Господин Свещаров
Разкази за съвременната биология (3)

Микроорганизми — спасители на растенията

Всяка година огромни площи селскостопански посеви биват нападани и унищожавани от малките, но упорити неприятели на човека — вредните насекоми. Трудно е да се преценят мащабите на вредите, които те причиняват на човечеството. По най-нови данни на ФАО (Организацията по земеделие и прехранване при ООН) в света те унищожават за една година над 40 милиона тона зърнени храни, огромни количества плодове и зеленчуци. Тези загуби възлизат средно на огромната сума от 70 милиарда долара!

За борба с вредните насекоми в селското и горското стопанство са разработени и се прилагат различни методи. Особено много се разпространи химичният метод. Той създаде у някои специалисти опасната илюзия, че с инсектицидите най-радикално се решава въпросът за борбата срещу всички вредни насекоми. Този метод има редица големи недостатъци: унищожават се естествените неприятели на вредните насекоми; стимулира се размножителната способност на редица видове, които не са регистрирани като вредители; появяват се устойчиви към инсектицидите раси от вредители. Най-голямата опасност обаче от употребяваните препарати е за човека, топлокръвните животни и културните растения. На всички са известни обезпокоителните констатации за голямата степен на замърсеност на световните водоеми с пестициди и колко е голяма опасността да се изтровим сами вследствие на увлеченията по лесни „победи“ над вредителите по селскостопанските и горските насаждения.

Не напразно сега над 60% от учените в света, които работят по защитата на растенията от вредителите, са обърнали поглед към биологичната борба. Тяхната голяма надежда се роди преди около 30 години, когато микробиолози от Института „Пастьор“ в Париж откриха бацилус турингиензис. Този микроорганизъм се стори на учените куриозен по две причини — че образува в клетките си белтъчни кристали, който са токсични за насекомите, и че поразява специфично насекомите, без да е патогенен за човека и за полезните животни. Оказа се също, че този микроорганизъм не е никак капризен, расте върху евтини хранителни среди и може да се култивира лесно и просто. След близо 20-годишна упорита научноизследователска дейност на основата на този бацил беше създаден инсектициден препарат, който под търговското име бактоспен успешно започна да се използува в практиката. След първоначалния великолепен успех на новия препарат изведнъж започнаха да се чуват тревожни гласове — в някои случаи микробният препарат като че ли беше безпомощен срещу насекомите. Какво се беше случило? Нима вредните насекоми бяха успели за толкова неимоверно кратък период да си изработят имунитет срещу опасния за тях враг? Бързи и точни изследвания показаха, че бацилус турингиензис притежава свойството да изработва инхибитор срещу имунните тела на насекомите, което на практика прави изработването на устойчивост срещу него твърде трудно. Както се изясни по-късно, цялата тайна се крие в механизма на образуване на белтъчните кристали. Образуваните токсични белтъци се различават по химичен състав и структура при отделните щамове бацилус турингиензис и това променя възможностите им. Понякога един и същ щам на бацила се „държи“ съвсем различно към различните насекоми, което усложнява извънредно много приложението на препарата и прави резултатите непредсказваеми.

Фиг.2. Електронномикроскопска снимка на кристал от бацилус турингиензис.

Разбира се, научните работници съвсем нямат намерение да се предадат. Сега усилията им са насочени към установяване на генетичен контрол върху токсинообразуването при бацила. В тази насока работи например ст.н.с. Роза Григорова от Института по микробиология при БАН. Тя търси методи за последователно картиране на гените в хромозомата на бацилус турингиензис и изучава механизмите на генната регулация при кристалообразуването. Това е особено важно, защото е ясно, че този бацил винаги може да изненада учените с някоя непредвидена и неприятна промяна, която да се отрази върху качеството на произвеждания у нас инсектициден препарат. Ето защо колкото повече знаем за генетичните механизми в регулирането и контрола на този микроорганизъм, толкова по-добре ще бъде за нашето селско и горско стопанство. Микробният препарат на бацилус турингиензис се употребява срещу неприятели, борбата с които е извънредно трудна. Особено ефикасно той действува срещу различните насекоми-листозавивачи, които свиват листата като тръбички и по този начин се укриват от химичните препарати, а бацилус турингиензис лесно ги открива и унищожава и там!

През 1978 г. започна изпълнението на разработената в Единния център по биология при БАН комплексно-целева програма „Методи за биологична борба с вредителите по растенията“. В нея вземат участие научни работници от БАН, НАПС и ВУЗ. При изпълнението на научните разработки от програмата вече има получени интересни и много обнадеждващи резултати. Проведени са интересни изследвания върху бактериите, които причиняват болести на листогризещите гъсеници по селскостопанските и горските култури. От заразени гъсеници на гъботворката са установени ядренополиядреният вирус, спори на нозема и на някои низши гъби. Изолираните бактерийни култури са изпитани и срещу гъсеници на гъботворки и е отделен бактериен вид, който предизвиква висока смъртност сред тях.

В Института по защита на растенията е разработена нова методика за стандартизиране на бактерийния препарат дипел. Той е ефикасно средство за борба с бялата американска пеперуда. Насърчителни данни са получени при изследванията върху гъби, патогенни за цвекловите хоботници, и при изучаването на гъбите-антагонисти и антибиотиците за борба с причинителите на болести по селскостопанските и горските култури.

Комплексно-целевата програма включва и проучвания на възможностите за прилагане на генетични методи (лъчева и химична стерилизация) и на биологично активни вещества (феромони, атрактанти, репеленти и др.) при унищожаване на неприятели, като ябълковия плодов червей, шарения гроздов молец и др., както и изследвания върху колонизирането на обикновената трихограма срещу пеперудата зелева нощенка по ранното зеле, проучване и интродуциране на паразити и хищници по колорадския бръмбар и др.

Различни научноизследователски лаборатории по света съобщават за успешно отглеждане върху изкуствени среди на бактерии, които могат да станат великолепни помощници на човека в борбата му с вредните насекоми. Така например биолози от САЩ успешно култивираха микроорганизма бацилус попилие, който е изпитан враг на японския бръмбар. През 1979 г. проф. Сингър от Илинойския университет в САЩ съобщи, че бацилус сферикус, който може да се произвежда с незначителни разходи, се оказал най-ефикасен срещу комарите! Изследванията му показали, че въпросният бацил, открит през 1972 г. в мъртви ларви на комари, въздействува върху насекомите за по-малко от час и се развива в тях за рекордно къс инкубационен период. Според д-р Сингър употребата в големи мащаби на тези бацили в страни, където има много комари, ще разреши проблема за ограничаване на епидемичното разпространение на болести като маларията, жълтата треска, енцефалита и пр.

През последните няколко години, сериозно се изучават и гъбите, които паразитират върху вредни насекоми по растенията. Това са такива щамове гъби, които нападат само определени видове насекоми. Техните спори бързо прорастват в тялото на насекомото и подобно на бързоразрастваща се ракова тъкан буквално „взривяват“ организма на гостоприемника си отвътре. Освен това паразитната гъба отделя и токсични вещества, които почти напълно парализират и без това омаломощеното насекомо. Проведените опити в университета на австрийския град Грац показали, че заразени с гъбни спори ларви от един вреден насекомен вид видимо променили поведението си след около 24 часа. При докосване ларвите реагирали вяло и престанали да се хранят. В такова състояние ларвите преживели почти цяла седмица, но не можели да причинят каквато и да било вреда на растенията.

Биолози от университетите в Австрия, ФРГ и САЩ, които се занимават със създаване на методи за биологична борба с вредни насекоми, съставиха доста пълен каталог на насекоми, които се нападат от патогенни гъби. В него се посочва кой патогенногъбен щам върху какъв насекомен вид паразитира. По този начин лесно може да се подбере точно този препарат, който поразява само един или понякога няколко вида вредни насекоми.

Сред специалистите по биологична борба с вредните насекоми преобладава мнението, че общо взето, използуването на гъбите е по-малко ефективно, тъй като развитието им зависи твърде много от физиологичното състояние на насекомото, от метеорологичните условия и от концентрацията на спори в препарата. Преди около 10 години беше открито, че гъбите трябва да се използуват комбинирано с малки дози от даден химичен препарат. Опитите показали, че по този начин се постигат много добри резултати и се правят големи икономии. Още през 1972 г. проф. Бруно Шерфенберг доказа, че комбинираният инсектицид, който съдържа култура от гъбата пециломицес фаринозус и 0,01% от химичния инсектицид метасистокс, при първото пръскане унищожава 97% от третираните неприятели. Преди известно време биолози от Грац откриват още един „жив инсектицид“ — гъбата скопулариопсис бренцелиус, която може да действува дори в екстремни климатични условия. С нейна помощ успешно биват унищожени зимните ларви на вредно насекомо по елата, които се крият в замръзналата горска почва. Австрийските биолози възлагат големи, надежди и на токсините, които отделят насекомнопатогенните гъби. При проведени опити с мухи напръсканите насекоми се парализирали само няколко минути след третирането и скоро след това умирали.

Може би малко от нашите читатели знаят, че идеята за използуване на гъби срещу вредни насекоми има почти 150-годишна история. Пръв италианският лекар А. Баси през 1835 г. доказал, че т.нар. варова болест по гъсениците на копринената пеперуда, при която гъсениците изглеждат като намазани с варов разтвор, се предизвиква от гъба. Изследванията си Баси описал в обемист труд и дори предложил спорите на гъбата да се използуват за борба с други видове вредни насекоми. Както може да се предположи тази негова идея значително изпреварила времето си и потънала в забрава.

Няколко десетилетия по-късно световноизвестният руски учен Иля Мечников, който открил явлението фагоцитоза, успял да установи, че един вид гъба поразява смъртоносно бръмбара цвеклов хоботник. Мечников успял да отгледа гъбата върху среда от пивоварни дрожди. Проведените от учения изследвания вървели толкова успешно, че той построил край Киев малка „фабрика“ за производство на открития от него биологичен инсектицид. След около 4 месеца той имал на разположение близо 1 центнер^[1] гъбни спори. С тяхна помощ за около 15 дни Мечников успял да унищожи почти 80% от популацията на цвекловите хоботници. И когато „предприятието“ на Мечников обещавало да се развие и разрасне, изведнъж го постигнал непредвиден удар — цените на захарта на световния пазар изведнъж рязко спаднали, интересът към отглеждането на захарно цвекло намалял и производството на открития от Мечников гъбен инсектицид било преустановено, тъй като струвало твърде скъпо на учения.

В близко бъдеще в борбата си с вредните насекоми човечеството ще разполага с още едно ново и също много ефикасно средство — вирусите. С тяхна помощ може да се предизвикват тежки епидемии сред вредните насекоми в селското и горското стопанство. По такъв начин учените ще могат да се справят с онези насекомни видове, които са си изработили невъзприемчивост към класическите инсектицидни средства. Вече са известни над 300 вида вируси, които могат да предизвикват смъртоносни епидемии сред вредните насекоми. Преди известно време латвийски биолози съобщиха, че са открили вирус, който унищожава гъсениците на ябълковия молец. Овощните дръвчета били напръскани със суспензия от вируси и реколтата от ябълки била спасена.

Въпреки значителните трудности от технологичен характер вирусните препарати доказаха, че са извънредно ефикасни. С тяхна помощ почти напълно беше ликвидиран вредител, който унищожаваше боровите гори във Франция и Канада. Отлични резултати бяха получени и с инсектицидния вирус, който предизвиква болестта ядрена полиедроза по пеперудата нощен хелиотис. Освен че се оказал много специфичен, той не атакувал нито паразитите, нито другите естествени врагове на насекомото. Не напразно в последните години се заговори, че вирусите са третото оръжие срещу вредните насекоми (след техните естествени врагове и химичните вещества). Специалистите имат сериозно основание да предложат насекомните вируси за борба с вредните насекоми, тъй като досега не е установен случай на заболяване на гръбначно животно, предизвикано от поразяващ насекомите вирус. По този начин инсектицидните вируси съперничат по безопасност на насекомопатогенните бактерии и гъби, които се използуват сега от хората в борбата им за повече храни и за оздравяване на замърсената с пестициди околна жизнена среда.