Паоло Пелоси - Обоняние [Увлекательное погружение в науку о запахах]

Другой феромон с рисунка 15, очевидно, производная аминокислоты, а конкретно – метилэфир лейцина, одной из 20 аминокислот, служащих строительным материалом для белков. Два оставшихся примера просто иллюстрируют разнообразие структур, встречающихся в словаре химического языка, на котором насекомые общаются внутри каждого отдельного вида. Уникальность посланий и их точная расшифровка системой-переводчиком обеспечивают надежное распознавание партнера для спаривания и помогают избежать бесплодных межвидовых союзов.

В целях увеличения понятности и точности сообщений половые феромоны обычно состоят из целого коктейля химических веществ: обычно двух-трех основных ингредиентов и целой компании остальных в следовых количествах. Эти сложные букеты больше похожи на целые предложения, чем на отдельные слова, – и они действительно в чем-то сродни китайским идеограммам. В классическом китайском бытовало правило, что всякое понятие должно быть выражено одним иероглифом; сегодня слова часто состоят из двух и даже трех иероглифов с взаимодополняющими или близкими значениями, чтобы конкретизировать смысл и избежать путаницы в разговорной речи, где одно звучание нередко соответствует совершенно разным понятиям.

Два ночных мотылька, Helicoverpa armigera (совка хлопковая) и Helicoverpa assulta (совка табачная), пользуются для своего феромонового коктейля одинаковыми соединениями, но в разных пропорциях (рис. 14). Оба компонента – линейные альдегиды по 16 атомов углерода, каждый – с одной двойной связью, но в первом случае – на девятой позиции, а во втором – на одиннадцатой. Те и другие бабочки пользуются смесью альдегидов в приблизительной пропорции 95:5, но в обратном соотношении. Сам факт распознавания столь малых различий в молекулярной структуре говорит о высокой чувствительности системы.

В других случаях различия могут оказаться даже еще тоньше, а система – еще чувствительнее. Бывает, что она способна различить молекулы, идентичные во всех отношениях… кроме зеркальной структуры. Этот феномен носит название «хиральность» (от греческого слова, обозначающего руку); он описывает молекулы, одинаковые по функциональным группам и по расположению атомов, но представляющие собой зеркальные отражения друг друга – как две руки. Молекулы, способные существовать вот в таких двух формах, называются хиральными соединениями. Предсказать, имеет ли молекула подобное свойство, можно, проверив ее симметричность. Симметричная молекула уникальна и, как любой симметричный предмет, полностью совпадает со своим зеркальным отражением.

Асимметричные молекулы в биологии – весьма распространенное явление, от аминокислот до сахаров; в большинстве случаев в природе существует только одна форма. Все аминокислоты, из которых строятся белки нашего организма, обладают одинаковой хиральностью. Все они разные, но общая структурная часть у них всегда ориентирована одним стандартным образом. Никаких зеркальных отражений организм сам не синтезирует. Сказанное верно и относительно сахаров, которые можно найти буквально где угодно, от самых простых молекул фруктов (глюкоза, фруктоза, сахароза) до длинных цепочек крахмала, целлюлозы и прочих полисахаридов.

Однако бывает и так, что в природе встречаются два зеркальных варианта одной молекулы. Такие соединения именуются энантиомерами и отличаются друг от друга наличием буквы (L – для левой ориентации; D – для правой) или знака (+ или —) перед названием. Такая нотация указывает на единственное физическое свойство, отличающее два энантиомера один от другого: способность поворачивать плоскость поляризации светового луча вправо или влево [5].

Когда в природе есть оба энантиомера какого-либо соединения, они обычно не происходят из одного источника. Иначе говоря, их синтез стереоспецифичен: данная ткань или организм способны производить только один изомер. Хороший пример – карвон, обладающий мятным запахом. В L-форме он содержится в листьях перечной мяты и отвечает за характерный запах этого растения.

D-форма содержится в семенах тмина и является важным компонентом его аромата. Это, наверное, лучший пример энантиомеров, которые для человека пахнут по-разному, но все-таки довольно похоже. Мы на самом деле не слишком хорошо различаем такие тонкие обонятельные нюансы и обычно воспринимаем оба энантиомера распространенных одорантов как совсем одинаковые или хотя бы сходные.

Зато у насекомых все по-другому. Их обонятельные органы без труда отличают феромон от его зеркального двойника – а все потому, что рецепторы настроены очень узко. Именно такими талантами может похвастаться непарный шелкопряд, с которым мы уже познакомились в начале этой главы. Едва успев открыть диспарлур, химики тут же придумали способ синтезировать это соединение в поистине промышленных количествах для нужд сельского хозяйства. Диспарлур может существовать в двух зеркальных формах, но мотылек производит себе в качестве феромона только одну. Первым делом ученые решили синтезировать рацемат, смесь обоих изомеров в пропорции 1:1 – куда более простую и дешевую в изготовлении. Ожидали, что продукт покажет пятидесятипроцентную эффективность, так как только один из двух энантиомеров представляет собой активное соединение. Как же они удивились, обнаружив, что из рацемата вышел очень плохой аттрактант, практически бесполезный для сохранения урожая. Штука была в том, что «неправильный» изомер оказался ингибитором и в значительной мере подавлял действие «правильного». Весьма вероятно, что именно этот механизм позволяет насекомым отличать сигнал присутствующей рядом самки своего вида от самок других видов, родственных, но к размножению непригодных.

Еще более наглядный пример любезно согласились предоставить два вида японских скарабеев – Popilia japonica и Anomala osakana . Оба пользуются одним и тем же феромоном, γ-лактоном на 14 атомов углерода, который называется японилур (см. рис. 15). Его запах мы с вами назвали бы фруктовым. Это вещество существует в двух зеркальных формах, и оба жука пользуются для своих целей и той и другой. Это совершенно не мешает им отличать сигнал самок своего вида от сигнала самок другого, потому что один энантиомер работает у них аттрактантом, а другой – репеллентом, только вот у двух видов эта раскладка меняется местами. Кстати, все известные науке половые феромоны можно найти в бесплатной базе данных [4].

Существуют феромоны-антиафродизиаки. Очень часто самец после спаривания оставляет на самке отпугивающий запах, который лишает других самцов всякого желания к ней приближаться. Очень интересно в этом отношении ведет себя микроскопическая оса Ooencryptus kuvanae – паразит непарного шелкопряда, которая откладывает яйца в яйца этого мотылька. Срок ее жизни крайне невелик, и потому самцы стараются как можно эффективнее использовать отпущенное им природой время: они спариваются с максимальным количеством самок. Однако, пока ты спариваешься с одной, остальных могут разобрать – так почему бы не забронировать себе побольше подруг для будущего секса? Взрослые особи кругом так и роятся, конкуренция очень велика; кавалеры отчаянно торопятся добраться до дам. В этих непростых условиях самцы разработали весьма любопытную стратегию: вместо того чтобы торопливо спариваться с самками по одной, они помечают сразу целый женский коллектив своим феромоном. Осаленная самка принимает только того самца, который оставил на ней свою подпись, а остальных избегает. Иными словами, каждый самец быстренько организует себе свой, и только свой, гарем, к которому сможет вернуться позднее, чтобы в спокойной обстановке докончить начатое. Природа феромона до сих пор не изучена, но, наблюдая за поведением вида, ученые пришли к выводу, что самец антеннами наносит его на антенны самки. Обычно антенны выступают в качестве органов чувств, которые принимают химические сигналы, а не отправляют их, но не всегда. Феромоновые железы были найдены на усиках пчел-отшельников, да и муравьи давно и успешно обмениваются информацией, касаясь усиками друг друга.