Зачем пахнут растения?
Многообразие растительных запахов не перестает поражать. Людям свойственно обращать внимание на аромат цветов, однако запах источают не только они, но также плоды, листья, корни и стебли. Какие сигналы подают нам растения своим запахом? Да и нам ли предназначены эти сигналы?
Молекулы запахов
Молекулы запахов относятся к летучим вторичным метаболитам. Идентифицировано более 100 тыс. вторичных метаболитов, многие из которых являются легколетучими, а люди воспринимают их как запах растения.
Чаще всего эти вещества выполняют «экологические» функции, то есть защищают растение от различных вредителей и патогенов, участвуют в размножении растений, обеспечивают взаимодействие растений между собой и с другими организмами в экосистеме. Многие запахи, в том числе и приятные для нас, ни что иное как «химическое оружие» растений.
Читайте также: Лекарственные растения: что мы знаем об их названиях?
По химическому составу вторичные метаболиты растений представляют собой алкалоиды, изопреноиды (терпеноиды) и фенольные соединения. Они характеризуются относительно небольшой молекулярной массой, синтезируются из небольшого набора исходных соединений и, как правило, обладают биологической активностью.
Совместная эволюция
Почему нам так нравится запах цветов, ведь он рассчитан совсем не на нас? Прежде всего запах растений предназначен для насекомых-опылителей. Сопряженная эволюция цветковых растений и насекомых считается основной причиной стремительного роста видового разнообразия обеих групп в течение последних 140 млн лет. Как это происходит?
Например, орхидеи рода Ophrys привлекают для опыления самцов насекомых при помощи веществ, имитирующих женские половые феромоны соответствующего вида опылителей. Причем разные виды орхидей опыляются разными видами насекомых, а межвидовое скрещивание цветков приводит к смене опылителей, после чего гибриды обосабливаются в отдельный вид.
Запах цветков привлекает не только насекомых-опылителей, но и лакомящихся нектаром млекопитающих
Ботаники установили, что растения способны ощущать запах друг друга и с помощью этих сигналов они взаимодействуют. Если растение повреждено, оно сообщает об этом своим соседям. Растения-эпифиты находят по запаху своих хозяев. Растительные пахучие летучие соединения могут привлекать многих животных. У млекопитающих развитое обоняние и поэтому часто при поиске пищи они ориентируются именно на запах. Так что цветки вполне могли привлекать запахом наших предков и родственников.
Запах для млекопитающих
Запах цветков привлекает не только насекомых-опылителей, но и лакомящихся нектаром млекопитающих. Хотя приматы возникли на много миллионов лет позже цветковых растений, млекопитающие все же древнее цветковых. Первые млекопитающие питались в основном насекомыми, а кое-кто из них мог опылять растения в поисках нектара, поедая плоды и распространяя семена.
Млекопитающее-опылитель – слоновый прыгунчик
Главные опылители среди современных млекопитающих — это летучие мыши, которые в целом опыляют около 500 видов растений. Опылители встречаются и среди наземных видов — это сумчатые, грызуны, слоновые прыгунчики и представители других отрядов. Большинство из них ведут ночной образ жизни и реагируют на сильный аромат цветков с обильным сладким и вязким нектаром. Таких растений насчитывается около 85 видов и компоненты их запаха отличаются от таковых насекомоопыляемых цветков.
Среди опылителей есть и приматы, например тупайи, которые пьют нектар пальм и опыляют их цветки. У растений пахнут не только цветы, но и листья. В их составе найдены летучие вещества групп монотерпенов и терпеноидов. Так что листья тоже могут привлекать животных запахом, как доказали австралийские ученые. Они выяснили, что небольшое сумчатое валлаби может не только унюхать всего несколько листиков, но и отличить по запаху хорошие листья, выросшие в оптимальных условиях, от плохих.
Фруктовый запах
Вкусовое восприятие пищи у человека на 90% зависит от обоняния. Запах цветков может привлекать людей, потому что в некоторых случаях он похож на запах плодов. В плодах вторичные метаболиты играют роль консервантов и, кроме того, являются сигналом для животных, употребляющих данные плоды в пищу и осуществляющих таким образом распространение семян. И действительно, обоняние играет более важную роль в поисках пищи именно у тех приматов, которые едят в основном фрукты.
Многие летучие вещества синтезируются в ответ на повреждение растения и токсичны для патогенных бактерий, грибов и других вредителей
Обезьяны и фруктоядные летучие мыши по аромату плодов находят плодоносящие деревья и выбирают на них самые спелые и вкусные фрукты. Особо важную роль обоняние играет в
определении спелости фруктов, ведь чем спелее фрукт, тем вкуснее он пахнет и тем больше в нем полезных или легкоусвояемых питательных веществ. Кроме того, если фрукт спелый, то семена в нем тоже созрели и готовы к распространению и прорастанию, а это уже прямая выгода для растений.
Так что наша любовь к цветочным запахам не случайна, ведь мы тоже эволюционировали «рука об руку» с растениями. И хотя тайна запахов открыта еще не полностью, на практике человечество уже давно и широко использует растительные ароматы.
«Не для нас эти цветочки росли»
Справедливости ради стоит отметить, что не все цветки и растения пахнут приятно. Среди опыляемых летучими мышами цветков большинство имеет гнилостный, неприятный для человека запах. Цветки растений многих семейств (ароидных, раффлезиевых, ластовневых, орхидных и др.) пахнут, с нашей точки зрения, отвратительно — тухлым мясом, трупами, экскрементами и прочими неаппетитными штуками.
Многие цветки вообще не пахнут, так что «не для нас эти цветочки росли». Отмечено, что многие приматы охотно используют в пищу созревшие и чуть-чуть забродившие фрукты, растительный сок и нектар, содержащий спирт. Причем иногда уровень алкоголя в них достигает 4–5%. Очевидно, именно здесь кроются корни неискоренимого пристрастия к алкоголю. Молекулы спиртов, кетонов и альдегидов образуются из жирных кислот в процессе созревания фруктов. Это своего рода показатель спелости с дополнительным эффектом, к которому пристрастились наши предки. Ведь биохимический путь переработки этанола возник у приматов разных линий в глубокой древности.
Читайте также: Лекарственные растения: загадки старины глубокой
Защищая растения
Многие летучие вещества синтезируются в ответ на повреждение растения и токсичны для патогенных бактерий, грибов и других вредителей. Фенолы выполняют защитную функцию, они придают растению устойчивость к заболеваниям. При механическом повреждении ткани в клетках накапливаются фенолы, образующие защитный слой.
Особо важную роль обоняние играет в определении спелости фруктов, ведь чем спелее фрукт, тем вкуснее он пахнет и тем больше в нем полезных или легкоусвояемых питательных веществ
Некоторые специфические вещества растения синтезируют в ответ на стресс — например, в условиях засухи или повышенного содержания в почве солей. Именно в стрессовых условиях в растениях накапливаются фенольные соединения, что приводит к ингибированию ростовых процессов и повышению их устойчивости к неблагоприятным факторам. Они служат сигнальными веществами во взаимодействиях растения с микроорганизмами и грибами.
Некоторые растения в ответ на заражение грибами образуют защитные вещества фитоалексины, многие из которых имеют фенольную природу. Известны также вещества, которые могут подавлять рост соседних растений.
Флавоноиды могут выступать в качестве аллелопатических веществ, влияя на взаимодействие растений друг с другом.
К истории эфирных масел
Терпены обладают сильным запахом и входят в состав многих эфирных масел. Различные способы применения растительных масел описаны еще в произведениях греческих и римских авторов. Если в Древнем Египте для фиксации запаха использовали методы масляной экстракции, то в современном варианте в качестве растворителя применяют спирт, хлороформ и некоторые другие органические вещества.
Огромное внимание в древности уделялось искусству составления благовоний, мазей и притираний, которые с полным правом можно причислить к средствам медицинского назначения. Чаще всего использовали оливковое и касторовое масла — особенно беднейшие слои населения.
Распространены были также бегеновое масло — из крупных семян растений семейства моринговых, масло из колоквинта — растения семейства тыквенных, масло из семян сафлора, напоминающее подсолнечное, а также кунжутное, миндальное и др. В качестве душистых веществ упоминаются масла из семян миндаля и аниса, корневищ аира и имбиря, цветков и коры кассии, коры коричного дерева, древесины кедра и сандалового дерева, плодов цитрусовых, цветков гелиотропа, мимозы, розы, цветков и листьев мяты и розмарина.
Использовались как душистые вещества также цветки хны и корневища ириса. Для получения жасминного, иланг-илангового и особо ценного розового масла подходят только цветы. В наше время при производстве лекарственных добавок, средств парфюмерии и косметики применяются десятки видов эфирных масел.
Читайте также: Ресурсоведение лекарственных растений в Украине: исторический аспект
Роль запаха и вторичных метаболитов в жизни растений и людей огромна, хотя до конца и не выяснена. Исследования этого направления принесут немало открытий в фармацевтике и медицине. Растения служат наиболее перспективным сырьем для эффективного и экологически безопасного синтеза целого ряда уникальных вторичных метаболитов.
В мире ежегодно перерабатываются десятки и сотни тысяч тонн растительного сырья в целях извлечения веществ, необходимых для получения лекарственных средств. Глубокие превращения растительных метаболитов нередко требуют применения самых современных методов. Очень часто без значительного изменения структуры вещества удается улучшить транспорт лекарственных средств в организме и повысить его базовую активность.
Татьяна Кривомаз,
д-р техн. наук, канд. биол. наук, профессор
“Фармацевт Практик” #9′ 2018
