Pabaiga, pradžia Nr.
Tęsiame pašnekesį su entomologu ir neurofiziologu prof. dr. Tomu BeikeriU (Thomas C. Baker) iš Pensilvanijos valstijos universiteto (Penn State University), JAV. 28-oje tarptautinės cheminės ekologijos konferencijoje Vilniuje profesorius buvo apdovanotas sidabro medaliu, kurį kaip aukščiausią apdovanojimą skiria Tarptautinės cheminės ekologijos draugija (International Society of Chemical Ecology). Kaip viliojami vabzdžiai
Mokslo Lietuva. Vilniuje plenarinio posėdžio metu skaitėte pranešimą. Kokias cheminės ekologijos tyrimų naujoves pristatėte
T. Beikeris. Išdėsčiau naujausius rezultatus, gautus dabar mūsų vykdomų eksperimentų metu. Įsivaizduokite, kad kur nors padėtas jutiklis, skirtas registruoti atskridusį vabzdį ir per palydovinį ryšį sėdėdami laboratorijoje gauname informaciją apie tokio vabzdžio pasirodymą.
ML. Nejau signalas nuo vieno vabzdžio siunčiamas į palydovą ir toliau? Tikriausiai mintyje turite tam tikrą vabzdžių kiekį, kritinę masę, kuriai esant tas ryšys užmezgamas?
Gedimino Zemlicko nuotraukos
T. Beikeris. Fiksuojame net ir vieną vabzdį. Dabar dar turime pasukti galvas, ką reiktų padaryti, kad išvengtume klaidingo signalo ir užtikrintume teisingą – ne bet kokio vabzdžio, o tam tikros, konkrečios rūšies vabzdžio atpažinimą.
ML. Kur šios sistemos silpnoji grandis? Jutiklio patikimume, o gal signalo perdavime?
T. Beikeris. Reikia užtikrinti specifiškumą. Jeigu turime cheminių medžiagų, kurios veikia vabzdžių elgseną, manipuliuoja ja, tai svarbu užtikrinti šių medžiagų veikimo selektyvumą, kad jos veiktų tik mums rūpimą vabzdžių rūšį. Tenka kurti sistemą, leisiančią privilioti vabzdį iš tam tikro atstumo (kelių dešimčių metrų nuotolio), ir kad būtų priviliotas ir atpažintas būtent norimos rūšies vabzdys, o tada jį atpažinti.
Ką gali vabzdžiai?
ML. Daugelį vabzdžių rūšių galima privilioti imituojant jų pačių skleidžiamus vidurūšinius cheminius signalus – feromonus. Skirtingų vabzdžių rūšių feromonai skiriasi. Ar visus juos pavyksta sintetinti, o gal yra principinių ir neįveikiamų sunkumų?
T. Beikeris. Praktiškai visus feromonus galima sintetinti, vienus mažesnėmis, kitus didesnėmis sąnaudomis. Kaip bet kuriuos organinius junginius, feromonus sintetinti tenka tam tikrais etapais, jų skaičius (sintezės sudėtingumas) skiriasi. Dėl to skiriasi ir tų feromonų kaina.
ML. Ar toks kišimasis į gamtos reikalus neturi neigiamų pasekmių, kartais užslėptų? Profesorius Vincas Būda raukosi, kai tokių dalykų klausiu, bet įdomu išgirsti Tomo Beikerio nuomonę.
T. Beikeris. Taip būna: mokslininkas sprendžia problemą, sukuria tam tikrą sistemą arba net pradeda taikymus, bet visuomenė ar net atskiros vyriausybės tuos mokslininkų pasiūlytus sprendimus pradeda taikyti visai kitiems tikslams (kartais nemoksliškais ir net nedorais). Tą daro visai nesitardami su tų mokslo darbų autoriais. Bet dėl tokių neigiamų atvejų pačių mokslininkų užduotis nesikeičia, mes privalome spręsti tam tikras mokslines problemas ir tą darome.
ML. Atmintyje atgyja kadrai iš amerikiečių siaubo filmų: vabzdžiai mutantai, bitės žudikės, puola Naująjį Orleaną, siaubia kitus miestus… Juk įmanoma kurti tokio pobūdžio biologinį ginklą: auginti vabzdžius mutantus, apipurkšti priešo teritoriją tam tikrais tuos vabzdžius viliojančiais feromonais ir paleisti šį gyvą ginklą veikti. Atsiprašau už tokį klausimą, bet mes juk žinome šiuolaikinio pasaulio realijas, kokie baisūs režimai įsitvirtina kai kuriose šalyse. Kas gali garantuoti, kad jiems nekils noras panašias „idėjas“ įgyvendinti?
T. Beikeris. Man yra tekę kai kuriuos projektus atlikti gynybos sistemai, kūriau jutiklį, skirtą atpažinti kai kuriuos kvapus, kuris panašus į uodo uoslės organą. Teko matyti ir kitus projektus, kur buvo dirbama su kitais vabzdžiais, taip pat ir su bitėmis. Bitės gali atpažinti sprogmenis ir padėti juos aptikti, gali skraidyti su mini kameromis ir perduoti teritorijos vaizdą. Visa tai gali būti naudojama tiek humaniškiems, tiek piktavališkiems tikslams. Man teko kurti chemosensorių, kuris gali aptikti nesprogusias minas. Suprantama, tai humaniškiems tikslams skirtos priemonės. Pasitelkus kai kuriuos vabzdžius įmanoma aptikti teroristinių valstybių ar atskirų grupuočių gaminamas medžiagas, kurios gali būti panaudojamos teroristiniams tikslams.
ML. Mokslas – jėga, prisimenant Frensį Bekoną (Francis Bacon). Ir ypač, jei taikomas humaniškiems tikslams.
T. Beikeris. Tikra tiesa. Todėl visą laiką turime galvoti ir apie teisingus mokslo pasiekimų taikymus. Vilniaus konferencijoje išgirdau pranešimų apie daug naujų cheminės ekologijos mokslo laimėjimų, galinčių turėti visiškai naujų ir netikėtų pritaikymų. Mano laboratorijoje kurį laiką dirbęs, dabar jau profesorius Vincas Būda labai atsakingai ir gerai organizavo šią konferenciją. Daugelis konferencijos dalyvių Lietuvoje lankėsi pirmą kartą, ir jiems tai buvo labai naudinga pažintis su šiuo gražiu Rytų Europos kampeliu. Galiu tik gražiais žodžiais apibūdinti savo įspūdžius ir visa, ką Lietuvoje spėjau pamatyti. Man kaip tik teko būti Tarptautinės cheminės ekologijos draugijos prezidentu, kai panašiame simpoziume Vincas Būda pasiūlė draugijos svarbiausią metų konferenciją surengti Vilniuje. Nesigailiu, kad šį pasiūlymą įtraukiau į netrumpą būsimos konferencijos rengėjų pretendentų sąrašą. Toks gražus sutapimas, kad būtent Vilniuje buvau apdovanotas ir šios draugijos sidabro medaliu. Tai aukščiausias apdovanojimas už cheminės ekologijos pasiekimus.
Kaip vabzdys pajunta kvapą?
ML. Kokia buvo svarbiausia mintis Jūsų paties Vilniuje skaitytoje plenarinio posėdžio paskaitoje, sidabro medalio gavimo proga? Ką Jūs pats išskirtumėte kaip reikšmingiausią mintį?
T. Beikeris. Apskritai buvo labai daug gerų plenarinių pranešimų. Išskirčiau anglo Džono Piketo (John Pickett), kuris taip pat yra kiek anksčiau apdovanotas mūsų draugijos sidabro medaliu, pranešimą. Jis dalijosi patirtimi, kaip reguliuoti vabzdžių elgseną pasinaudojant genų inžinerijos pasiekimais. Labai įdomus buvo Christerio Liofstedo (Christer Löfstedt) iš Lundo universiteto (Švedija) pranešimas apie tai, kaip cheminių medžiagų sintezė vyksta vabzdžio, konkrečiai – drugio, organizme. Jis išskyrė naktinių ir dieninių drugių grupes. Ir kiti pranešimai buvo labai gero mokslinio lygio.
Man pačiam pirmą kartą pavyko nustatyti skrendančių vabzdžių reakcijos į kvapą greitį. Pasirodo, vabzdys šešis kartus per sekundę gali sureaguoti į kvapą. Žinant reakcijos greitį aiškėja ir kiti įdomūs dalykai. Pasirodo, ne pati feromonų koncentracija lemia, kad vabzdys reaguoja į jam svarbų kvapą, bet tam tikri jų pliūpsniai. Panašiai vyksta, kai lyjant lietui važiuojame automobiliu ir matome, kiek vandens lašų tyška į priekinį automobilio stiklą. Svarbu ne vandens lašų kiekis tūrio vienete (pvz., kubiniame centimetre), bet lašų kiekis, pataikantis į stiklo plotą per sekundę. Įvedama laiko dimensija, ir tai visai naujas skrendančio vabzdžio reagavimo į kvapą mechanizmo supratimas.
Kadangi dirbu su sensorinėmis sistemomis, tai aiškėja, kad svarbu ne feromonų ar kitų medžiagų koncentracija, bet vabzdį pasiekiantis feromonų molekulių kiekis per sekundę arba kvapaus stimulo dažnis. Mūsų laboratorijos tyrimai padėjo nustatyti šį mokslui naują dalyką ir pasiūlyti aptikto reiškinio taikymą.
Ne toks jau paprastas dalykas – kvapas
ML. Kadangi į kvapo suvokimą įvedamas laikas, cheminių medžiagų kiekis į laiko vienetą, tai reiktų kalbėti apie tų medžiagų srauto intensyvumą per sekundę? Ar teisingai suprantu?
T. Beikeris. Teisingai. Tiesa, pavyzdys su lietaus lašais į važiuojančio automobilio langą gerokai supaprastintas. Norint suprasti, kaip vabzdžiai junta kvapus, tenka įsivesti sąvokas yra (kvapas) ir nėra (kvapo). Panašiai su rūkaliaus cigaretės dūmais: jie sklinda ne tolygiai, bet tam tikrais tarsi pliūpsniais – yra, nėra ir vėl yra, jei artinsimės prie cigaretės. Vabzdžio, skrendančio į feromono šaltinį, „sprendžiama“ savotiška problema: jis turi reaguoti vienodai, sutikdamas skirtingo – tiek mažo, tiek didesnio – intensyvumo jam svarbų kvapą (molekulių pliūpsnius). Reakcijos kokybė neturi skirtis. Mintyje turiu tam tikras elektronines sistemas, reikalingas imituojant vabzdžių reakcijas į kvapus. Tie eksperimentai mums padėjo tas reakcijas suvokti.
ML. Tai kas tada yra kvapas? Cheminės difuzijos ar sudėtingesnis reiškinys, susijęs su tam tikrais virpesiais?
T. Beikeris. Žmogaus suvokimui tai abiejų tų reiškinių kombinacija. Kad ir kvepalų buteliukas: pauostai iš arti – kvapas vienoks, iš toli – bus kitoks, nors iš tiesų tai tas pats mišinys. Drugiui to skirtingo efekto neturi būti, jis visą laiką turi suvokti tą kvapą kaip tą patį ir atitinkamai reaguoti. Užtat sistemose, kuriose tos cheminės medžiagos naudojamos, jos turi būti labai tiksliai dozuojamos. Jeigu tik kiekis viršys tam tikrą ribą, bus panašiai kaip su uostomo kvapo buteliuku – vabzdys suvoks tarsi jau kitą kvapą. Tokių triukų pasitaiko. Kad to nebūtų, reikia siekti, kad prie tiriamo ar taikymo tikslams naudojamo šaltinio turi būti teisinga kvapo esencija. Kai naudojome vabzdžių orientacijos sutrikdymo kvapais sistemą (o tai – alternatyva insekticidams), vienam hektarui naudojome maždaug du gramus feromonų. Tada atskridę vabzdžiai jų kvapą suvokia ne kaip viliojantį savo rūšies signalą, o visai kitą – svetimą – ir į tą lauką nebeskrenda.
Yra ir pripratimo efektas. Tarkime, įeiname į virtuvę, kur kepami svogūnai – iškart užuodžiame ir jau žinome kas kepa. Tačiau virtuvėje ilgiau pabuvus, tas kvapas tarsi pranyksta. Tą patį pripratimo efektą bandome pritaikyti vabzdžiams, kad jie prie tam tikro (patelių skleidžiamą kvapą imituojančio) kvapo priprastų ir gamtoje nebeužuostų patelių, taigi, sutriktų nepageidaujamų rūšių reprodukcija. Toks metodas 800 tūkst. ha plote pasaulyje kasmet jau naudojamas. Daugiausia taikomas keturioms vabzdžių rūšims, ir tai jau komercinis lygmuo. Dar neseniai manyta, kad tūkstančius tų feromonų garintuvų (dispenserių ar kapsulių) reikia išmėtyti iš lėktuvų ar sraigtasparnių. Kadangi žinojome vabzdžių reagavimo ir elgsenos įpročius bei oro ir kvapų debesies poveikį, suprasdami, kad ne kvapų koncentracija lemia, bet molekules nešančio oro srautų poveikis, būtent dabar tuos metodus ir galėjome panaudoti praktiniams tikslams.
Beje, jeigu turime stiprią kvapų koncentraciją, galima skleidžiant pavėjui ją panaudoti didesniais atstumais. Pasiūlėme tokį metodą: jeigu norime padaryti labai stiprias kvapo „uodegas“, tai vienam hektarui pakanka dviejų trijų kvapo garintuvų. Nereikia mėtyti iš lėktuvų, o efektas tas pats. Tas būdas jau naudojamas kaip alternatyva insekticidams Kalifornijoje, JAV.
ML. Vis dėlto nesusilaikysiu nepaklausęs: ar kvapas yra suvokėjo nosies ar smegenų reikalas?
T. Beikeris. Gamtoje tuos kvapus, kuriuos taikome vabzdžiams privilioti ar atbaidyti, perneša vėjo gūsiai. Vabzdžiai kvapą priima specialiomis antenomis. Žmogus, gyvūnai įkvepia oro, iš kurio pajunta ir suvokia kvapus. Beje, tai irgi ne ištisai ir tolygiai, bet pliūpsniais sklindantis efektas. Net vandenyje gyvenantys omarai, stengdamiesi užuosti jiems rūpimus kvapus, judina savo antenas, nukreipia jas į kvapų šaltinį. Difuzija svarbi nebent tada, kai kvapiosios medžiagos molekulės prie tos antenos prisiliečia. Nepalyginamai didesnė minėto pliūpsnio (flaxe) efekto įtaka.
Cheminės ekologijos mokslo ateitis
ML. Grįžkime prie JAV mokslo reikalų. Ko ši valstybė (ir apskritai pasaulio mokslas) vis dar nepadaro cheminės ekologijos srityje?
T. Beikeris. Aktualus klausimas. Gerai dirba molekulinės biologijos atstovai, gerokai pasistūmėję į genų tyrinėjimo dalykus. Tačiau ko labai stinga, tai ryšio tarp molekulinės bio-logijos dalykų ir vabzdžių elgsenos tyrimų, šių krypčių simbiozės.
Labiau reikėtų plėtoti mokslo rezultatų praktinius taikymus, kad tai, kas atrandama laboratorijose, būtų greičiau atiduota gamybai, taikymams lauko sąlygomis. Turime daug gero įdirbio, įdėtų pastangų, bet cheminės ekologijos mokslo pažangiausi laimėjimai vis dar per lėtai pasiekia fermerius ir kitus naudotojus.
ML. Kodėl vis dar nepavyksta įveikti properšos tarp mokslo laboratorijų ir jų sukurtų preparatų, naujų metodų taikymo praktikai? Kas kaltas – gamybininkai, fermeriai, o gal nepakanka pačių mokslininkų iniciatyvos?
T. Beikeris. Amerikos mokslo sistema labiau skatina fundamentinius tyrimus, laboratorinius darbus. Lauko darbais užsiimantys mokslininkai nėra užtikrinti, kad gaus gerą finansavimą, jų publikacijos mažiau vertinamos už fundamentinėje srityje dirbančių kolegų. Jeigu JAV nori gauti profesoriaus pareigas, turi paskelbti išties aukšto lygio publikacijų, o tam reikia reikštis fundamentiniuose tyrimuose. Tik dirbdamas laboratorijose ir su gera aparatūra gali viso to pasiekti.
Lauko tyrinėjimai reikalauja ne vienų metų tyrimų ir bandymų, kol pavyksta gauti siektinų rezultatų, be to, šie tyrimai yra labai brangūs. Net ir labai geri šios srities straipsniai retokai prasiveržia į autoritetingiausius mokslo žurnalus.
ML. Ar tai nėra šiuolaikinio mokslo vienas iš paradoksų?
T. Beikeris. Manau, kad taip, vienas iš paradoksų. Taikomuosius tyrimus (mintyje turiu pirmiausia cheminės ekologijos sritį) gali paskatinti gamybininkai, bet kažin kodėl tai vyksta ne itin dažnai. Seniau turtingos kompanijos, ypač tos, kurios dirba su insekticidais ir kitomis toksinėmis medžiagomis, taikomajam mokslui skirdavo nemažai pinigų. Tačiau kompanijos, kurios dirba su aplinkai draugiškais junginiais, nėra didelės. Jų užsakymai maži, gamybos apimtys nedidelės (insekticidų ir feromonų poreikį palyginome anksčiau), todėl jos negali mokslui skirti bent kiek didesnio finansavimo.
Yra ir dar viena aplinkybė. Anksčiau reikėdavo sukurti insekticidą, o jis būdavo toksiškas ne tik kenkėjams, bet neretai ir visai aplinkai. Dabar kiti reikalavimai, tenka ieškoti konkrečiam kenkėjui konkrečių poveikio priemonių, kurios nepažeistų kitų vabzdžių ir gyvūnų. Darbas sudėtingesnis, o finansavimas vis blogesnis – štai ir sunkumai.
ML. Profesoriau, Jūs paminėjote mažas firmas, dirbančias su aplinkai draugiškais preparatais. Joms tenka dirbti lanksčiai, užsakinėti taikomuosius tyrimus, bet jų galimybės menkokos. Galingos kompanijos nenori „terliotis“ su menkais užsakymais, nes nesitiki didesnio pelno. Tai kaip padėtį keisti ir ar išvis įmanoma pakeisti?
T. Beikeris. Lemia rinka, apsimokantys užsakymai, o jie nepalankūs taikomiesiems tyrimams su aplinkai draugiškais preparatais. Tuo tarpu insekticidų gamybos apimtys didelės, rinka irgi didelė, todėl šios gamybos kompanijos klesti.
ML. Kaip įsivaizduojate cheminės ekologijos mokslą po 10–15 metų? Kokią viziją matote?
T. Beikeris. Manau, kad per tą laiką atsiras tokios žemės ūkio kultūros, kurios savyje turės tam tikrų cheminių junginių, ir tos medžiagos galės privilioti reikiamus vabzdžius ir nubaidyti nepageidaujamus kenkėjus. Taip turėtų būti sprendžiama augalų apsauga.
Manau, kad turėsime dar jautresnę kenkėjų aptikimo sistemą. Dabar monitoringui naudojamos vabzdžių gaudyklės su sintetiniais feromonais, skaičiuojama, kiek kokių vabzdžių ir kada pateko. Jei bus sukurti jautresni jutikliai, gaudyklių nebereikės, patys jutikliai įspės apie kenkėjų pavojų. Būtent ties šia problema dabar ir dirbu.
ML. Ir visai baigiant pokalbį. Ar Jūsų pavardė kilusi ne iš gatvės, kurioje gyveno garsusis seklys Šerlokas Holmsas, pavadinimo?
T. Beikeris. (Juokiasi.) Visai galimas dalykas, kas ten žino. Galiu pasakyti tik tiek, kad mano senelis gyveno Anglijoje ir iš ten į JAV atsivežė savo pavardę, kuri man ir atiteko. Močiutė buvo švedė, o dar kiti du seneliai buvo vokietis ir kanadietė. Labai džiaugiuosi, kad Vilniuje galėjau dalyvauti fantastiškoje konferencijoje, už tai dėkoju organizatoriams.
Kalbėjosi Gediminas Zemlickas