Пестициды второго поколения.

Когда появились пестициды второго поколения, акцент сместился с биологических на химические методы контроля численности популяций насекомых-вредителей. Интересно, что первые успехи были достигнуты не в сельском хозяйстве, а на поприще общественного здоровья. Сэр Рональд Росс, британский врач, совершил революционное открытие, разглядев малярийного паразита в кишечнике комара рода Anopheles, который до этого пил кровь человека, больного малярией. Он доказал, что малярию переносят именно эти комары, и в 1902 г. получил за свою работу Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

К тому моменту, как достижения Росса получили всемирное признание, уже был синтезирован дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) – вещество, которое впоследствии оказалось превосходным средством для борьбы с малярийными комарами и не только. Однако его ценность как пестицида была обнаружена лишь спустя 37 лет, в 1939 г. ДДТ использовался для борьбы с малярией и тифом во время Второй мировой войны, и оказался настолько эффективным, что шведский химик Пауль Германн Мюллер, открывший его неизвестные доселе свойства, также заработал Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1948 г.

После открытия Мюллера американская промышленность очень быстро повернулась к ДДТ лицом. Его коммерческое производство, которого в 1943 г. еще практически не существовало, через два года достигло почти 1000 т в месяц. Кроме того, пестицид стал использоваться во многих других сферах, от борьбы с комарами в сельских и городских районах до применения в сельском хозяйстве для обработки полей и садов и борьбы с непарным шелкопрядом, а также в животноводческих и других отраслях, связанных с производством пищевых продуктов. Одним словом, ДДТ стал сенсацией.

Развитие ДДТ и многих других пестицидов второго поколения принесло огромную пользу по целому ряду причин. Во-первых, от применения некоторых из пестицидов первого поколения, в том числе ртути, мышьяка и свинца, пришлось отказаться из-за их высокой токсичности. А вещества вроде ДДТ сначала считались совершенно безвредными. Можно увидеть старые фотографии, где ДДТ распыляют прямо над пляжами, где играют дети. Во-вторых, некоторые из растительных средств первого поколения – например, сушеные цветы хризантемы – трудно было достать в больших количествах. Другие либо были малоэффективны, либо слишком быстро распадались и не могли дать долговременной защиты. Многие же из веществ второго поколения маслянисты и способны надолго задерживаться на растениях, их семенах или стенах домов (как ДДТ при его использовании против комаров и москитов), на которые их наносят. Более того, поскольку многие из этих веществ также содержат галогены (фтор, хлор и бром), они не так быстро разрушаются и долго остаются в активной форме. Наконец, их не нужно добывать или выращивать (как, например, те же хризантемы), пестициды второго поколения синтезируются в лабораториях из недорогих материалов. Синтез оказался настолько простым, что технология производства пестицидов больше не представляла проблемы, и эти вещества могли быть получены в больших количествах.

К несчастью, те же самые свойства, которые обеспечили популярность пестицидов второго поколения, оказались и их уязвимым местом, а также причиной разнообразных экологических проблем. Маслянистая (иными словами, липофильная) природа этих веществ позволяет им хорошо сохраняться не только на листьях или стенах, но и на коже, откуда с помощью белков-переносчиков они могут попадать в кровь. Липофильная природа ДДТ увеличила его эффективность как пестицида, облегчая проникновение в организм насекомых, где это вещество наносило свой токсический удар. Но при этом также хорошо он способен всасываться и в организм других видов, в том числе и человека.

Помимо липофильности, ДДТ обладает характеристиками, общими с другими галогенпроизводными, – то есть долго сохраняется в окружающей среде. Галогенпроизводные органические соединения содержат один или более атомов элементов из группы галогенов, в которую входят фтор, хлор, бром, йод и астат. В ДДТ содержится целых пять атомов хлора. Атомы галогенов обеспечивают ему долгую жизнь в природе, предотвращая разрушение не только при применении, но и при проникновении в организм. Поэтому свойства, гарантирующие его эффективность, в то же самое время делают его особенно опасным при попадании в окружающую среду.

Инсектициды типа ДДТ оказывают на насекомых летальное воздействие в целом так же, как природные нейротоксины: его молекулы атакуют нервную систему. Как уже обсуждалось выше, для функционирования нейрона необходимы мембранные белки, переносящие натрий, калий и кальций. Инсектициды, так же как змеиный яд и другие яды животного происхождения, могут либо стимулировать, либо блокировать активность этих белков, нарушая связи между клетками, что в конечном итоге ведет к смерти.

Пестициды, Рэйчел Карсон и «Безмолвная весна».

Учитывая сходство нервной системы насекомых и позвоночных животных, в частности птиц и млекопитающих, нет ничего удивительного в том, что повсеместное применение ДДТ начало приводить к гибели животных самых разнообразных видов. Для борьбы с непарным шелкопрядом на северо-востоке США ДДТ, иногда в смеси с машинным маслом, распылялся в огромных количествах в воздухе над сельскими, пригородными и городскими районами. Аналогичным образом его применяли для борьбы с так называемой голландской болезнью вязов, грибком, который переносится от дерева к дереву жуком – ильмовым заболонником. В XIX в. и начале XX в. вязы широко использовались для украшения городских улиц. Тесные посадки сделали их особенно подверженными заболеванию, которое было занесено в Северную Америку из Европы. Вязы начали гибнуть по всему северо-востоку США, и для их спасения начали применяться крайние меры, в том числе обработка большими количествами ДДТ, что привело к гибели огромного количества певчих птиц. Судьба несчастных птичек и стала для Рэйчел Карсон толчком к созданию ее знаменитой книги «Безмолвная весна», вышедшей в 1962 г.

Неудивительно, что главной темой книги стало кратковременное воздействие на дикую природу высоких концентраций пестицидов. Во-первых, гибель птиц, как уже говорилось, была масштабной и очевидной. В 1962 г. еще не существовало убедительных доказательств того, что ДДТ (и другие недавно появившиеся хлорорганические пестициды) оказывают косвенное воздействие на различные виды животных благодаря легкому переносу в окружающей среде и способности к биоаккумуляции по пищевым цепям. Единственным существенным исключением было исследование гнуса Чистого озера, описанное в главе 6, которое доказало, что биоаккумуляция ДДТ вызвала массовую гибель западноамериканских поганок. Надо сказать, что Карсон в «Безмолвной весне» не только осветила результаты этого исследования, но и отметила, что именно биоаккумуляция стала механизмом, приведшим к снижению численности крупных хищных птиц, в частности белоголового орлана, по всей стране.

Вскоре после публикации «Безмолвной весны» токсический эффект хлорорганических пестицидов, усиленный биоаккумуляцией, стал более очевидным. В США вымирали белоголовые орланы, а в британском отчете, выпущенном в 1963 г., сообщалось о сокращении популяции сапсанов, причем в южной Англии эти птицы вообще перестали размножаться. Была отмечена корреляция между использованием ДДТ и репродуктивными нарушениями, и британский натуралист Дерек Рэдклифф предположил наличие причинно-следственной связи. Была организована международная конференция по теме популяционной биологии сапсанов, на которой было показано падение численности сапсанов во всем мире. Хотя участники конференции не пришли к единому мнению о причинах этого явления, не было сомнений в том, что пестициды, в том числе ДДТ, сыграли свою роль.

Недостающее звено, связывающее ДДТ, биоаккумуляцию и снижение численности рыбоядных птиц и других хищников, было найдено в конце 1960-х гг. В США и Великобритании были проведены исследования толщины яичной скорлупы, которые дали одинаковые результаты. На обоих континентах обнаружилось значительное снижение веса скорлупы яиц, собранных после начала повсеместного применения ДДТ, по сравнению с яйцами, собранными до этого. Одна и та же тенденция была выявлена как у скоп с Лонг-Айленда, так и у белоголовых орланов из Флориды. В последующих механистических исследованиях было установлено, что истончение скорлупы происходит под воздействием ДДЭ, метаболита ДДТ, который нарушает транспорт кальция в железах, вырабатывающих скорлупу.

Итак, ученые доказали, что биоаккумуляция галогенорганических пестицидов наносит серьезный удар по птицам, занимающим верхнее положение в пищевых цепях водных экосистем. Но оказывают ли они такой же негативный эффект на хищных млекопитающих? В отличие от легко наблюдаемых и широко распространенных певчих и хищных птиц, хищные млекопитающие редко встречаются в городских и пригородных районах, и, если и обитают там, ведут скрытный образ жизни. Кроме того, в отличие от рыбоядных птиц, являющихся высшим звеном пищевых цепей, койоты, еноты, лисицы и скунсы всеядны и могут выживать неподалеку от человеческого жилья и связанных с ним пестицидов, не подвергаясь их воздействию через биоаккумуляцию.

Исключением оказались домашние кошки, особенно живущие на фермах и поедающие крыс, мышей и других полевых и домашних грызунов-вредителей. Домашние кошки умываются языком, и ДДТ, скапливающийся на их шерсти, может таким образом попадать в пищеварительную систему и далее в кровь. Так, например, в одной из боливийских общин в 1965 г. была отмечена вспышка геморрагической лихорадки, вызванная значительным ростом популяции крыс после того, как там умерли все местные домашние кошки. Как раз перед массовой гибелью кошек все дома в общине были обработаны ДДТ, и, скорее всего, причиной смертности стал именно этот пестицид, попадавший в организм хищников при вылизывании. Ткани одной из погибших кошек были исследованы на содержание ДДТ, и выявленная концентрация действительно оказалась достаточной для летального исхода.

Другой случай произошел на Борнео, где связь между кошками и применением ДДТ приняла неожиданный оборот. ДДТ распыляли на жилища туземцев для борьбы с комарами. Домашние кошки, занимавшие там место на вершине короткой наземной пищевой пирамиды, по всей видимости, начали умирать из-за ДДТ, так как поедали гекконов и тараканов, живущих в тростниковых крышах обработанных домов. Гибель кошек вызвала популяционный взрыв грызунов, которые уничтожили большое количество пищевых запасов. Из-за нехватки кошек в деревнях было принято решение о «кошачьем десанте»: их сбрасывали в пострадавшие районы на парашютах с грузовых самолетов. Это реальная история, подтвержденная документами. Однако биоаккумуляция ДДТ в короткой пищевой цепочке, приведшая к высокой смертности высшего хищника, подтверждается только личными рассказами и слухами, так как никакой систематической научной оценки проведено не было. Так что в данном случае биоаккумуляция ДДТ в наземных пищевых цепях является скорее легендой, чем историческим фактом.

На протяжении всей своей истории человек ведет борьбу с вредителями и паразитами. По крайней мере дважды ему удавалось серьезно осложнить им жизнь. Первый был связан с появлением минеральных и растительных пестицидов первого поколения, а второй, произошедший совсем недавно по историческим меркам, – с изобретением синтеза органических пестицидов. Производство этих средств борьбы развивалось вместе с другими технологическими достижениями. Органический синтез создал чудесную страну новых веществ, которые продолжают и продолжают появляться. Многие из оставшихся глав этой книги посвящены этим новым веществам и их влиянию на наше будущее.