Феромоны и их влияние на метаболизм противоположного пола

Содержание

Введение.

Открытие феромонов.

Определение, виды и типы феромонов по воздействию.

Механизм действия феромонов.

Применение феромонов.

Заключение.

Список используемой литературы.

Введение

Представьте, что вы голодны - не так чтобы очень сильно, но мысль о еде все настойчивее вас посещает. И вдруг доносится восхитительный аромат чего-то жареного. Моментально, словно кто-то нажал невидимую кнопку, рот наполняется слюной, желудок "подает голос", а чувство голода становится нестерпимым. Проследить связь между запахом и физиологической реакцией (слюноотделение, выделение желудочных соков) в данном случае несложно, однако стоит убрать запах (вернее, осознанную регистрацию запаха), и все происходящее станет совершенно непонятным.

Наверное, каждый может вспомнить случаи, когда запахи оказывали влияние на наши решения, настроения, предпочтения и даже самочувствие. А между тем до недавнего времени ученые уделяли мало внимания исследованиям обоняния у человека, считая нос гораздо менее важным органом чувств, чем глаза или уши. В существование же у человека феромонов - веществ, управляющих поведением практически всех известных животных, включая млекопитающих, насекомых, рыб и рептилий (до сих пор нет полной уверенности насчет птиц), и подавно верили единицы. Согласно господствующей в науке точке зрения феромоны утратили свое значение в процессе эволюции человека, поэтому производство этих веществ и реакции на них остались в далеком "животном" прошлом. Однако в последние годы отношение к обонятельному анализатору человека стало меняться - появились веские основания утверждать, что роль обоняния в нашей жизни до сих пор была незаслуженно занижена. Соответственно пришлось пересмотреть и отношение к человеческим феромонам.

Открытие феромонов

В XIX веке французский натуралист Жан-Анри Фабр обнаружил, что самка мотылька Saturnia pavonia может привлечь десятки самцов мотыльков в комнату, где она находится. Фабр предположил, что самка посылает самцам какие-то химические сигналы, которые человек не может уловить, однако проверить его предположение в те времена никто так и не смог. Лишь в конце 50-х годов XX века группе немецких ученых под руководством Адольфа Бутенандта удалось экстрагировать секрет желез самок бабочек шелкопряда (Bombyx mori), разобрать его на составные компоненты методом хроматографии и показать, что лишь на одно из полученных веществ самец реагирует так же, как на присутствие самки (трепетанием крыльев). Чтобы получить 6 граммов этого вещества, потребовалось 500 тысяч бабочек.

В 1959 году энтомологи Питер Карлсон и Мартин Лушер предложили называть феромонами (от греческого pherо - несу и hormао - возбуждаю) вещества, которые животное какого-либо вида выделяет в окружающую среду и которые вызывают определенные поведенческие или нейроэндокринные реакции у другого животного того же вида. Термин прижился и стал весьма распространенным не только в научной, но и в популярной прессе.

Ученым требовалось выявить "поведенческие особенности», которые являются действительно специфическими и не оставляют сомнений. Синджер и Фотеос Макридз из Вустерского «Фонда экспериментальной биологии», действительно нашли метод испытания, который работал с хомяками, но эксперимент будет трудно повторить с более крупными млекопитающими.

Эксперимент проводился следующим образом: сначала исследователи сделали анестезию самцу золотистого хомяка и поместили его в клетку. Туда же они поместили другого самца хомяка, не производя никаких действий над ним. Второй хомяк или игнорировал неподвижного незнакомца или хватал его за уши и таскал по клетке.

Затем исследователи повторили процедуру с обездвиженным самцом хомяка, которого они протерли вагинальным секретом самки хомяка. На этот раз реакция второго хомяка была совершенно другая: вместо того, чтобы игнорировать анестезированного самца, хомяк пытался спариться с ним.

В конечном счете, Синджер выделил белок, который вызывал это изменение в поведении хомяков. "Aphrodisin", как исследователи назвали его. Считается, что он является белком-носителем для меньшей молекулы, которая прочно прикреплена к нему и является реальным феромоном. Вещество, видимо, действует посредством вомероназального органа, так как хомяки самцы не реагировали на него, если их вомероназальные органы были удалены.

Есть много других веществ, которые имеют сильное действие на мелких млекопитающих, но задействованные в них феромоны не были точно идентифицированы.

Марта Макклинток, исследователь из Университета Чикаго проводила исследование менструальных циклов, основанных на данных, полученных от экспериментов с крысами. Когда она воздействовала на группу самок крыс переносимыми воздухом химическими сигналами от секретов, взятым во время различных эстральных фаз (циклов течки) других крыс, она обнаружила, что один набор сигналов значительно сокращал циклы крыс, в то время как другой набор удлинял их.

Самый прямой научный путь к пониманию феромонов и вомероназального органа (ВНО) может, еще раз, прийти через генетику. Работая с сенсорными нейронами ВНО крыс, Кэтрин Дулак и Ричард Аксель нашли новую группу генов, которые, "по-видимому, кодируют рецепторы феромона млекопитающим", в 1995. Аксель и команды Бак также нашли подобную группу в ВНО мышей.

Обе группы считают, что должны быть 50 - 100 особых генов этого вида в нейронах ВНО. С тех пор, команда Бак и Кэтрин Дулак нашли вторую группу вероятных рецепторов феромонов в ВНО млекопитающих; которая, также как ожидается, состоит из приблизительно 100 генов.

Как только гены этих рецепторов окончательно идентифицируют, станет относительно легко выяснить, существуют ли эквивалентные гены у людей. Ученые смогут тогда однозначно определить, присутствуют ли такие гены в человеческом носу. Если да, рецепторы могут стать научным ключом к пониманию непреодолимой тайны влечения между мужчинами и женщинами.

Определение, виды и типы феромонов по воздействию

Феромоны - биологически активные вещества, выделяемые животными в окружающую среду и специфически влияющие на поведение, физиологическое и эмоциональное состояние или метаболизм др. особей того же вида. Как правило, продуцируются специализированными железами. Особую группу феромонов составляют продукты внешней секреции, которые непосредственно регулируют процессы метаболизма и развития у других особей, действуя сходно с гормонами (например, некоторые компоненты «маточного вещества» домашней пчелы, которое вырабатывается маткой и тормозит развитие яичников у рабочих пчёл).

Феромоны не принадлежат к какому-либо одному классу химических соединений. Их строение (оно известно не для всех феромонов существование которых в принципе доказано) разнообразно. Феромоны могут быть представлены отдельными химическими соединениями, но чаще биологическое действие оказывает совокупность нескольких компонентов. Как правило, для биологического действия феромона характерна видовая специфичность, т. е. разные виды животных используют в качестве феромонов разные химические вещества или смеси с различным сочетанием компонентов (однако для видов, разделённых территориально, или с разными суточными, сезонными и т.п. периодами активности феромоны могут быть одни и те же вещества). В основном феромоны осуществляют химическую коммуникацию между особями одного вида. В некоторых случаях они несут добавочную функцию межвидовой связи. Так, паразитов могут привлекать феромоны хозяина.

Типы феромонов по воздействию делятся на два основных типа: релизеры и праймеры.

Релизеры - мощные стимулирующие феромоны, которые некоторые организмы могут использовать для привлечения брачных партнеров с расстояния до двух миль и более и побуждения к другим немедленным действиям. Такого вида феромоны обычно вызывают быстрый отклик, но они и быстро затухают. Например, кормящие крольчихи выделяют материнские феромоны, которые вызывают немедленный питательный отклик у ее крольчат. (низкомолекулярный компонент молока, вещество 2-метилбут-2-еналь (2МВ2)

В противоположность релизерам, феромоны - праймеры имеют более медленное воздействие, но более длительное действие. Праймеры вызывают изменение в развивающихся событиях, чем они отличаются от других феромонов, которые вызывают изменение в поведении. Например, специальный феромон, выделяемый пчелой-маткой подавляет половое развитие других пчёл - самок, превращая их в рабочих пчёл.

Различные виды феромонов

Феромоны объединения используются при защите от хищников, подборе пары и организации сопротивления от массовой атаки противников. С помощью феромонов объединения группа представителей одной дислокации обращается для объединения к своим сородичам либо одного пола, либо обоих полов.

Большинство половых феромонов продуцируются самками, и лишь небольшая их доля вырабатывается самцами. Производимые самцами половые аттрактанты называют феромонами объединения, поскольку они обычно сопровождаются прибытием представителей обоих полов в вызываемое место и увеличением плотности представителей этого вида в окружающем источник феромона пространстве.

Феромоны объединения были обнаружены у представителей жесткокрылых, полужесткокрылых, равнокрылых, тараканообразных и прямокрылых. Важность для насекомых феромонов апеллирующих к объединению была доказана на примере долгоносиков.

Использование феромонов объединения является одним из наиболее экологичных методов для селективного созыва в ограниченное пространство и последующего уничтожения вредителей. Они не токсичны и очень эффективны в мизерных концентрациях.

Феромоны тревоги . Некоторые биологические виды выделяют летучие вещества, при атаке хищником, которые могут вызвать у представителей того же самого вида, например, общий взлет (у тлей) или агрессию (у муравьев, пчел, термитов), у домашней пчелы одним из компонентов феромона тревоги служит изоамилацетат.

Феромоны тревоги существуют и у растений. Некоторые растения испускают такие феромоны, когда их касаются, что вызывает выработку танина соседними растениями, который делает их менее аппетитными для поедания травоядными.

Сигнальные феромоны - это вещества, выбросы, которых вызывают кратковременный отклик. Например, молекулы GnRH действуют как нейротрансмиттер у крыс, вызывая у самок позу совокупления, которая является поведенческой реакцией.

Информационные феромоны. Информационные феромоны указывают на идентичность животного или на территорию. Например, собаки и кошки наносят эти вещества в пределах и вокруг своей территории, что служит для других особей этого вида индикатором, что эта территория занята.

Территориальные феромоны Наносимые в пределах окружающей территории, указывают границы "принадлежащей" особи области. У собак эти феромоны присутствуют в моче, которой они помечают периметр заявленной территории.

Эпидейктические феромоны Что касается насекомых, то у них обнаружены так называемые Эпидейктические феромоны, которые отличаются от феромонов территориальных. Фабр наблюдал как самки, откладывающие яйца в плоды помечают этими веществами свою кладку, чтобы сигнализировать другим самкам того же вида, что плод уже использован и им следует делать кладку в другом месте.

Следовые феромоны весьма распространены у социальных насекомых. Например, муравьи маркируют такими феромонами, которые представляют собой нелетучие углеводороды, свои тропинки. Некоторые муравьи отмечают феромонами свой след к еде. Такой след привлекает других муравьев и показывает им дорогу. Пока еда в источнике есть, феромоновый след будет постоянно обновляться другими муравьями, потому что иначе он быстро выветрится. Когда снабжение истощается, след тоже затухает. Затем, как минимум один муравей, отмечает эту сигнальную тропинку репеллентным феромоном, что означает: "эта дорожка уже не ведет к еде".

Половые феромоны. У животных половые феромоны показывают, что самка готова к спариванию. Самцы могут выделять феромоны, которые несут информацию об их виде и генотипе.

Один из наиболее хорошо изученных феромонов млекопитающих - андростенон, метаболит мужского полового гормона тестостерона. Андростенон содержится в моче и слюне кабанов (боровов), а также в моче и поте мужчин. У свиней андростенон вызывает необоримое желание совокупляться - самка призывно выгибает спину как в присутствии борова, благоухающего андростеноном, так и вдохнув запах андростенона, разбрызгиваемого из флакона.

Открытие копулинов, феромонов вагинального секрета самок, стало сенсацией. Во-первых, обнаружены они не у мотыльков или кроликов, а у макак-резусов, отдаленных родственников человека. Во-вторых, ученым удалось выделить копулины в чистом виде (ими оказались некоторые короткоцепочечные органические кислоты) и выяснить, что похожие вещества содержатся и в вагинальном секрете женщин. Было также показано, что один лишь запах копулинов приводит самца макаки в неописуемое возбуждение. Весьма скоро появились первые духи, содержащие копулины, которым, разумеется, была приписана волшебная сила. Увы, надежды на копулины, как и на другие человеческие феромоны, не оправдались. Все реакции, полученные в экспериментах на людях, были далеки от взрыва страсти, наблюдаемого у макак, и их можно было объяснить эффектом плацебо. Двойное слепое исследование (то, в котором ни экспериментатор, ни испытуемые не знали, используют ли они плацебо или копулины) показало, что копулины никак не влияют на людей.

Многие виды насекомых с помощью половых феромонов привлекают себе пару, при этом некоторые чешуекрылые (мотыли и бабочки) могут зафиксировать сигнал от потенциальной пары с расстояния до 10 километров. Половой феромон может задавать направление к особи противоположного пола в микроскопических количествах. Морские ежи выделяют феромоны в окружающую воду, тем самым посылают химический сигнал, который вызывает у других особей колонии команду к одновременной выработке ими половых клеток.

Еще Ч. Дарвин предположил, что сексуальный отбор - важная часть естественного отбора. Самцы, обладающие самым ярким оперением, самым громким голосом, самыми большими рогами и т.д., получают "прекрасную даму", а значит, возможность продолжить свой род. Сила и красота, производящие впечатление на самку, являются спутниками крепкого здоровья и залогом появления жизнеспособного потомства. Например, если феромонный сигнал слаб, то первыми на зов любви примчатся самые активные и легкие на подъем самцы, обладающие самым острым обонянием. С одним из них самка вступит в сексуальный контакт. У многих животных, живущих в сообществах со строгой иерархией, феромоны доминантных самцов способны подавлять репродуктивную активность подчиненных самцов, обеспечивая психологическую кастрацию слабых конкурентов. С другой стороны, и самки (этот феномен доказан для самок тараканов) чаще предпочитают запах доминантного самца.

Химическое строение половых феромонов установлено для многих видов насекомых, преимущественно из отряда чешуекрылых. Известные феромоны самок ночных бабочек относятся главным образом к ненасыщенным алифатическим сложным эфирам или спиртам. Половые феромоны самцов некоторых бабочек (т. н. афродизиаки) оказывают на самку «возбуждающее» действие, подготавливая к спариванию. Для ряда насекомых (многие виды клопов, мухи, тараканы, некоторые жуки) характерно скопление большого числа особей на ограниченной площади, обеспечиваемое т. н. агрегационными феромонами, которые наиболее изучены у вредителей леса - жуков-короедов.

Феромоны позвоночных животных изучены в меньшей степени. У рыб, хвостатых земноводных и пресмыкающихся установлено существование половых феромонов. У многих видов рыб в коже содержится феромон тревоги («вещество испуга»), высвобождающийся при повреждении кожи и вызывающий реакцию испуга у др. особей. Такой же механизм выделения феромонов тревоги обнаружен у головастиков жабы. Феромоны неизвестны у птиц.

В применении к млекопитающим строгое определение понятия феромоны трудно дать из-за особой сложности их поведения и недостаточного знания механизмов химической коммуникации. Накоплено значительное число фактов, устанавливающих влияние различных пахучих выделений млекопитающих на половое, материнское, территориальное, агрессивное поведение, на физиологическое и эмоциональное состояния. В половом поведении млекопитающих эти выделения могут не только обеспечивать простую функцию привлечения, но и контролировать более сложные процессы, связанные с размножением. Так, у некоторых грызунов определенные компоненты запаха самцов и самок влияют на течение овариального цикла, задерживая или ускоряя наступление эструса. У мышей известен эффект блокирования беременности под влиянием запаха «чужого» самца. Широко распространены у млекопитающих пахучие метки. Предполагают, что эти метки служат знаками, указывающими на занятость территории, а также могут нести индивидуальную информацию о животном, оставившем метку.

Рис.1.Химическое строение некоторых феромонов: 1 - половой аттрактант самки тутового шелкопряда; 2 - маркировочное вещество некоторых шмелей; 3 - афродизиак самца бабочки из семейства Danaidae; 4 - аттрактант самки непарного шелкопряда; 5 - компонент маркировочного секрета грызуна (монгольской песчанки); 6 (а, б, в) - 3 компонента агрегационного феромона жука-короеда из рода Ips; 7 - феромон тревоги муравьёв из рода Lasius.

Механизм действия феромонов

Обычно говорят, что феромоны не имеют запаха (именно поэтому в их существование так трудно поверить). Чтобы развеять этот миф, нужно сказать пару слов о том, как работает обонятельная система.

Обычные пахучие вещества регистрируются рецепторами обонятельного эпителия носовой полости . Если не вдаваться в подробности, то обонятельный рецептор представляет собой нервную клетку, один конец которой (дендрит) выходит в носовую полость, а другой (аксон) следует прямиком в мозг. Так что обонятельный нерв - это не что иное, как сплетенные вместе нервные волокна, идущие от отдельных рецепторов. Информация, полученная от торчащих наружу нервных окончаний, попадает в кору головного мозга, а также в часть мозга, которая заведует неосознанными реакциями, инстинктами - лимбическую систему. Лишь те импульсы, которые дошли до коры, воспринимаются как запахи, а все происходящее в лимбической системе остается - сокрытым.

Считается, что способностью взаимодействовать с лимбической системой обладают практически все запахи - информация от рецепторов каждый раз идет как в кору, так и в различные отделы лимбической системы. Таким образом, феромоны не пахнут лишь в бытовом смысле этого слова. На самом деле они реагируют с рецепторами и посылают в мозг сигналы, которые легко считываются подкоркой.

У рептилий и большинства млекопитающих в носовой полости есть еще одна вспомогательная полость - вомероназальный орган, или ВНО. Нервы, идущие от ВНО, несут импульсы во вспомогательную обонятельную луковицу, от которой импульсы следуют в подкорковые области мозга, в том числе в гипоталамус. У некоторых животных вход в полость ВНО располагается близко к границе ротовой и носовой полостей. Поэтому туда могут поступать как вещества, переносимые воздухом (обнюхивание), так и те, что поступают через рот.

Присоединение пахучих молекул к хеморецептивным белкам запускает каскад биохимических реакций, приводящих к возникновению потенциалов действия рецепторных клеток. После присоединения пахучих молекул к рецепторам происходит активация G-белков, а затем аденилатциклазы, что ведет к повышению внутриклеточной концентрации циклического аденозинмонофосфата, который активирует протеинкиназу. Ее фосфорилирующее действие на белки мембранных каналов для катионов приводит к открытию каналов, току катионов в клетку и деполяризации мембраны, являющейся рецепторным потенциалом первичного сенсорного нейрона. При деполяризации мембраны до критического уровня в сенсорном нейроне возникают потенциалы действия, служащие для передачи информации на следующий иерархический уровень обонятельной системы.

Еще одна разновидность G-белка в мембране хеморецепторных клеток связана с другим вторичным посредником - фосфолипазой. При ее активации образуется инозитол-3-фосфат, способствующий выходу из внутриклеточного депо ионов кальция, и диацилглицерат, активирующий протеинкиназу. Протеинкиназа фосфорилирует белки катионных каналов, определяя тем самым деполяризацию мембраны, а высокая концентрация ионов кальция повышает выделение химического медиатора сенсорным нейроном первого порядка.

Все первичные обонятельные нейроны имеют широкий спектр чувствительности и реагируют на многие пахучие вещества, в то же время разные рецепторные клетки отличаются индивидуальной чувствительностью к различным веществам (обонятельный профиль сенсорного нейрона). Каждый запах возбуждает одновременно большое количество рецепторов, индивидуальные особенности которых в совокупности создают неповторимую комбинацию, характерную именно для этого запаха. На этом, например, основана способность человека к различению сложных запахов, принадлежащих, например, двум разновидностям духов.

Кроме того, в животном мире щироко используется сочетание визуальных и обонятельных сигналов. Например, игуаны Dipsosaurus dorsalis обитают в жарких пустынях, где использование пахучих меток встречает большие сложности: летучие вещества, оставленные на горячем песке, слишком быстро испаряются, а более тяжелые субстанции трудно учуять издалека. Выходом из положения стали метки, сделанные тяжелыми молекулами, поглощающими свет в ультрафиолетовой области. Ориентируясь на ультрафиолетовые сигналы, игуаны находят метки и слизывают их.

Применение феромонов

феромон половой насекомое белок

Феромоны насекомых - вредителей, например, японского хрущика или непарного шелкопряда можно использовать для того, чтобы вызвать требуемое их поведение.

Ловушки с феромонами используются для обнаружения и мониторинга популяции насекомых во фруктовых садах. Феромоны используют и с целью регулирования популяции, создавая путаницу, которая нарушает процесс спаривания, или откладывания яиц.

Фермеры с помощью феромонов кабанов определяют наступление течки у свинок. Эти феромоны распыляют по свинарнику и те свинки, которые приходят в возбуждение показывают, что они готовы к оплодотворению. Кроме того, феромоны - потенциально эффективные средства управления поведением животных.

Заключение

Феромоны, словно ниточки, тянущиеся из внешнего мира и пробуждающие различные поведенческие (инстинктивные) и физиологические реакции, обеспечивают взаимодействие животных, принадлежащих к одному виду, а также управляют сложным процессом сексуального сближения. Однако, как бы ни хотелось нам заключить химию любви в пробирку и создать аромат, придающий нам неотразимую привлекательность, это пока невозможно - формула любви, не раскрытая Калиостро, остается загадкой и для современных ученых.

Список используемой литературы

1.Лебедева К. В., Феромоны насекомых и возможность использования их для борьбы с вредителями растений,

.«Журнал Всес. химического общества им. Д. И. Менделеева», 1973, т. 18, № 5;

.Левинсон Г., Терпеноидные феромоны и гормоны: их эволюция и биосинтез, «Успехи химии», 1974, т. 43, № 1;

.Киршенблат Я. Д., Телергоны - химические средства взаимодействия животных, М., 1974;

.Джекобсон М., Половые феромоны насекомых, пер. с англ., М., 1976; Chemicals controlling insect behavior, N. Y. - L., 1970; Chemical ecology, L. - N. Y., 1970; Pheromones, ed. by М. C. Birch, Amst., 1974.

Больше работ по теме: