Феромоны

Феромоны — это биологически активные вещества, выделяемые животными и некоторыми растениями в окружающую среду, которые служат для химической коммуникации между особями одного вида. В отличие от гормонов, действующих внутри организма, феромоны воспринимаются рецепторами других особей и вызывают у них специфические поведенческие, физиологические или метаболические реакции. Термин происходит от греческих слов «φέρω» (нести) и «ὁρμάω» (побуждать, возбуждать) и был введён в 1959 году немецкими биохимиками Адольфом Бутенандтом и Петером Карлсоном.

История открытия

Первые систематические исследования химической коммуникации у насекомых начались в конце XIX — начале XX века. В 1870-х годах французский энтомолог Жан-Анри Фабр описал привлекающее действие самок бабочек на самцов на расстоянии. Однако научное обоснование явления было дано лишь в середине XX века.

В 1959 году Адольф Бутенандт и Петер Карлсон выделили и идентифицировали первый феромон — бомбикол, который секретируется самками тутового шелкопряда (Bombyx mori) для привлечения самцов. За эту работу Бутенандт получил Нобелевскую премию по химии 1939 года (за исследования половых гормонов), а Карлсон — Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1967 года (за работы по зрению). В 1970-х годах были открыты феромоны у млекопитающих, в частности у мышей, где они регулируют размножение и агрессию.

Классификация феромонов

Феромоны классифицируют по вызываемому эффекту и химической структуре. Основные типы:

По функциональному действию

• Половые феромоны — привлекают особей противоположного пола, стимулируют спаривание. Пример: бомбикол у тутового шелкопряда.
• Агрегационные феромоны — вызывают скопление особей одного вида. Характерны для общественных насекомых (пчёлы, муравьи, термиты).
• Тревожные феромоны — сигнализируют об опасности, вызывают защитное поведение. У муравьёв и пчёл такие вещества выделяются при укусе.
• Следовые феромоны — оставляются на субстрате для обозначения пути к источнику пищи или гнезду. Используются муравьями и термитами.
• Территориальные феромоны — маркируют границы участка, предупреждают конкурентов.
• Феромоны-релизеры — вызывают немедленную поведенческую реакцию (например, привлечение).
• Феромоны-праймеры — вызывают долговременные физиологические изменения (например, подавление полового созревания у рабочих пчёл).

По химической природе

Большинство феромонов — это летучие органические соединения: спирты, альдегиды, сложные эфиры, терпены, стероиды. У млекопитающих часто встречаются стероидные феромоны (например, андростенон у свиней). У насекомых преобладают алифатические углеводороды и их производные.

Механизм действия

Феромоны воспринимаются специализированными рецепторами, расположенными в органах обоняния. У насекомых это усики и челюстные щупики, у млекопитающих — вомероназальный орган (орган Якобсона), расположенный в носовой полости. Сигнал от рецепторов передаётся в обонятельную луковицу и далее в гипоталамус, где запускаются нейроэндокринные реакции.

У человека вомероназальный орган редуцирован и, по современным данным, не функционирует как самостоятельный орган восприятия феромонов. Однако некоторые исследования предполагают, что определённые химические вещества (например, андростадиенон) могут влиять на настроение и социальное поведение, хотя механизм остаётся спорным.

Феромоны у насекомых

Насекомые — наиболее изученная группа в отношении феромонов. У общественных насекомых (пчёлы, муравьи, термиты) феромоны регулируют практически все аспекты жизни колонии: размножение, разделение труда, защиту, поиск пищи.

• Медоносные пчёлы (Apis mellifera) выделяют феромон матки — 9-оксо-2-деценовую кислоту, который подавляет развитие яичников у рабочих пчёл и привлекает трутней. Феромон тревоги (изоамилацетат) выделяется при укусе и мобилизует других пчёл на защиту.
• Муравьи используют следовые феромоны для прокладки маршрутов к источнику пищи. Например, муравьи-листорезы (Atta) выделяют вещество, которое сохраняется до нескольких часов.
• Тутовый шелкопряд (Bombyx mori) — классический объект: самка выделяет бомбикол, самец улавливает его на расстоянии до нескольких километров.

Феромоны у млекопитающих

У млекопитающих феромоны играют важную роль в размножении и социальном поведении. Наиболее изучены:

• Мыши (Mus musculus): самцы выделяют в моче андростенон и другие стероиды, которые привлекают самок и стимулируют у них течку. Феромоны также регулируют блокировку беременности (эффект Брюса) — при контакте с чужим самцом беременность может прерываться.
• Свиньи (Sus scrofa): самцы (хряки) выделяют андростенон и скатол, которые вызывают у самок (свиноматок) рефлекс неподвижности, необходимый для спаривания. Этот феромон используется в животноводстве для выявления охоты.
• Собаки (Canis lupus familiaris): самки в период течки выделяют летучие жирные кислоты, привлекающие кобелей.

Феромоны у человека

Вопрос о существовании и роли феромонов у человека остаётся дискуссионным. С одной стороны, у человека имеется вомероназальный орган, но он редуцирован и не содержит функциональных нейронов. С другой стороны, ряд исследований показывает, что некоторые химические вещества могут влиять на поведение и физиологию.

• Андростадиенон — стероид, содержащийся в поте мужчин. В экспериментах он повышал настроение и уровень кортизола у женщин, а также влиял на оценку привлекательности мужчин. Однако результаты не всегда воспроизводимы.
• Эстратетраенол — аналог женских половых гормонов, обнаруженный в моче беременных женщин. Предположительно, он может влиять на настроение мужчин.
• Копулины — смесь жирных кислот, выделяемых влагалищем в период овуляции. В экспериментах они повышали привлекательность женщин для мужчин.

Критики отмечают, что эффекты слабы, неспецифичны и могут быть объяснены обычным обонянием. Научный консенсус на 2024 год: у человека нет доказанных феромонов, аналогичных таковым у насекомых или млекопитающих.

Применение феромонов

Феромоны находят практическое применение в сельском хозяйстве, биологии и медицине.

В сельском хозяйстве

• Феромонные ловушки — используются для мониторинга и борьбы с вредителями (например, яблонной плодожоркой, непарным шелкопрядом). Ловушки содержат синтетический половой феромон, привлекающий самцов, что снижает численность популяции.
• Метод дезориентации — распыление феромонов в воздухе мешает самцам находить самок, что приводит к снижению спаривания. Применяется против хлопковой совки и виноградной листовёртки.

В животноводстве

• Синтетические феромоны (например, андростенон) используются для выявления охоты у свиноматок, что повышает эффективность искусственного осеменения.
• Феромоны для собак — применяются для снижения стресса и коррекции поведения (например, успокаивающие феромоны для щенков).

В биологии

• Изучение поведения — феромоны используются для анализа механизмов коммуникации, эволюции и экологии видов.
• Биотехнология — синтез феромонов для создания экологически безопасных средств защиты растений.

Критика и ограничения

• Сложность идентификации — многие феромоны выделяются в ничтожных концентрациях, и их химический анализ требует сложного оборудования.
• Видоспецифичность — феромоны одного вида обычно не действуют на другие виды, что ограничивает их универсальность.
• Эффективность в полевых условиях — феромонные ловушки могут быть менее эффективны при высокой плотности популяции вредителей.
• Спорность у человека — коммерческие продукты, рекламируемые как «феромоны для привлечения», не имеют научного обоснования и часто являются мошенничеством.

Источники

• Бутенандт А., Карлсон П. «Химия феромонов». — М.: Мир, 1965.
• Wilson E. O. «The Insect Societies». — Harvard University Press, 1971.
• Wyatt T. D. «Pheromones and Animal Behavior». — Cambridge University Press, 2014.
• Brennan P. A., Keverne E. B. «Something in the Air? New Insights into Mammalian Pheromones». — Current Biology, 2004.
• Doty R. L. «Human Pheromones: Do They Exist?». — Chemical Senses, 2010.