Почему одни растения съедобны, а другие ядовиты?

Каждое растение у тропы укоренено и не сдвинется с места, даже если кто-то решил им пообедать. Убежать нельзя, отбиться некому — остаётся химия. Растение синтезирует не только сахара и белки для себя, но и вещества, от которых тому, кто попробует, становится плохо: у ландыша это гликозиды, останавливающие сердце, у лютика — жгучий сок, у чистотела — алкалоиды.

Но защищает растение не всё одинаково. Листья, стебли, корни и семена — вложение в собственное будущее, их берегут жёстко. Плод устроен наоборот: спелая земляника сладкая и яркая именно потому, что растению выгодно, чтобы её съели и разнесли семена. Мякоть — плата за доставку, и в ней яда нет. А листья той же земляники никто не ест.

Съедобность — не свойство растения. Она складывается из трёх вещей: какая у растения химия, кто её получает и сколько. Кора ивы содержит салицилаты, из которых родился аспирин; наперстянка даёт дигоксин, спасающий сердце; в большой дозе то и другое — яд.

Что сделать. Найдите у тропы ландыш и землянику. У ландыша ягоды красные и ядовиты — красный цвет здесь обращён к птицам, которым гликозиды не вредят. У земляники красный обращён ко всем. Один цвет — два разных договора.

Вторичные метаболиты. Основной обмен веществ — сахара, белки, жиры — у всех растений похож. А вещества «для отношений с внешним миром» — алкалоиды, гликозиды, танины, терпены — у каждого вида свои: их описано больше двухсот тысяч. Они не участвуют в росте и стоят растению дорого, до десятой части всего произведённого углерода. Это цена неподвижности.

Три способа быть несъедобным. Горечь и вяжущий вкус — танины и алкалоиды, они сигналят «не ешь» до того, как навредят. Механика — кремниевые волоски крапивы, шипы, жёсткие волокна. И яд без вкуса — сердечные гликозиды ландыша и наперстянки, которые не горчат заметно и потому опаснее всего.

1. один красный цвет — два разных договора
2. земляника: плод — плата всем за разнос семян
3. ландыш: ягода для птиц, яд для млекопитающих

Предположения, стоящие за картиной:

1. Растение защищает ткани тем сильнее, чем дороже их потерять — семя дороже листа, лист дороже мякоти плода.
2. Химия направлена против конкретных едоков: яд для насекомого может быть безвреден для птицы.
3. Доза решает: одно и то же вещество лечит в малом и убивает в большом.

Доза, повар и пациент. Съедобность — договор на троих. Что в растении — химия. Кто ест — у птицы, козы и человека разные ферменты: птицы едят ягоды ландыша без вреда, человек — нет. Сколько — правило Парацельса: всё яд, и всё лекарство, дело в дозе. На этом стоит вся кухня дикоросов: жёлуди вымачивают, чтобы вымыть танины; молодую крапиву ошпаривают — горячая вода ломает кремниевые волоски и разрушает муравьиную кислоту; картофель, позеленевший на свету, не едят из-за соланина.

Долгая медленная война. Деление на съедобное и ядовитое — срез древнего процесса. Растения миллионы лет вырабатывают новые молекулы против тех, кто их ест; травоядные в ответ отращивают ферменты, которые их разбирают; насекомые-специалисты научились не только терпеть яд, но и запасать его для собственной защиты — гусеница монарха ядовита для птиц ровно тем, что съела на молочае. Гонка вооружений без победителя.

Тот же принцип в других местах. Кофеин — инсектицид кофейного дерева, никотин — табака, капсаицин перца жжёт млекопитающих, но не птиц, которые разносят его семена. Лекарственная химия почти вся выросла из этой войны: аспирин, морфин, хинин, дигоксин, таксол — растительные яды в правильной дозе.

Сколько стоит защита. Растение делит углерод между ростом и защитой, и это измеримо. Конденсированных танинов в листьях дуба несколько процентов сухой массы, и их доля растёт в течение сезона: у только что распустившегося листа меньше 5 % и много азота, к концу лета танинов больше, а азота меньше¹. Общая картина описывается гипотезой баланса «рост — дифференциация»: чем медленнее растёт растение — на бедной почве, в тени, — тем больший процент оно тратит на защиту, потому что заново отрастить съеденный лист ему дороже. Быстрорастущие сорняки почти не защищены: им дешевле отрасти².

Доза как число. Мера ядовитости — доза, убивающая половину подопытных, $LD_{50}$, в миллиграммах на килограмм массы. У поваренной соли около 3000, у кофеина около 200, у никотина около 50, у дигоксина — единицы, у рицина из клещевины при инъекции — тысячные доли (через рот он слабее примерно в тысячу раз, поэтому сравнивать нужно одинаковые пути введения). Иначе говоря, между «приправой» и «ядом» лежит до шести порядков одной и той же шкалы (при разных путях введения), и на ней нет границы, есть только доза. Ребёнку массой 15 кг для той же реакции нужно в пять раз меньше, чем взрослому массой 75 кг, — потому дети и травятся ягодами первыми.

Почему ягода ландыша красная. Гликозиды ландыша — конваллятоксин и его родня — бьют по натриевому насосу сердечной мышцы млекопитающих; у птиц тот же фермент устроен иначе и почти нечувствителен. Красный цвет ягоды адресован птице — разносчику, а яд — человеку и другим млекопитающим с чувствительным ферментом (у крыс и мышей он, наоборот, устойчив к таким веществам), которые семена не разносят. Растение продаёт плод одним и отравляет для других, одной и той же ягодой.

Кто открыл. Что растения содержат вещества с сильным действием, знали всегда; что их можно выделить в чистом виде и взвесить, показал Фридрих Сертюрнер в 1804 году, получив морфин из опийного мака, — первый алкалоид. Из коры ивы в 1828 году Иоганн Бухнер выделил салицин, а в 1838-м Рафаэле Пириа получил из него салициловую кислоту; в 1897-м Феликс Хоффман в лаборатории «Байер» превратил её в ацетилсалициловую — аспирин³. Ивовую кору при лихорадке испытал ещё Эдвард Стоун: в 1763 году он доложил Королевскому обществу о лечении ею около пятидесяти больных. Рассказы о том, что в древности её применяли как обезболивающее, появились лишь после открытия аспирина, подтверждений им нет.

Границы этого рассуждения.

• Не всякая защита — против едоков. Часть вторичных веществ защищает от ультрафиолета, грибов и засухи; антоцианы, красящие осенний лист, — солнцезащитный экран.
• «Плод съедобен» — не закон. Плоды многих растений ядовиты для человека при съедобности для птиц; съедобность мякоти — договор с разносчиком, а не с нами.
• Термическая обработка не универсальна. Варка разрушает одни яды и не трогает другие: гликозиды ландыша переживают кипячение.
• Числа $LD_{50}$ — для лабораторных животных. Для человека их экстраполируют; индивидуальная чувствительность различается в разы.

О чём спорят. Гипотеза баланса «рост — защита» предсказывает, что растение в тени и на бедной почве защищено лучше, но проверки дают противоречивые результаты: у одних видов так, у других — наоборот. Часть экологов считает, что распределение защит объясняет не экономика углерода, а история: против кого именно растение эволюционировало последние тысячи лет. Спор о том, что предсказывает уровень защиты — среда или враги, — не закрыт².

Открытый вопрос. Почему одни растения ядовиты «для всех», а другие — узко, для одного класса едоков? Широкий яд дорог и бьёт по своим же опылителям; узкий дёшев, но обходится специалистами. Где проходит оптимум и почему у соседних видов он разный, теория пока не предсказывает.