Гусеница табачного бражника ест листья табака и выдыхает часть никотина, чтобы отпугнуть пауков. Яд, которым растение защищается от насекомых, одно из этих насекомых приспособило для собственной обороны. В любом ли табаке есть никотин? Почти всегда да - в любом, который выращивают ради листа.
В высушенном табаке бывает до 7,5% никотина, в махорке - до 14%. Табака совсем без никотина на поле не встретить. Его получают специально - селекцией, редактированием генов или извлечением никотина из готового листа.
Никотин делают корни, а хранят листья
Никотин вырабатывается в корнях табака. Оттуда он вместе с водой поднимается по сосудам в листья и стебли и копится в вакуолях - полостях клеток, заполненных соком. Из всех алкалоидов листа, то есть родственных никотину азотистых веществ, на него в большинстве сортов приходится больше 90%.
Зачем растению столько яда, выяснили в полевом опыте.
В 2004 году ученые Института химической экологии Общества Макса Планка почти лишили никотина дикий табак Nicotiana attenuata. Высаженные в штате Юта, такие растения потеряли от вредителей втрое больше листьев, чем обычные.
Через десять лет та же лаборатория Иэна Болдуина в Йене выяснила, как с этим ядом справляется гусеница табачного бражника Manduca sexta. Большую часть никотина она просто выводит. Но малую долю фермент CYP6B46 переносит из кишечника в гемолимфу, и гусеница выдыхает никотин через дыхальца. Волчьи пауки охотнее нападали на гусениц, у которых этот фермент отключили, и на тех, кто кормился табаком без никотина.
Есть ли никотин в любом табаке - виды и типы
Обе верхние границы, 7,5% для обычного табака (Nicotiana tabacum) и 14% для махорки (Nicotiana rustica), приводит Большая российская энциклопедия. Получается, что махорка может быть почти вдвое богаче никотином. При этом Большая советская энциклопедия называла для сухих листьев махорки разброс от 1 до 10%.
Внутри одного вида разброс не меньше. Обзор исследований табачных компаний 1960-1980 годов называет десятикратную разницу между типами табака обычным делом. У ориентальных табаков никотина около 1%, у тяжелых табаков воздушной сушки - около 5%.
Ответ «в любом» верен для табака, который выращивают на полях, но не для всего рода Nicotiana. У табака сизого, Nicotiana glauca, главный алкалоид - родственный никотину анабазин.
Где больше никотина в табаке - чем выше лист, тем больше
На одном растении никотин распределен неравномерно. Справочник Университета штата Северная Каролина дает такие значения для табака, который сушат горячим воздухом в камерах:
- первые листья у самой земли - 1,5-2%;
- нижние листья и середина стебля - около 2,5%;
- листья верхней половины стебля и верхушки - 3-3,5%.
Верхний лист бывает примерно вдвое богаче никотином, чем самый нижний.
Хозяин поля тоже может поднять содержание никотина. Самый известный прием - вершкование, когда у растения срезают соцветие. В опытах компании American Tobacco 1958 года листья без вершкования содержали 2,37% никотина, после вершкования - 2,89%. Когда вдобавок удаляли боковые побеги, листья содержали уже 3,30%. Влияет и азот - чем больше его получает табак, тем богаче никотином лист.
Что сушка и ферментация делают с никотином
После уборки никотина становится меньше. Научное исследование 2021 года сравнило разные способы сушки одного и того же табака сорта K326. Контрольные листья, быстро высушенные в вакууме, содержали 2,16% никотина. После сушки горячим воздухом осталось 2,06%, после воздушной - 1,73%, после солнечной - 1,71%.
Шведские производители снюса берут как раз лист воздушной и солнечной сушки. Компания Swedish Match отказалась от табака огневой сушки, при которой лист коптится в дыму, еще в 1990-е годы.
При ферментации никотина становится еще меньше. Еще в 1948 году исследователи описали, как при естественной ферментации сигарного табака никотин заметно разрушается. Сегодня известны бактерии и грибы, которые его разлагают.
Безникотиновый табак - селекция, гены и экстракция
Табак с низким содержанием никотина сначала получили селекцией. Растения с мутациями в двух генах, NIC1 и NIC2, генетики описали еще в 1970 году. Теперь способов несколько, и одни меняют само растение, а другие - уже собранный лист.
| Способ | Что делают | Сколько никотина остается | Кто и когда |
|---|---|---|---|
| Селекция | отбирают растения с мутациями в генах NIC1 и NIC2 | 10-20% от обычного | Легг и коллеги, 1970 |
| Редактирование генов | отключают шесть генов BBL методом CRISPR-Cas9 | меньше 1% от исходного сорта | Технический университет Дортмунда, 2019 |
| Пар и аммиак | обрабатывают готовый лист аммиаком и паром | около половины | компания RJ Reynolds, 1961 |
| Экстракция | вымывают никотин из листа углекислым газом под давлением | около 4% | Philip Morris USA, работа 2016 года |
Углекислый газ под высоким давлением ведет себя как жидкость и растворяет никотин. Тем же способом из кофейных зерен извлекают кофеин.
Дальше всех продвинулось редактирование генов. Юлия Шахтзик и Феликс Штеле из Дортмунда отключили у табака сорта Virginia шесть генов BBL, без которых никотин не синтезируется. Листья отредактированного табака содержат около 0,004% никотина от сухой массы, у исходного сорта - в сто с лишним раз больше. Чужой ДНК в таком табаке нет - для опытов отобрали растения, в которых не осталось вспомогательной вставки.
Никотин без табака
Следы никотина есть и у родственников табака по семейству пасленовых, например у картофеля и томатов, но в ничтожном количестве. Куда интереснее австралийский кустарник дубоизия Хопвуда, Duboisia hopwoodii. К табаку он не относится, но его листья содержат никотин и родственные ему алкалоиды.
Из листьев дубоизии аборигены Австралии в XIX и начале XX века готовили питури. Листья сушили, упаковывали в специально сплетенные сумки, и питури расходилось по торговым путям на территории в полмиллиона квадратных километров.
Люди давно заметили, против кого растение копит никотин. Министерство сельского хозяйства США в 1943 году выпустило сводку о том, как табаком и никотином травят насекомых, и начиналась она с публикации 1690 года. Последний никотиновый пестицид в стране, «никотиновый фумигатор» компании Fuller System, сняли с регистрации 1 января 2014 года. Гусеница табачного бражника пользуется тем же оружием до сих пор - только против пауков.
