Феромоны как химический язык

 

 

Сложные системы коммуникации в колониях насекомых

 

Если вам кажется, что распознавание партнеров при помощи химического сигнала уже достаточно сложное явление, посмотрите на общественных насекомых: их феромональная коммуникация куда богаче. Она опирается на целый химический язык, способный передавать самые разные типы информации.

Колонии социальных насекомых, таких как медоносные пчелы, осы, муравьи и термиты, состоят из огромного количества особей, поделенных на касты. У каждой касты есть свой круг задач, важных для выживания всего сообщества. Если вам когда-нибудь случалось заглянуть в улей или в муравейник, вы наверняка заметили, что каждая отдельная особь ведет себя очень целенаправленно, словно повинуясь четко сформулированным приказам, – совсем как рабочие на фабрике. Для такой эффективной организации труда необходим некий босс, надзирающий за всеми видами деятельности и обеспечивающий, чтобы каждый работник строго выполнял назначенные ему обязанности. Рабочие пчелы на протяжении своей жизни делают самые разные вещи: они кормят личинок, ухаживают за царицей, чистят соты, охраняют улей и, конечно, отправляются на сбор пыльцы и нектара [5]. Но кто же говорит каждой пчеле, чем она будет сегодня заниматься? Термиты строят огромные, сложно устроенные жилища – по человеческим меркам это настоящие небоскребы – с вентиляционными шахтами и сложной системой помещений, хотя у них нет ни главного архитектора, ни чертежей. Подземные галереи муравьев не уступают им ни в сложности, ни в организованности.

 

Муравейник как суперорганизм

 

Многие исследователи уже выдвигали для описания организованных сообществ и нашего мира в целом концепцию суперорганизма. Э.О. Уилсон и Берт Хёллдоблер отдали целую жизнь изучению муравьев и заслуженно считаются лучшими специалистами в этой сфере. Они применили идею суперорганизма к общественным насекомым и изучили сложную и захватывающую жизнь муравьев во всех деталях [6].

Сама мысль, что крупное сообщество особей одного вида, как у пчел и муравьев, можно рассматривать как суперорганизм, подразумевает, что тесные взаимосвязи внутри него дают на выходе устойчивую и воспроизводимую систему, позволяющую колонии действительно выступать как единый организм. Это похоже на клетки нашего тела, достаточно дифференцированные, чтобы выполнять разные специализированные задачи, но при этом постоянно сообщающиеся друг с другом; или на нейроны мозга, тесно связанные между собой и работающие заодно. Отдельные нейроны могут выполнять только какие-то очень простые задачи, но вместе, объединенные в сеть, они способны решать самые трудные проблемы.

Клетки организма и нейроны мозга дифференцируются согласно конкретным, приходящим изнутри приказам (часто отвечающим на внешние стимулы), которые включают в работу одни гены и выключают другие. Нейроны активируются и подавляются химическими сигналами других нейронов; общая слаженная работа всей системы на выходе дает поведенческий результат. В колонии социальных насекомых происходит постоянный обмен информацией при помощи химических сигналов – а конкретнее, феромонов, – каждый из которых имеет определенное значение и программирует особь на некие заранее заданные и предсказуемые действия.

Так можно ли считать колонию муравьев суперорганизмом? Ученые поломали немало копий на этот счет, но так до сих пор и не пришли к единому мнению. Природа знает системы разной степени сложности и разные уровни организации элементов в большие, комплексные организмы – от клеток какого-нибудь органа или тела в целом до муравьев в большом муравейнике. А ведь бывают еще и промежуточные формы вроде слизевиков! Это такие одноклеточные организмы, живущие собственной, независимой жизнью, пока в округе достаточно пищи. Как только с ней начинаются перебои, клетки собираются вместе и формируют единую систему, способную двигаться и находить пищу с помощью хеморецепции. Клетки при этом специфицируются и принимают самую разную форму: кто – ножек, а кто – плодового тела, способного производить споры. Слизевики – потрясающий пример того, как единичные клетки способны собираться в сложный организм с новыми функциями, и все это – в ответ на изменения окружающей среды.

Все эти примеры – клетки мозга, слизевики и муравейники – объединяет одно: их комплексное поведение есть результат изощренной химической коммуникации. Вспомните, как феромоны регулируют поведение полов у животных: поиск, ухаживание и спаривание. Но, так как жизнь насекомых не исчерпывается вопросами пола и подразумевает взаимоотношения между большим количеством особей, а не только между самцом и самкой в определенном узком контексте, им нужно больше разных феромонов, чтобы обмениваться информацией и отдавать и исполнять приказы.

 

Химическая коммуникация у социальных насекомых

 

Именно поэтому у насекомых имеются феромоны тревоги, предупреждающие других членов колонии об опасности, феромоны, указывающие путь к источнику пищи, и феромоны, маркирующие принадлежность особи к той или иной касте внутри системы и гнездо, в котором все они обитают. Когда два муравья встречаются на тропинке, они чаще всего останавливаются и внимательно обнюхивают друг друга, соприкасаясь антеннами. Так они опознают в собеседнике своего или чужака и могут рассказать, где в округе можно найти еду.

У медоносных пчел есть несколько желез, способных производить довольно широкий ассортимент феромонов. «Королевский феромон» эффективно подавляет созревание яичников у других особей, пока в улье есть матка: рабочие пчелы в итоге яиц не откладывают [7]. Но стоит королеве умереть, как подавляющий фактор отключается, и одна из рабочих пчел становится новой хозяйкой улья, обеспечивая продолжение жизни сообщества. Чтобы этот механизм гарантированно работал, ольфакторное послание должно быть достаточно летучим и исчезать вскоре после отключения обновлений. Этот феромон на самом деле состоит из смеси компонентов среднего размера. Основной среди них – кетокислота в десять атомов углерода (см. рис. 17) и плюс к ней – ее спирт и два ароматических соединения. Рабочие пчелы постоянно собирают с королевы этот коктейль и сами разносят по всему улью, передавая своим коллегам. Так «королевский феромон» держит в подчинении все домохозяйство, но, когда матка умирает, концентрация феромона падает и у ее подчиненных восстанавливается овуляция.

Эти же самые химикаты вкупе с другими ароматическими соединениями (конифериловым спиртом и кое-какими добавочными) составляют так называемый феромон свиты, который постоянно держит вокруг королевы группу фрейлин.

Еще один ольфакторный маркер наносится на яйца королевы и гарантирует, что кормить улей будет только тех личинок, что выведутся из них. Бывает, что рабочие пчелы тоже случайно откладывают яйца, но на них этого феромона нет, а потому их немедленно выбрасывают. Интересно, что из них вывелись бы самцы-трутни, совершенно бесполезные для колонии в обычных обстоятельствах. А вот когда королева умирает, они сразу становятся нужны, чтобы оплодотворить ее преемницу.

Другие выделяемые пчелами вещества служат феромонами тревоги. Это тоже высоколетучие соединения, которые рассеиваются в воздухе, как только опасность минует. Когда пчела жалит врага, она выделяет сладкий запах банана: его дает довольно сложный коктейль из амилацетата (рис. 17) и других эфиров. Этот феромон немедленно рекрутирует других пчел атаковать и жалить. Он чрезвычайно летуч, а потому распространяется и работает быстро – но так же быстро и исчезает, лишь только ситуация возвращается к норме. Есть и еще один феромон тревоги, продуцируемый другой железой и тоже летучий, – 2-гептанон (рис. 17). Он одновременно отпугивает чужаков и помогает маркировать локации, в которых нет пищи и куда незачем летать. Управляя секрецией разных веществ, пчелы и другие социальные насекомые оттачивают формулировку и смысл посланий, а благодаря своей летучести эти вещества задерживаются в окружающей среде на достаточное время.

 

Рисунок 17. Медоносные пчелы вырабатывают широкий ассортимент разных феромонов, с помощью которых контролируют сложную жизнь колонии. В верхнем ряду расположены некоторые компоненты «королевского эликсира» – смеси компонентов, выделяемой подчелюстными железами матки и среди всего прочего эффективно воспрещающей рабочим пчелам откладывать яйца. В среднем ряду – две небольшие молекулы, выделяемые в случае опасности. Они очень летучи и быстро исчезают, когда угроза минует. В нижнем – два эфира с длинными цепочками, входящие в детский феромон, который выделяют личинки, призывая рабочих пчел к обязанностям нянек.

 

У личинок тоже есть свой феромон – детский, состоящий из метиловых и этиловых спиртов разных жирных кислот, таких как этил пальмитат, метил линолеат (рис. 17) и других. Летучесть у них невысокая, так что запаха хватает надолго – это вполне соответствует его задаче: он побуждает рабочих пчел кормить личинок и заботиться о них. Но и это еще не все: этот феромон сообщает им информацию о возрасте и состоянии здоровья личинки, уточняя инструкции по уходу за потомством.

Помимо этой высокофункциональной системы химической коммуникации, где феромоны играют роль непреложных правил и обязательных к выполнению приказов, не стоит забывать и о роли обоняния вообще в жизни социальных насекомых. Пчелы постоянно имеют дело с множеством разнообразных запахов и рассказывают о своем опыте другим членам общины. Возвращаясь домой, пчелы-разведчики приносят на себе запах цветов, которые посетили; запах разносится по улью, и его мгновенно запоминают их соплеменники. Знаменитый пчелиный танец [8], рассказывающий о местах, где есть чем поживиться, часто прерывается антрактами, во время которых собравшие пыльцу и нектар пчелы потчуют ими тех, кто оставался дома. Эти паузы так кратки, что потенциальный реципиент часто успевает только понюхать угощение, но никак не отведать его. Получается, что повествование о цветущих лугах и пажитях, зашифрованное в фигурах танца, подкрепляется образцами ольфакторной продукции: пчелам буквально показывают, что именно им нужно искать в новых локациях, – как если бы нам с вами предлагали карту и маршрут и еще вдобавок показывали картинки, чтобы мы могли со всей уверенностью узнать место, куда должны попасть. Пчелы вместо визуальных картинок пользуются обонятельными. Столь интересный обычай опирается на способность представителей этого вида выучивать новые запахи и с величайшей точностью записывать их в память [9].

Химический язык муравьев тоже давно вызывает интерес у ученых. Как и пчелы, эти насекомые организованы в иерархические колонии, состоящие из королевы, собирателей, солдат и других специализированных рабочих. Сегрегация каст и назначение задач здесь тоже регулируются феромонами. Однако, в отличие от пчел, муравьи практически не летают. Они ходят пешком, а значит, могут отмечать феромонами длинные маршруты, показывая дорогу другим членам того же сообщества. Такие пахучие следы довольно летучи и держатся не очень долго. Пока в локации есть пища, муравьи постоянно ходят туда и попутно обновляют след свежими феромонами из расположенных на лапках желез. Как только ресурс оказывается полностью выбран и по тропе больше никто не ходит, след улетучивается, чтобы больше никого не ввести в заблуждение и не отправить к пустой кормушке. Более того, чтобы не тратить время соплеменников на бесплодные путешествия, муравьи ставят на таком маршруте дополнительный знак-«кирпич», и туда больше никто не ходит.

Интересно, как именно феромоны следа помогают муравьям находить кратчайший путь между двумя точками. Само собой, муравьи сперва пробуют разные маршруты. Направляясь к источнику пищи, они помечают дорогу феромонами вплоть до самой цели, а затем возвращаются домой, снова «подкрашивая» ее запахом. Самая короткая дорога по накоплению получает больше всего феромона: чем оптимальнее оказывается маршрут, тем сильнее он пахнет. Муравьи просто идут по самому пахучему следу – вот и весь секрет.

 

Химическое гражданство

 

Если особь из другой колонии попытается проникнуть в гнездо, в ней немедленно опознают врага и изгонят – или убьют. Между муравейниками часто случаются войны. Особи из побежденной колонии иногда попадают в плен – тогда их забирают в замок победителей. Там происходит массовое братание, все сообщество быстро и интенсивно трется плечами, и в новоприбывших, умащенных запахом новой родины, признают своих. Рабам фактически дают гражданство: они получают пахучую метку как своего рода паспорт. Этот букет в общем и целом представляет собой смесь углеводородов с длинной цепочкой – так называемых кутикулярных, которые производятся в клетках, расположенных непосредственно под кутикулой насекомого. Такой запах должен быть очень стойким и потому состоит из тяжелых углеводородов с 20–40 атомами в цепи. Большинство соединений такого рода твердые и имеют воскообразную консистенцию, а поэтому о запахе как таковом здесь говорить не совсем корректно: эти молекулы недостаточно летучи, чтобы достичь антенн по воздуху. Скорее, это некая форма вкуса, а еще точнее, контактная хеморецепция.

Суть в том, что у насекомых провести черту между обонянием и вкусом только по принципу органа восприятия невозможно. Млекопитающие обоняют носом, а вкус ощущают языком. Насекомые же воспринимают запах в основном антеннами, а вкус – ртом и ногами, но в действительности картина даже еще сложнее. И обонятельные, и вкусовые сенсиллы, устроенные по-разному с анатомической точки зрения, у насекомых могут находиться на всех частях тела, включая яйцеклад и крылья.

 

Не одинокие, но и не компанейские

 

Тли, в отличие от муравьев, не социальные насекомые, так как не организуются в масштабные иерархические сообщества, однако жить все равно предпочитают большими группами, а потому нуждаются в феромонах, чтобы как-то общаться друг с другом. Помимо наших хороших знакомых, половых феромонов, единственное событие, о котором жизненно важно оповещать соплеменников, – это появление опасности, и тли выработали для этой цели очень сильное вещество.

Оно выделяется, когда в колонию вторгается хищник или возникает иная опасная для жизни ситуация. Тли мгновенно реагируют на этот сигнал и падают с листьев, чтобы вернуться к источнику пищи потом, когда опасность минует. β-фарнезен (рис. 18) – соединение, которым пользуются для этой цели большинство тлей; иными словами, это химическое «слово» – общее в нескольких разных диалектах. β-фарнезен – углеводород, и потому достаточно летуч. Это важное условие для того, чтобы сигнал прекратился, как только опасность сойдет на нет. Быстрое выключение сигнала дополнительно обеспечивается химической нестабильностью молекулы, особенно на солнечном свету.

 

Рисунок 18. Тли и саранча – не социальные виды насекомых, но это не мешает им жить вместе большими группами. Некоторые виды тлей пользуются β-фарнезеном в качестве феромона опасности – это общее «слово» в их разных химических диалектах. Саранча, в свою очередь, производит два редких в природе нитрила, чтобы стимулировать роение и сдерживать половое поведение.

 

Любопытно, что некоторые растения (например, дикий картофель) тоже освоили синтез β-фарнезена, только у них это продукт сложного вторичного метаболизма. Это счастливое стечение обстоятельств подарило им неуязвимость от тлей и, как следствие, дополнительное эволюционное преимущество. Разумеется, ученые немедленно занялись выведением генно-модифицированных растений, способных синтезировать β-фарнезен, что стало огромным подспорьем в деле защиты урожая от тлей и переносимых ими болезней.

Саранча тоже не считается социальным видом, но любит собираться большими компаниями и жить вместе. Их способность опустошать поля вошла в легенду. От стаи саранчи нет защиты – это настоящее бедствие, описанное еще в Библии. После них остается… нет, не потоп, но бесплодная пустыня.

На своем веку саранча переживает впечатляющие физиологические метаморфозы. Если ее правильно воспитывать, то, достигнув зрелости, она ведет одиночный образ жизни и ни в какие стаи не собирается. Все-таки оказавшись в компании себе подобных, саранчи становятся очень общительны и с удовольствием болтают между собой, хотя ни в какое структурированное сообщество при этом не организуются. В этом случае у них меняется физиология, а фенотипический цвет из зеленого становится коричневым (в случае восточного вида Locusta migratoria). Происходит также ряд модификаций на молекулярном уровне. Относительно недавно ученые обнаружили, что в этом превращении важную роль играет метилирование ДНК. Именно в этой форме саранча становится агрессивным опустошителем полей. Логично, что, если блокировать метаморфозу, это сильно уменьшит ущерб, который этот вид наносит сельскому хозяйству. Инициатором сложной последовательности биохимических процессов, ведущих в итоге к роению, является летучая молекула – ученым удалось идентифицировать ее у другого экономически важного вида, пустынной саранчи, Schistocerca gregaria. Эта молекула проста, но довольно необычна. Она называется фенилацетонитрил (см. рис. 18) и работает одновременно как феромон метаморфозы (потому что вызывает смену физиологической фазы) и феромон роения (так как заставляет трансформировавшуюся саранчу сбиваться в стаи). Это же самое соединение в относительно высоких концентрациях подавляет ухаживания, чтобы избежать однополых атак. Похожие вещества с необычной нитриловой группой, присоединенной к такой же необычной нафталеновой системе, вырабатывает и восточная саранча – и тоже пользуется ими в качестве феромонов.

Пока что наука не до конца расшифровала химический язык саранчи; рано или поздно дальнейший прогресс позволит нам вмешаться во внутривидовую коммуникацию и научиться не допускать роения. А до тех пор у нас есть шанс восхититься неожиданной сложностью этой системы, где один и тот же химикат может вызывать совершенно разные поведенческие реакции в зависимости от концентрации, контекста окружающей среды и физиологического состояния насекомого.

 

Учим иностранные языки

 

Владение иностранным языком несет несомненные преимущества. Оказавшись в незнакомой стране, умеющий читать таблички найдет дорогу в супермаркет и не останется голодным. Понимающий предупреждения об опасности вовремя спрячется и останется в живых. В условиях военного времени шпион, понимающий язык врага, может принести значительную пользу своим.

 

Запах добычи

 

Некоторые насекомые потрясающим образом научились понимать язык других видов, а местами и говорить на нем. Несмотря на свою очаровательную внешность, божьи коровки на самом деле свирепые хищники. Тли для них – любимый деликатес, который они научились вынюхивать по феромонам опасности, похожим или даже идентичным у многих видов тлей. β-фарнезен, уже знакомое нам вещество, тли выделяют при нападении врага, чтобы предупредить сородичей. Как ни парадоксально, феромон, задача которого спасти вид, на практике, наоборот, привлекает хищника и делает ситуацию еще хуже.

По тому же β-фарнезену колонии тлей отслеживают и муравьи, хотя в этом случае отношения между двумя видами устанавливаются куда более взаимовыгодные. Муравьи обожают сахаристые выделения тлей и поэтому держат целые стада этих малюток, за которыми тщательно ухаживают. Как им это удается?

Химические вещества, выделяемые муравьями из расположенных на ногах желез и известные как феромоны слежения, обладают еще одним полезным свойством: они успокаивают и подчиняют тлей. Порабощая этих насекомых и защищая их от божьих коровок, муравьи обеспечивают себе бесперебойные поставки сладкого лакомства.

Подобная привычка «подслушивать» адресованные кому-то другому химические сигналы часто встречается у паразитов и паразитоидов. Некоторые виды ос откладывают яйца в личинки или яйца мотыльков. Крошечная Trichogramma brassicae паразитирует на бабочке-капустнице Pieris brassicae. Она способна различать запах спарившихся самок. Почуяв его, она садится на самку и ждет, когда та отложит яйца, после чего немедленно откладывает в них свои. Этот запах на самом деле антиафродизиак, фенил ацетонитрил (по интересному совпадению это еще и феромон роения у саранчи, о котором мы совсем недавно говорили), которым самец помечает самку после спаривания, чтобы сделать ее непривлекательной для других самцов.

Детский феромон, выделяемый личинками медоносных пчел и служащий призывом «покорми меня!», к несчастью, оказывается орудием их же уничтожения. Детские вопли «слышат» самки клеща-паразита рода Varroa. Они забираются в ячейки сот за день до запечатывания и, таким образом, оказываются замурованы вместе с личинкой. Там клещ откладывает яйца и паразитирует на куколке. К тому времени как из ячейки выходит взрослая пчела, сильно ослабленная таким соседством, несколько клещей успевает полностью сформироваться и спариться, после чего сразу же приступают к поискам новых личинок-хозяев.

 

О людях и комарах

 

Куда бы вы ни отправились в путешествие, везде вас будут ждать комары. Они мастерски адаптируются к любым климатическим зонам, от тропиков до Арктики: главное, чтобы рядом была вода и животные, из которых можно пить кровь. Всем известно, какие комары надоедливые и как потом чешется место укуса. Впрочем, все это сущие пустяки по сравнению с серьезнейшими болезнями, которые они переносят – особенно в жарких странах. Малярия, желтая лихорадка, лихорадка денге, чикунгунья – из самых худших и уносят миллионы жизней каждый год [10].

 

Комары и кровь

 

Чтобы отложить яйца, комарихам нужно пообедать кровью в дополнение к их обычному вегетарианскому рациону. Как же они находят свою добычу? Разумеется, по запаху. Однако стратегия в целом несколько сложнее. На самом деле у комаров есть три показателя, по которым они находят живых существ: тепло, двуокись углерода и запах. Первые два сообщают насекомому, что животное определенно живо и дышит, а запахи дают о нем всякую дополнительную информацию. Комары – весьма разборчивые ребята, и разные их виды (а иногда даже и разные популяции) предпочитают питаться кто свиньями, кто мышами, кто птицами, а кто – человеком.

 

Репелленты против инсектицидов

 

Ученые всегда пытались понять, как можно сократить поголовье комаров, и в последнее время в этих исследованиях наметился серьезный прогресс. Вместо инсектицидов они пытаются ввести в оборот альтернативные тактики – прежде всего репелленты, которые можно наносить прямо на себя или применять для закрытых помещений. Но, увы, не все здесь так просто. Уже несколько десятилетий люди с известным успехом пользуются репеллентами с основой на ДЭТА (диэтилен-триамине) и икаридине – двух синтетических циклических аминах (см. рис. 19), которые работают только в довольно высоких дозах. Разнообразные лосьоны, спреи и карандаши должны содержать не менее 10–20 % активного вещества, а в некоторых случаях и все 40 %. Такая серьезная дозировка и нейротоксичность этих веществ, структурно очень близких к некоторым инсектицидам, заставили ученых искать им замену.

Натуральные вещества, содержащиеся в растительных эфирных маслах, часто пользуются большой популярностью из-за приятной, но, по сути, совершенно ложной идеи, что все натуральное безопасно. В продаже можно встретить свечи для помещений, ароматизированные цитронеллой, и различные спреи и кремы для тела с растительными экстрактами – в этом есть свой резон: сотни таких продуктов и их компонентов действительно эффективны против комаров, но проблема в том, что и здесь концентрации должны быть опасно высоки – никак не менее нескольких граммов на 100 миллилитров основы [11].

 

Рисунок 19. ДЭТА и икаридин – самые распространенные репелленты комаров. Опасения по поводу их нейротоксичности заставили ученых обратиться к натуральным отпугивающим веществам. Большинство эфирных масел и их составляющих – цитронеллаль, ментол, тимол, циннаматы и многие другие вещества, содержащиеся в цветах, травах и кулинарных специях, – действительно эффективно отпугивают комаров и прочих кровососущих членистоногих.

 

Ментол, тимол и эвгенол, с которыми мы познакомились в первой части книги, а к ним вдобавок эфирные масла шалфея, тимьяна, душицы и многих других трав действительно служат превосходными репеллентами – в очень высоких концентрациях. И снова интересное совпадение: среди самых активных (благодаря высокому содержанию непеталактона, полового феромона тлей) репеллентов почетное место занимает масло кошачьей мяты – его легко купить в соответствующих отделах магазинов. К несчастью, отпугивающие свойства таких масел стремительно падают с уменьшением концентрации; большинство натуральных веществ, считающихся репеллентами, в дозах меньше критических превращаются, наоборот, в аттрактанты. Так что запахи трав и цветов – цитраль, линалоол, гераниол и ментол – для комаров так же приятны, как и для нас. Не будем забывать, что питаются комары в основном нектаром; только самки и только перед откладыванием яиц испытывают потребность разнообразить свою диету свежей кровью.

Да, не так уж приятно узнать, что репеллент, которым мы себя обильно оросили, через некоторое время по мере выветривания превратится в аттрактант. Но так уж оно устроено в природе: двойному и противоречивому действию одного и того же пахучего вещества удивляться вообще-то не приходится. Помните, мы уже сталкивались с такой ситуацией, когда обсуждали кое-какие пищевые ароматы – приятные в следовых количествах в кулинарных деликатесах и отвратительные, стоит только концентрации превысить критическую отметку? Самым наглядным примером нам тогда послужили линейные альдегиды, ноненаль и нонадиеналь, которые придают огурцу свежий аромат, но превращаются в сущую гадость в высоких концентрациях, образующихся при распаде жиров. Так что давайте просто смиримся с тем фактом, что насекомые – не элементарно устроенные машинки, которые легко включить и выключить. Обработка ольфакторных сигналов в их очевидно крошечных мозгах включает довольно сложные процессы, а связь между периферийными сенсиллами и мозгом не назовешь ни прямой, ни понятной.

 

Вести опасности и смятения

 

На данном этапе было бы разумно задать себе простой вопрос: что такое вообще репеллент для насекомого? Ну, это если мы, конечно, хотим добиться успеха в нелегком деле распугивания комаров. Ответа на него может быть два. В широком смысле репеллентом является все, что помогает держать насекомое на расстоянии. Но с точки зрения биологии это будет химическое вещество, служащее сигналом опасности. Лучший пример такого узкого понимания – пресловутый β-фарнезен, феромон угрозы у тлей. Когда его синтезируют сами тли, он выделяется с конкретной целью – предупредить их соплеменников, что ситуация накаляется и может начать представлять угрозу для жизни. Следовательно, его можно с полным правом считать феромоном – жизненно важным посланием, – и, как все феромоны, оно начинает работать даже при очень низких концентрациях. Разумеется, β-фарнезен можно считать феромоном, только когда адресатами послания являются другие тли. Для других видов животных это будет просто запах, временами несущий полезную информацию – как, например, для божьих коровок, которые питаются тлями и находят их по запаху.

С этой точки зрения возможен ли вообще репеллент для комаров? Науке покамест неизвестно ни одно химическое вещество, которое сами комары производили бы в опасных ситуациях, – эдакий внутриплеменной сигнал тревоги.

На самом деле мы даже подозреваем, что у комаров такого феромона вообще нет. Пока что их удалось найти только у социальных видов – или хотя бы у тех, кто живет большими группами (тех же тлей), но без внутренней иерархии и организации. В таких случаях феромон просто предупреждает об опасности всех представителей вида, до которых долетит. У комаров отдельные особи между собой никак не общаются – за исключением спаривания, – а потому от феромона тревоги просто нет никакой практической пользы.

Однако случаются и такие ситуации, когда сигнал тревоги подает сам враг или хищник. Говоря о комарах, такой возможности исключать нельзя, хотя наука пока что не знает ни о каких соединениях, способных играть подобную роль… равно как и вообще о врагах, от которых комарам пришлось бы выработать особые методики защиты или способы бегства.

Короче говоря, если вы хотите воспользоваться отпугивающими свойствами натуральных веществ с их бесконечно разнообразными химическими структурами, для начала придется признать, что у комаров нет никакого специального сигнала опасности. Скорее уж соответствующие запахи – при условии, что их будут использовать в концентрациях, в тысячи и миллионы раз превышающих природные, – смогут сбить комаров с толку и замаскировать естественный запах из законной теплокровной добычи. Не почуяв съедобного, комар не станет к вам подлетать, – нет, он не испугается, ему будет просто неинтересно.

 

В поиске устойчивых репеллентов

 

А пока продолжается поиск новых, более эффективных репеллентов (особенно среди веществ натурального происхождения), можно попробовать как-то улучшить уже существующие продукты. Главная идея такого подхода – так модифицировать молекулу хорошего репеллента (цитронеллола или ментола), чтобы она стала менее летучей. Ее активности это не усилит, но зато менее волатильное соединение дольше продержится. К тому же такие продукты, не идентичные своим натуральным прототипам, с меньшей вероятностью превратятся для муравьев в аттрактанты, когда концентрация упадет.

И наконец, нам, возможно, стоит обратить внимание на два других сенсорных фактора, при помощи которых комары определяют местонахождение жертвы: температуру и углекислый газ. Вполне возможно, целостная методика по дезориентации комариной сенсорной системы окажется более эффективной и позволит взять этих опасных насекомых под контроль более эффективно, чем те, что пытаются работать только с запахом их добычи.

 

Заключение

 

Когда наука впервые открыла феромоны у насекомых, их посчитали чем-то вроде волшебной палочки, которая просто позволит нам включать и выключать поведенческие реакции и манипулировать этими животными, как крошечными роботами. С тех пор утекло много воды. Теперь мы знаем, что насекомые – очень сложные организмы, которые общаются с себе подобными и окружающей средой при помощи хемочувствительного инструментария, гораздо более специфицированного и тонко настроенного, чем все наши высокотехнологичные приборы. Обвести их вокруг пальца нашими примитивными химикатами – задача совсем не простая, как уже наглядно продемонстрировали во многом провальные попытки отпугивать комаров репеллентами и защищать сельскохозяйственные урожаи феромонами. С точки зрения химии насекомые достигли больших высот в синтезе весьма проблематичных молекул, таких как хиральные феромоны и сложные углеводороды, на которые у профессионального химика-органика ушли бы месяцы напряженного труда. Точно так же мастерски они анализируют комплексные смеси и выявляют критически важные компоненты среди тысяч других веществ – в природе такое встречается сплошь и рядом.

Социальные насекомые с их богатым ассортиментом феромонов, включающихся и выключающихся точно по расписанию, регулируют жизнь своих колоний и справляются с разными, подчас неожиданными проблемами потрясающе эффективно. Организованная работа тысяч пчел или миллионов муравьев, непрерывно обменивающихся дифференцированными химическими сообщениями, или слаженные действия термитов, возводящих огромные здания с системой комнат и вентиляционных шахт, подразумевают, что составляющие сообщество насекомые действуют как клетки единого организма, а их отдельные поступки в сочетании позволяют решать задачи уже совершенно другого и гораздо более высокого порядка.

В такой перспективе отдельные особи колонии уже совсем непохожи на винтики и шестеренки часового механизма. Образ жизни и действия такого суперорганизма очень пластичен; разные задачи назначаются индивидуальным насекомым в зависимости от текущего развития событий и формируемых им потребностей, как частных, так и общих. Поняв, как все это устроено, мы, возможно, сумеем наконец пролить свет на кое-какие базовые, но до сих пор не до конца изученные протоколы работы нашего собственного мозга, где каждый нейрон тоже выполняет отведенную ему роль и параллельно является способной адаптироваться частью целого. Следующим пользу от такого знания получит искусственный интеллект. Возможно, в сравнительно недалеком будущем нас ждут новые типы компьютеров, одаренные большей гибкостью и пластичностью «мышления», – совсем как коллективный разум колонии социальных насекомых.

 

 

6

Млекопитающие и феромоны

Запахи ранга и родства

 

Феромоны есть у всех классов и рангов животных филогенетического древа, от червей до рыб и от рептилий до млекопитающих. Даже у самых примитивных организмов – бактерий и дрожжевых грибов – размножение регулируется химическими секретами, которые можно со всеми основаниями называть феромонами. Птиц долгое время считали классом, полагающимся в нелегком деле поиска партнера больше на зрение и слух, чем на химическую коммуникацию. До некоторой степени это действительно правда – иначе зачем самцам были бы нужны ярко окрашенное оперение, брачные танцы и вокальная виртуозность? Однако недавние научные данные подтверждают, что по крайней мере у некоторых видов – преимущественно водных – феромоны играют заметную роль в общении между полами. Кроме того, у птиц есть области жизни, в которых обоняние очень важно: с его помощью ориентируются в пространстве почтовые голуби, буревестники и другие морские птицы. В этой главе мы с вами сосредоточимся на феромонах млекопитающих и подробно изучим несколько любопытных примеров того, как они работают.

С феромонами насекомых у нас вопросов нет, равно как и с очевидными поведенческими реакциями на них, а вот феромоны млекопитающих до сих пор в некотором отношении терра инкогнита, где анализировать и интерпретировать ответы на химический импульс в категориях феромональной коммуникации по-прежнему приходится с большой осторожностью [1]. В большинстве своем ученые согласны, что у некоторых видов животных определенное стандартное поведение вызывается летучими веществами, выделяемыми особями того же вида (и, следовательно, классифицируемыми как феромоны), но некоторые представители академического сообщества решительно возражают [2]. Основной аргумент против заключается в том, что мозг млекопитающих устроен гораздо сложнее, чем у насекомых, и его ответ на любой тип сигнала нельзя считать ни прямым, ни автоматическим, так как он является результатом комплексной обработки, задействующей и другие сенсорные каналы. С одной стороны, это чистая правда, и у высокоорганизованных животных связь между феромоном и поведенческой реакцией становится и слабее, и тоньше, но с другой – во многих случаях мы наблюдаем у них очень четкие и «прописанные» реакции на выделяемые другими особями того же вида химические вещества, которые можно уверенно классифицировать как феромоны.

Напомним, что феромоны, в отличие от других пахучих веществ, специфицированы по виду. Это означает, что определен