Феромон (от древнегреческого φέρω ( phérō ) «нести» и гормон ) — это секретируемый или выделяемый химический фактор, который вызывает социальную реакцию у представителей того же вида . Феромоны — это химические вещества, способные действовать как гормоны вне тела выделяющей особи, чтобы влиять на поведение получающих особей. [1] Существуют феромоны тревоги , феромоны пищевого следа , половые феромоны и многие другие, которые влияют на поведение или физиологию. Феромоны используются многими организмами, от простых одноклеточных прокариот до сложных многоклеточных эукариот . [2] Их использование среди насекомых было особенно хорошо задокументировано. Кроме того, некоторые позвоночные , растения и инфузории общаются с помощью феромонов. Экологические функции и эволюция феромонов являются основной темой исследований в области химической экологии . [3]
Слово -контейнер «феромон» было придумано Питером Карлсоном и Мартином Люшером в 1959 году на основе греческого φέρω phérō («я несу») и ὁρμων hórmōn («стимулирующий»). [4] Феромоны также иногда классифицируются как эктогормоны. Ранее их исследовали различные ученые, включая Жана-Анри Фабра , Джозефа А. Линтнера , Адольфа Бутенандта и этолога Карла фон Фриша , которые называли их разными именами, например, «веществами тревоги». Эти химические посланники транспортируются за пределы тела и влияют на нейроцепи , включая автономную нервную систему с опосредованными гормонами или цитокинами физиологическими изменениями, воспалительной сигнализацией, изменениями иммунной системы и/или изменением поведения у реципиента. [5] Они предложили этот термин для описания химических сигналов от особей своего вида , которые вызывают врожденное поведение, вскоре после того, как немецкий биохимик Адольф Бутенандт охарактеризовал первое такое химическое вещество, бомбикол , химически хорошо изученный феромон, выделяемый самкой шелкопряда для привлечения самок. [6]
Агрегационные феромоны выполняют функцию выбора партнера , преодоления сопротивления хозяина путем массового нападения и защиты от хищников. Группа особей в одном месте называется агрегацией, независимо от того, состоит ли она из одного пола или обоих полов. Вырабатываемые самцами половые аттрактанты были названы агрегационными феромонами, потому что они обычно приводят к прибытию обоих полов на место призыва и увеличивают плотность конспецификов, окружающих источник феромонов. Большинство половых феромонов вырабатываются самками; только небольшой процент половых аттрактантов вырабатывается самцами. [7] Агрегационные феромоны были обнаружены у членов Coleoptera , Collembola , [ 8] Diptera , Hemiptera , Dictyoptera и Orthoptera . В последние десятилетия агрегационные феромоны оказались полезными в борьбе со многими вредителями, такими как долгоносик ( Anthonomus grandis ), гороховый и фасолевой долгоносик ( Sitona lineatus , а также долгоносики запасов ( например, Sitophilus zeamais , Sitophilus granarius и Sitophilus oryzae ). Агрегационные феромоны являются одними из наиболее экологически избирательных методов подавления вредителей. Они нетоксичны и эффективны при очень низких концентрациях. [9]
Некоторые виды выделяют летучее вещество при нападении хищника, которое может вызвать бегство (у тлей ) или агрессию (у муравьев , пчел , термитов и ос ) [10] [11] [12] [13] [14] у представителей того же вида. Например, Vespula squamosa использует феромоны тревоги, чтобы предупредить других об угрозе. [15] У Polistes exclamans феромоны тревоги также используются в качестве оповещения о приближающихся хищниках. [16] Феромоны также существуют в растениях: некоторые растения выделяют феромоны тревоги, когда их поедают, что приводит к образованию танинов в соседних растениях. [17] Эти танины делают растения менее аппетитными для травоядных животных . [17]
Тревожный феромон был задокументирован у млекопитающих. Встревоженный вилорог , Antilocapra americana, распускает свои белые волосы на крестце и выставляет две очень пахучие железы, которые выделяют соединение, описываемое как имеющее запах, «напоминающий попкорн с маслом». Это посылает другим вилорогам сообщение как по зрению, так и по обонянию о надвигающейся опасности. Этот запах был замечен людьми на расстоянии 20–30 метров по ветру от встревоженных животных. Основным запахом, идентифицированным из этой железы, является 2-пирролидинон . [18]
Эпидейктические феромоны отличаются от феромонов территории, когда речь идет о насекомых. Фабр наблюдал и отметил, как «самки, которые откладывают яйца в эти плоды, оставляют эти таинственные вещества вблизи своей кладки, чтобы подать сигнал другим самкам того же вида, что им следует откладывать яйца в другом месте». Может быть полезно отметить, что слово эпидейктический , имеющее отношение к показу или демонстрации (от греческого «deixis»), имеет другое, но связанное значение в риторике, человеческом искусстве убеждения с помощью слов.
Территориальные феромоны, выделяемые в окружающую среду, отмечают границы и идентичность территории организма. Кошки и собаки выделяют эти феромоны, мочась на ориентиры, которые отмечают периметр заявленной территории. У социальных морских птиц железы копчиковой железы используются для маркировки гнезд, брачных подарков и границ территории с помощью поведения, ранее описываемого как « активность смещения ». [20]
Социальные насекомые обычно используют феромоны следа. Например, муравьи отмечают свои пути феромонами, состоящими из летучих углеводородов . Некоторые муравьи оставляют первоначальный след феромонов, когда возвращаются в гнездо с едой. Этот след привлекает других муравьев и служит в качестве ориентира. [21] Пока источник пищи остается доступным, посещающие муравьи будут постоянно обновлять след феромона. Феромон требует постоянного обновления, поскольку он быстро испаряется. Когда запас пищи начинает истощаться, создание следа прекращается. Фараоновы муравьи ( Monomorium pharaonis ) отмечают тропы, которые больше не ведут к еде, отпугивающим феромоном, который вызывает у муравьев поведение избегания. [22] Отпугивающие маркеры следа могут помочь муравьям проводить более эффективное коллективное исследование. [23] Армейский муравей Eciton burchellii является примером использования феромонов для обозначения и поддержания путей добычи пищи. Когда такие виды ос, как Polybia sericea, находят новые гнезда, они используют феромоны, чтобы привести остальную часть колонии к новому месту гнездования.
Стайные гусеницы, такие как лесная гусеница-колючка , оставляют феромонные следы, которые используются для группового передвижения. [24]
У животных половые феромоны указывают на готовность самки к размножению. Самцы животных также могут выделять феромоны, которые передают информацию об их виде и генотипе .
На микроскопическом уровне ряд видов бактерий (например, Bacillus subtilis , Streptococcus pneumoniae , Bacillus cereus ) выделяют в окружающую среду определенные химические вещества, чтобы вызвать «компетентное» состояние у соседних бактерий. [25] Компетентность — это физиологическое состояние, которое позволяет бактериальным клеткам брать ДНК из других клеток и включать эту ДНК в свой собственный геном, половой процесс, называемый трансформацией.
Среди эукариотических микроорганизмов феромоны способствуют половому взаимодействию у многочисленных видов. [26] К этим видам относятся дрожжи Saccharomyces cerevisiae , нитчатые грибы Neurospora crassa и Mucor mucedo , водная плесень Achlya ambisexualis , водный гриб Allomyces macrogynus , слизевик Dictyostelium discoideum , реснитчатое простейшее Blepharisma japonicum и многоклеточные зеленые водоросли Volvox carteri . Кроме того, самцы веслоногих рачков могут следовать по трехмерному феромонному следу, оставленному плывущей самкой, а мужские гаметы многих животных используют феромон, чтобы помочь найти женскую гамету для оплодотворения . [27]
Многие хорошо изученные виды насекомых, такие как муравей Leptothorax acervorum , моли Helicoverpa zea и Agrotis ipsilon , пчела Xylocopa sonorina , лягушка Pseudophryne bibronii и бабочка Edith's checkerspot выделяют половые феромоны для привлечения партнера, а некоторые чешуекрылые (мотыльки и бабочки) могут обнаружить потенциального партнера на расстоянии до 10 км (6,2 мили). [28] [29] Некоторые насекомые, такие как моли-призраки , используют феромоны во время спаривания на току . [30] Ловушки, содержащие феромоны, используются фермерами для обнаружения и мониторинга популяций насекомых в садах. Кроме того, бабочки Colias eurytheme выделяют феромоны — обонятельный сигнал, важный для выбора партнера. [31] У мучного хрущака Tenebrio molitor предпочтение самками феромонов зависит от состояния питания самцов.
Влияние вирусной инфекции Hz-2V на репродуктивную физиологию и поведение самок моли Helicoverpa zea заключается в том, что в отсутствие самцов они проявляли призывное поведение и кричали так же часто, но в среднем в течение более коротких периодов, чем контрольные самки. Даже после этих контактов инфицированные вирусом самки совершали много частых контактов с самцами и продолжали кричать; было обнаружено, что они производили в пять-семь раз больше феромона и привлекали в два раза больше самцов, чем контрольные самки в экспериментах в полетной трубе. [32]
Феромоны также используются пчелами и осами. Некоторые феромоны могут использоваться для подавления сексуального поведения других особей, что позволяет им иметь репродуктивную монополию — оса R. marginata использует это. [33] Что касается вида Bombus hyperboreus , самцы, также известные как трутни, патрулируют круги запаховых меток (феромонов), чтобы найти королев. [34] В частности, феромоны для Bombus hyperboreus включают октадеценол , 2,3-дигидро-6-трансфарнезол, цитронеллол и геранилцитронеллол. [35]
Морские ежи выделяют феромоны в окружающую воду, посылая химическое сообщение, которое побуждает других ежей в колонии одновременно выбрасывать свои половые клетки.
В растениях некоторые гомоспоровые папоротники выделяют химическое вещество, называемое антеридиогеном , которое влияет на половую экспрессию. Это очень похоже на феромоны.
Эта классификация, основанная на воздействии на поведение, остается искусственной. Феромоны выполняют множество дополнительных функций.
Высвобождающие феромоны — это феромоны, которые вызывают изменение в поведении реципиента. Например, некоторые организмы используют мощные молекулы-аттрактанты для привлечения партнеров с расстояния в две мили и более. В целом, этот тип феромона вызывает быструю реакцию, но быстро деградирует. Напротив, феромон-праймер имеет более медленное начало и большую продолжительность. Например, кролики (матери) высвобождают молочные феромоны, которые вызывают немедленное кормящее поведение у их детенышей. [20]
Праймерные феромоны вызывают изменение событий развития (в котором они отличаются от всех других феромонов, которые вызывают изменение поведения). Они были впервые описаны у Schistocerca gregaria Мод Норрис в 1954 году. [38]
Сигнальные феромоны вызывают краткосрочные изменения, такие как высвобождение нейротрансмиттера, который активирует ответ. Например, молекула ГнРГ функционирует как нейротрансмиттер у крыс, вызывая лордозное поведение . [5]
Рецепторы, ассоциированные с аминогруппами человека, представляют собой группу из шести рецепторов, сопряженных с G-белком (т. е. TAAR1 , TAAR2 , TAAR5 , TAAR6 , TAAR8 и TAAR9 ), которые, за исключением TAAR1, экспрессируются в обонятельном эпителии человека . [39] У людей и других животных TAAR в обонятельном эпителии функционируют как обонятельные рецепторы , которые обнаруживают летучие аминовые запахи , включая определенные феромоны; [39] [40] эти TAAR предположительно функционируют как класс феромонных рецепторов, участвующих в обонятельном обнаружении социальных сигналов. [39] [40]
Обзор исследований с участием животных, не являющихся людьми, показал, что TAAR в обонятельном эпителии могут опосредовать привлекательные или отталкивающие поведенческие реакции на агонист рецептора . [40] В этом обзоре также отмечено, что поведенческая реакция, вызванная TAAR, может различаться у разных видов (например, TAAR5 опосредует влечение к триметиламину у мышей и отвращение к триметиламину у крыс). [40] У людей hTAAR5 предположительно опосредует отвращение к триметиламину, который, как известно, действует как агонист hTAAR5 и обладает неприятным рыбным запахом, который отвращает людей; [40] [41] однако hTAAR5 не единственный обонятельный рецептор, который отвечает за обоняние триметиламина у людей. [40] [41] По состоянию на декабрь 2015 года [обновлять]отвращение к триметиламину, опосредованное hTAAR5, не изучалось в опубликованных исследованиях. [41]
У рептилий , амфибий и млекопитающих, не являющихся приматами, феромоны обнаруживаются обычными обонятельными мембранами, а также вомероназальным органом (ВНО) или органом Якобсона, который лежит у основания носовой перегородки между носом и ртом и является первой стадией вспомогательной обонятельной системы . [42] В то время как ВНО присутствует у большинства амфибий, рептилий и млекопитающих, не являющихся приматами, [43] он отсутствует у птиц , взрослых узконосых обезьян (ноздри направлены вниз, а не в стороны) и человекообразных обезьян . [44] Активная роль человеческого ВНО в обнаружении феромонов оспаривается; хотя он явно присутствует у плода, у взрослых он, по-видимому, атрофирован , сморщен или полностью отсутствует. Три различных семейства вомероназальных рецепторов , предположительно феромоновых сенсоров, были идентифицированы в вомероназальном органе, названные V1Rs, V2Rs и V3Rs. Все они являются рецепторами, связанными с G-белком , но только отдаленно связаны с рецепторами основной обонятельной системы, что подчеркивает их различную роль. [42]
Обонятельная обработка химических сигналов, таких как феромоны, существует во всех типах животных и, таким образом, является древнейшим из чувств. [ необходима цитата ] Было высказано предположение, что она служит выживанию, генерируя соответствующие поведенческие реакции на сигналы угрозы, пола и статуса доминирования среди членов одного вида. [45]
Более того, было высказано предположение, что в ходе эволюции одноклеточных прокариот в многоклеточные эукариоты изначальная феромонная сигнализация между особями могла эволюционировать в паракринную и эндокринную сигнализацию внутри отдельных организмов. [46]
Некоторые авторы предполагают, что реакции приближения-избегания у животных, вызванные химическими сигналами, формируют филогенетическую основу для переживания эмоций у людей. [47]
Мыши могут отличать близких родственников от более дальних особей на основе запаховых сигналов, [48] что позволяет им избегать спаривания с близкими родственниками и сводит к минимуму вредное инбридинг . [49]
Помимо мышей, было замечено, что два вида шмелей, в частности Bombus bifarius и Bombus frigidus , используют феромоны в качестве средства распознавания родственников, чтобы избежать инбридинга. [50] Например, самцы B. bifarius демонстрируют «патрулирующее» поведение, при котором они отмечают определенные пути за пределами своих гнезд феромонами и впоследствии «патрулируют» эти пути. [50] Неродственные репродуктивные самки привлекаются феромонами, откладываемыми самцами на этих путях, и самцы, которые сталкиваются с этими самками во время патрулирования, могут спариваться с ними. [50] Было обнаружено, что другие пчелы вида Bombus испускают феромоны в качестве прекопуляционных сигналов, например, Bombus lapidarius . [51]
Феромоны некоторых видов насекомых-вредителей, таких как японский жук , муравей-акробат и губчатая моль , можно использовать для отлова соответствующих насекомых в целях мониторинга, управления популяцией путем создания путаницы, нарушения спаривания и предотвращения дальнейшей кладки яиц.
Феромоны используются для обнаружения эструса у свиноматок . Феромоны хряка распыляются в свинарнике, и те свиноматки, которые проявляют половое возбуждение, считаются в настоящее время доступными для разведения.
В то время как люди в значительной степени зависят от визуальных сигналов, в непосредственной близости запахи также играют роль в социосексуальном поведении. Неотъемлемой трудностью изучения человеческих феромонов является потребность в чистоте и отсутствии запаха у участников-людей. [52] Хотя различные исследователи изучали возможность их существования, ни одно феромонное вещество никогда не было продемонстрировано для прямого влияния на поведение человека в рецензируемом исследовании. [53] [54] [55] [56] Эксперименты были сосредоточены на трех классах возможных человеческих феромонов: подмышечные стероиды, вагинальные алифатические кислоты и стимуляторы вомероназального органа , включая это исследование 2018 года, в котором утверждается, что феромоны влияют на сексуальное познание мужчин.
Подмышечные стероиды вырабатываются яичками , яичниками , апокриновыми железами и надпочечниками . [57] Эти химические вещества не являются биологически активными до полового созревания, когда на их активность влияют половые стероиды. [58] Изменение активности в период полового созревания предполагает, что люди могут общаться посредством запахов. [57] Несколько подмышечных стероидов были описаны как возможные человеческие феромоны: андростадиенол , андростадиенон , андростенол , андростенон и андростерон .
Хотя можно было бы ожидать, исходя из эволюционных соображений, что у людей есть феромоны, эти три молекулы еще не были строго доказаны, чтобы действовать как таковые. Исследования в этой области страдали от малых размеров выборки, предвзятости публикаций , ложных положительных результатов и плохой методологии. [66]
Класс алифатических кислот (летучие жирные кислоты как вид карбоновой кислоты ) был обнаружен у самок макак-резусов , которые производили шесть типов во влагалищных жидкостях. [67] Комбинация этих кислот называется «копулинами». Одна из кислот, уксусная кислота, была обнаружена во всех образцах влагалищной жидкости самок. [67] Даже у людей у трети женщин есть все шесть типов копулин, количество которых увеличивается перед овуляцией. [67] Копулины используются для сигнализации об овуляции; однако, поскольку овуляция у человека скрыта, считается, что они могут использоваться и по другим причинам, нежели сексуальное общение. [57]
Человеческий вомероназальный орган имеет эпителий , который может служить химическим сенсорным органом; однако гены, кодирующие рецепторы VNO, являются нефункциональными псевдогенами у людей. [52] Кроме того, хотя в человеческом VNO есть сенсорные нейроны, по-видимому, нет связей между VNO и центральной нервной системой. Связанная с ними обонятельная луковица присутствует у плода, но регрессирует и исчезает во взрослом мозге. Были некоторые сообщения о том, что человеческий VNO функционирует, но реагирует только на гормоны «специфическим для пола образом». Также были обнаружены гены рецепторов феромонов в обонятельной слизистой оболочке. [52] Не было никаких экспериментов, которые сравнивали бы людей, у которых отсутствует VNO, и людей, у которых он есть. Спорным является вопрос о том, попадают ли химические вещества в мозг через VNO или другие ткани. [57]
В 2006 году было показано, что второй подкласс рецепторов мыши обнаружен в обонятельном эпителии . Называемые рецепторами, ассоциированными со следовыми аминами (TAAR), некоторые из них активируются летучими аминами, обнаруженными в моче мышей, включая один предполагаемый феромон мышей. [68] Ортологичные рецепторы существуют у людей, предоставляя, как предполагают авторы, доказательства механизма обнаружения человеческих феромонов. [69]
Хотя существуют споры о механизмах, посредством которых функционируют феромоны, есть доказательства того, что феромоны действительно влияют на людей. [70] Несмотря на эти доказательства, не было окончательно доказано, что у людей есть функциональные феромоны. Эти эксперименты, предполагающие, что определенные феромоны оказывают положительное влияние на людей, опровергаются другими, показывающими, что они вообще не оказывают никакого влияния. [57]
Возможная теория, изучаемая сейчас, заключается в том, что эти подмышечные запахи используются для предоставления информации об иммунной системе. Милински и коллеги обнаружили, что искусственные запахи, которые выбирают люди, частично определяются их комбинацией главных комплексов гистосовместимости (ГКГС). [71] Информация об иммунной системе человека может быть использована как способ «полового отбора», чтобы самка могла получить хорошие гены для своего потомства. [52] Клаус Ведекинд и коллеги обнаружили, что и мужчины, и женщины предпочитают подмышечные запахи людей, чей ГКГС отличается от их собственного. [72]
Некоторые рекламодатели спреев для тела утверждают, что их продукция содержит человеческие сексуальные феромоны, которые действуют как афродизиак . Несмотря на эти заявления, ни одно феромональное вещество не продемонстрировало прямого влияния на поведение человека в рецензируемом исследовании. [57] [55] [ оспаривается – обсудить ] Таким образом, роль феромонов в поведении человека остается спекулятивной и спорной. [73]
Важно отметить, что три лиганда, идентифицированных для активации мышиных Taar, являются естественными компонентами мышиной мочи, основного источника социальных сигналов у грызунов. Мышиный Taar4 распознает β-фенилэтиламин, соединение, повышение уровня которого в моче коррелирует с увеличением стресса и стрессовых реакций как у грызунов, так и у людей. И мышиный Taar3, и Taar5 обнаруживают соединения (изоамиламин и триметиламин соответственно), которые обогащены в моче самцов по сравнению с самками мышей. Сообщается, что изоамиламин в мужской моче действует как феромон, ускоряя начало полового созревания у самок мышей [34]. Авторы предполагают, что семейство Taar имеет хемосенсорную функцию, которая отличается от обонятельных рецепторов с ролью, связанной с обнаружением социальных сигналов. ... Эволюционная модель семейства генов TAAR характеризуется специфической для линий филогенетической кластеризацией [26,30,35]. Эти характеристики очень похожи на те, которые наблюдаются в обонятельных GPCR и вомероназальных (V1R, V2R) семействах генов GPCR.
того, хотя некоторые TAAR обнаруживают отталкивающие запахи, опосредованное TAAR поведение может различаться у разных видов. ... Способность определенных TAAR опосредовать поведение отвращения и влечения предоставляет захватывающую возможность для механистического раскрытия кодирования валентности запаха.
В то время как мыши производят специфичные для пола количества мочевого ТМА и привлекаются ТМА, этот запах отталкивает крыс и вызывает отвращение у людей [19], что указывает на то, что должны быть видоспецифичные функции. ... Более того, гомозиготный нокаут мышиного TAAR5 отменил поведение влечения к TMA [19]. Таким образом, делается вывод, что сам по себе TAAR5 достаточен для опосредования поведенческого ответа, по крайней мере, у мышей. ... Вызывает ли активация TAAR5 TMA специфический поведенческий выход, такой как поведение избегания у людей, все еще необходимо изучить.
нейронаука изучает мозг.стр. 264 ...до сих пор не было никаких убедительных доказательств того, что человеческие феромоны могут [изменять] сексуальное влечение (для представителей любого пола) [естественным образом]