол может существовать в виде 32, а фарнезол — 128 изомеров, различающихся по пространственному строению. Природные же соединения отличаются строго определенной геометрией, а эффективны, как правило, только в чистом виде. Поэтому суть задачи — не просто получить вещество, а выделить только нужный изомер. Конечно, если бы мы использовали реакции, после которых образуется всех изомеров поровну, то едва ли получилось бы что-нибудь путное. Но катионная теломеризация изопрена — наш основной процесс — происходит стереоспецифично: получаются продукты, сразу содержащие 50, а то и 60 процентов нужных изомеров.

Потом начинается очистка. В одних случаях приходится превращать вещество в производные, то есть модифицировать его химически, а потом, после разделения изомеров, возвращать первоначальное строение. В других случаях в ход пускаются физико-химические приемы. На подробностях останавливаться не буду, тем более что некоторые из них — патентная тайна. Во всяком случае, феромоны щелкунов степного и посевного, а также щелкуна кубанского мы уже сейчас делаем в количествах, достаточных для широких полевых испытаний. Хозяйственное применение — дело ближайших лет. Делаем и один ювеноид, точную формулу которого пока раскрывать преждевременно.

Кандидат биологических наук А. Э. Куузик, руководитель группы в Институте зоологии и ботаники АН ЭССР (Тарту). А наша группа этот ювеноид исследует. Он весьма перспективен для применения в тепличном хозяйстве. Дело в том, что оранжерейные вредители очень быстро приобретают иммунитет к обычным инсектицидам. Хозяйствам приходится пускать в ход все новые и новые образцы фосфор-, хлор- или сераорганических соединений. А ведь эти соединения небезопасны и для людей, как тех, кто работает в теплицах, так и для потребителей.

Чтобы свести к минимуму численность, например, белокрылок, приходится обрабатывать теплицы 8, а то и 10 раз в год. И после каждой обработки немалое время — пока препарат не разложится — овощи в продажу не пускать. Представляете, какие это приносит убытки?

Новый же препарат не токсичен — LD₅₀ у него превышает 2000 миллиграмм на килограмм веса. Разбрызгивать его достаточно дважды в год в количестве не более килограмма на гектар. А гектар — это десять теплиц. Теоретически иммунитет может выработаться и на этот препарат — ведь он не строго соответствует природному гормону, но за годы испытаний мы ничего подобного не замечали. Вредители стерилизуются на сто процентов; случалось, мы оставались из-за этого без подопытного материала, приходилось ездить в другие организации с неслыханной просьбой: одолжите белокрылок.

Разумеется, рано еще говорить, что решены все проблемы. Препарат не будет допущен для применения при выращивании пищевой продукции до тех пор, пока не будет доказано, что он не оказывает на человека каких-нибудь воздействий спустя долгое время. Такие примеры в мировой практике известны, правда, дело было не с ювеноидами. За рубежом, кстати, ювеоиды хоть и производятся (они там чрезвычайно дороги), но применяются в основном для борьбы с москитами и мухами.

К. В. Лээтс. Для истребления мух, кстати, изобрели остроумный прием: добавляют некоторые ювеноиды в корм скоту. Препарат — хоть он и не очень стоек — в организме не разрушается, а выходит с навозом. Мухи откладывают в навоз яички, а из них ничего не вылупляется: нарушен цикл воспроизводства. И в помещении для скота — никаких мух!

А. Э. Куузик. Ближайшая перспектива применения ювеноида у нас — на технических и декоративных культурах. Оранжерейные вредители — это настоящее бедствие для хозяйств, специализирующихся на

цветах. У нас таких много: цветы в Эстонии любят, и выращивать их — дело доходное. Но некоторые виды цветов, например, герберу, в Таллине не купишь — исчезли. Скоро, надо полагать, появятся снова.

К. В. Лээтс. Ювеноид приходится разбрызгивать в количестве сотен грамм на гектар. Фосфор- или хлорорганические инсектициды идут килограммами, а сераорганические — десятками килограммов. Разумеется, все они дешевле ювеноидов, но не надо забывать об их токсичности и сравнительно невысокой эффективности. Если же учесть все факторы, то оказывается, что рубль, затраченный на покупку для теплиц ядохимикатов, дает продукции на 45 рублей. Вроде бы неплохо, но если этот же рубль вложить в ювеноиды, он обернется 160 рублями. Сравнение говорит само за себя. И еще одна цифра: гектар теплиц при полной защите от вредителей приносит продукции на сумму до 150 тысяч рублей.

Вы, конечно, спросите: а сколько мы можем реально на нашем заводе изготовить этого ювеноида? Всю страну мы пока обеспечить не можем, но потребности Северо-Запада — Прибалтики и Ленинградской области, видимо, будут удовлетворены еще в текущей пятилетке.

Собеседник будто бы оправдывается — извините, мол, на всю страну пока не хватит. Но разве Северо-Запад — пусть даже только цветоводческие хозяйства — разве это так уж мало?

КАК КУРЫ ЗАКЛЕВАЛИ ПЕТУХА

Вернемся, однако, к феромонам. Нехимику трудно даже вообразить, насколько тонкое и трудоемкое то дело, о котором здесь рассказывалось как бы вскользь, — выделение строго индивидуальных изомеров.

Общая схема синтеза изопреноидов, применяемая в Институте химии АН ЭССР. Внизу — формула ювенильного гормона.

Ведь по всем физико-химическим свойствам примеси здесь очень мало отличаются от основного вещества. Между тем иногда приходится налаживать выделение и очистку не только этого самого вещества, но и примесей, которые вдруг тоже оказываются ценными препаратами.

К. В. Лээтс. При испытаниях не до конца очищенных, технических образцов феромонов иногда оказывается, что они совершенно не привлекают насекомых. Примесь, содержащаяся в очень малом количестве, оказывается, может полностью подавить действие основного вещества. Можно предполагать, что в том-то здесь и дело, что смешаны близкие «родственники»: мало отличаясь по строению, примесь, видимо, связывается с рецепторами насекомых прочнее, чем феромон, и блокирует их.

Казалось бы, кому такие неактивные образцы нужны? Но они очень пригодились. Ведь если ингибитор подавляет действие феромона, то, выделив его или, еще проще, распылив над полем недорогой, не прошедший окончательной очистки продукт, мы начисто лишим насекомых возможности учуять партнершу и снова прервем цикл размножения.

Раньше такие ингибиторы были известны только для чешуекрылых — мы наделили ими и щелкунов. И этого недорогого препарата, по предварительным оценкам, достаточно 5 грамм на гектар.

Другой продукт, который вначале тоже получался в виде примеси, оказался, — когда его с немалым трудом выделили в чистом виде, — не чем иным, как феромоном 4-й ступени — фиксатором. Если феромон 1-й, нашу основную продукцию, можно применять для дезориентации самцов (создайте концентрацию, раз в сто большую, чем та, на которую способны самки, — для этого хватит 15 грамм на гектар, — и снова жуки друг друга не найдут) либо для отлова самцов с помощью достаточно сложных ловушек, то феромон-фиксатор ни в какой ловушке не нуждается. Его даже не надо распылять.

Достаточно намазать фиксатором уголок поля. С этого места самцы, которым доведется туда заползти или залететь, уже не сойдут до конца дней — такова сила инстинкта.

Феромоны щелкунов мы испытываем совместно с Северо-Кавказским НИИ фитопатологии, расположенным в Краснодаре (в Эстонии эти вредители распространены меньше, чем на юге). И в ходе испытаний бывают совершенно непредсказуемые сюрпризы. Например, лаборанты, работающие с феромонами, жалуются, что их замучили жуки: запах препаратов, совершенно не ощутимый для людей, щелкуны с пригородных полей чувствуют даже тогда, когда человек находится в центре такого немалого города, как Краснодар, и слетаются стаями.

Когда под Краснодаром соорудили ловушки достаточной емкости, снаряженные целой сотней миллиграмм феромона, то в каждой набиралось до ведра жуков — и это притом, что щелкуны никогда не живут в большой концентрации. Просто каждая такая ловушка собирала всех самцов с площади более двух квадратных километров.

Испытывался и другой способ, не требующий изготовления ловушек: феромон наносили на поверхность пруда. Плавать щелкуны не умеют. Слетаются — и тонут. Но особенно занятный вариант — с петухом. Краснодарцы его попробовали скорее шутки ради, но предусмотрительные деятели зарубежных фирм вполне могли бы заявить патент на способ истребления вредителей, совмещенный с откормом домашней птицы.

Делается это так. Петуха мажут феромоном. Щелкуны слетаются со всей округи — он начинает их клевать и скликать кур. Те тоже клюют — вот вам и откорм (помните: ведро с двух квадратных километров, масса немалая!). Одно плохо: клюют куры и петуха — он же сплошь усеян кормом. Чтобы уберечь петуха, пришлось бы надевать на него какой-нибудь панцирь.

Эта затея любопытная, но, пожалуй, не самая масштабная. А если говорить о масштабах, то, чтобы добиться уничтожения щелкунов на гектаре посевов, требуется до 50 килограмм гексахлорана. Феромона — 15 грамм. О токсичности я уже не говорю. Между тем щелкунами в мире заражены десятки миллионов гектар. Идти на них с гексахлораном попросту нереально, а с феромонами, возможно, скоро удастся выйти. Уже в этом году наш опытный завод сделает феромонов столько, что удастся обработать 400 тысяч гектаров — пока для учета и прогноза численности вредителя (есть и такая задача, раньше даже ее было решать непросто). На будущий год будет обработано полмиллиона. На основе прогнозов будем готовить и количества, достаточные для борьбы со щелкунами.

Ну а что касается ювеноида, то потребность страны в нем — для защиты всех закрытых грунтов — составляет 5-10 тонн в год. На уровень тонн мы планируем выйти в будущей пятилетке.

За производство новых, направленных средств защиты растений мы взялись позже, чем зарубежные фирмы, и это дало определенные преимущества. Удалось пустить в ход сравнительно простые методы синтеза, приспособить их к тому сырью, которым располагает наша страна. Зарубежные феромоны или ювеноиды порой производятся по более сложным схемам, которые были освоены давно, — менять их фирмам не с руки. Продукция обходится исключительно дорого. Наши препараты, конечно, тоже недешевы, но на них не надо тратить валюту. А о том, какую они обещают отдачу, здесь уже говорилось.

ЗАВОД ПРИ ИНСТИТУТЕ — ИНСТИТУТ ПРИ ЗАВОДЕ

Люди академической науки порой не то что чураются, но как-то побаиваются производства — совсем, мол, чуждая стихия. О производственниках же говорят как о тяжелых иа подъем консерваторах, тормозящих внедрение блестящих идей, генерируемых «чистой» наукой.'

Справедливо ли это?

Ю. X. Сооне, заместитель директора Института химии по научной работе. Разумеется, нет. Дело в том, что производству требуются не сырые идеи, не данные лабораторного журнала, а начальная техническая документация. Деятели же академической науки порой об этом попросту не подозревают. От производства их отделяют барьеры, не только психологические, но, к сожалению, и ведомственные. Один из главных секретов успеха, за который наш институт принято хвалить,— это то, что у нас есть свой завод. Пока его не было, ничем мы от других не отличались — любая реализация разработок института отнимала долгие годы.

То, о чем здесь рассказывалось, — производство малотоннажной, деликатной продукции — это не единственная функция нашего завода. Есть вещи, которые мы на нем лишь дорабатываем до уровня технологии, а потом передаем другим организациям. Например, была в нашем институте разработана технология изготовления высококачественных шампуней из отходов рыбьего жира. Люди, склонные к снобизму, скажут: разве для академического института такие дела? А у нас по ходу разработок в лаборатории поверхностно-активных веществ сделали немало интересных исследований. Ну а когда техническая разработка была завершена, передали мы это производство рыболовецкому колхозу имени Кирова. У них нужного сырья в достатке.

Другой пример — производство амфолинов.

Здесь я хотел бы отметить роль «Химии и жизни». После публикации статьи об амфолинах, которые научились (тоже, кстати, впервые в стране) делать наши сотрудники, институт получил более 40 заявок на эти вещества. Из Хабаровска, Харькова, Волгограда, Иркутска. Всего более двух десятков городов. Из-за границы тоже просят. Удовлетворять все просьбы силами нашего завода уже нецелесообразно — мы заключили договор с другой организацией, лабораторией «Хийю Калур»...

Понятно, для корреспондента «Химии и жизни» папка, в которую складывают эти самые заказы, представляла особый интерес. Ведь все просители узнали об амфолинах именно из нашего журнала, и, следовательно, география заказов — это и есть карта тех мест, где читают наш журнал. Но не только это законное любопытство вызвало сообщение собеседника, а и вопрос: какими же все-таки феромонами институт так успешно привлекает своих сотрудников к активному — не для проформы, а всерьез — сотрудничеству с опытным производством?

Ю. X. Сооне. Опытный завод, как мы считаем, — обязательная стадия в эволюции научной разработки. В таком духе воспитаны не только руководящие сотрудники нашего института.

А. Э. Куузик. Это не только к химикам относится. Раньше мы, например, как и большинство энтомологов, просто ловили насекомых, изучали их, разглядывали. А теперь, когда стали решать практические задачи, появился особый энтузиазм: мы помогаем, реально помогаем земледельцам. Работа с новыми препаратами позволяет и проблемами чисто академическими заниматься более масштабно. Применяя аналоги ювенильного гормона, можно по-новому взглянуть на механизмы гормональной регуляции в организме насекомого, поставить необычные, весьма информативные эксперименты.

Помимо прочего, теперь наши работы стали приносить ощутимый доход: стало поступать новое, самое современное оборудование, подрос фонд материального стимулирования. Удалось создать комплексную группу... Недавно было сокращение, так вопрос о том, чтобы затронуть ее, даже не обсуждался.

Ю. X. Сооне. Конечно, моральные стимулы в работе исследователя играют немалую роль, однако необходимы и материальные. А они, к сожалению, недостаточны. Существует фонд материального стимулирования, подчиненный Президиуму АН ЭССР, из него мы можем выплачивать премии за выполнение прикладных работ. В принципе размер премии должен зависеть от экономического эффекта разработки, однако практически премиальный фонд жестко связан с величиной фонда зарплаты института и не может превышать определенную его долю. Поэтому далеко не всегда нам удается отметить сотрудников так, как они этого заслуживают,— размер премии почти никогда не достигает даже месячной зарплаты. Думаю, это не совсем правильно.

Еще хотелось бы сказать о снабжении. По традиции ценное, в особенности уникальное оборудование в академических учреждениях направляется в основном для обеспечения фундаментальных исследований. Не принижая их роли, все же отмечу, что эта традиция порой вредно сказывается и на темпах, и на качестве прикладных работ, от которых в наибольшей степени зависит прогресс народного хозяйства страны.

Наш завод окупает себя полностью. Остаются и средства для расширения производства. Так, через год-другой запустим новый цех специально для производства простагландинов. Мы и сейчас целыми граммами (это совсем немало) изготовляем простагландины Е и F₂, наши образцы сейчас проходят фармакологические и клинические испытания. А в будущем намерены обеспечить потребности отечественной медицины в первом из них полностью. Весить годовая продукция цеха будет килограмм-полтора, но валюту на закупку этих исключительно необходимых для гинекологии, и притом очень дорогих препаратов тратить уже не придется. Так что кроме уже перечисленных технологических процессов наш завод осваивает и еще одну, исключительно деликатную — технологию простагландинов.

Что к этому добавишь? Разве что такие цифры. Весь институт химии АН СССР — это примерно 260 человек. Вместе с заводом — около 400. И далеко не все они заняты делами, о которых здесь рассказано. Добрая половина работников занимается другими, не менее важными для народного хозяйства проблемами.

(Химия и жизнь. 1982, № 11)

Перейти к продукции

На главную

К общему алфавитному указателю статей