Что нам известно об окружающих запахах? Есть приятные и не очень, есть резкие и слабые... Для ученого-химика за запахом кроятся вещества, состоящие порою из достаточно простых молекул. А для биолога запах — это сигнал, посылаемый живыми организмами с помощью специальных веществ — феромонов. Пахучими химическими сигналами пользуются насекомые, подавляющее большинство животных, а также водоросли и даже низшие грибы. Сегодня ученые приходят к выводу о наличии «запахового паспорта», в котором «записаны» вид, пол и индивидуум.
Само слово «феромон» означает на древнегреческом «переносчик возбуждения». Исследования последних лет позволили обнаружить не только половые феромоны, но и феромоны агрессии, тревоги, а также следовые феромоны, которые предназначены для разметки территории и направления движения особей.
О том, что насекомые способны запахом привлекать особей противоположного пола, было известно еще более ста лет назад. Самцы махаона прилетают на запах самки за несколько километров. Для этого на голове насекомых есть специальные «запахоуловители» — антенны. У бабочек пядениц бывают самки, которые не имеют крыльев. Вылупившись, они так и сидят на стволах деревьев. Но эти бабочки издают очень сильный запах, и крылатые самцы сами прилетают к бескрылым самкам. Количества молекул феромона, вызывающих хемосигнал, поразительно малы. Уровень запаховой чувствительности недостижим для химических методов анализа и лучших масс-спектрометрических исследований. Например, самка непарного шелкопряда выделяет 0,01 мг аттрактанта. Он распространяется полосой 200 м на расстояние в несколько километров. Несколько тысяч молекул уже вызывают поведенческую реакцию! Феромонная коммуникация, по-видимому, более актуальна для ночных бабочек. Дневные бабочки видят друг друга по ярким крыльям, а вот ночью, когда темно, запах — одна из немногих возможностей найти друг друга. Современные энтомологи предполагают, и не без оснований, что механизм регуляции численности конкретного вида, основанный на хорошо известной из школьных учебников схеме «хищник-жертва»: хищник размножился — жертва пошла на убыль, жертвы стало мало — хищнику нечем питаться и он сбавляет численность и т. д., не является единственным. Дело в том, что численности хищника и жертвы плохо коррелируют: большие вспышки численности сменяются глубокой депрессией с некоторым запозданием. Тогда что же, если не эта привычная для нас схема? Ученые серьезно заговорили о том, что нарушение хемокоммуникации полов посредством химических сигналов может инициировать резкое изменение численности вида в ту или другую сторону. Так, чрезмерно высокая концентрация полового феромона в воздухе дезориентирует полет самца, и он не находит самку.
Есть и другой пример, который говорит не в пользу модели «хищник-жертва». Последние научные эксперименты с грызунами показали, что наряду с отпугивающим действием запах домашней кошки вызывает также значительные изменения репродуктивной функции грызунов: замедляется половое созревание хомячков, у мышей снижается размер помета и массы новорожденных, а соотношение полов в пометах сдвигается в пользу самцов.
В водной среде «узы» создаются тоже посредством хемокоммуникации. В аквариум, где находился байкальский бычок — желтокрылка, достаточно было капнуть одну капельку воды из другого аквариума, в котором жила самка бычка, чтобы через секунду бычок начал активно ее искать. Причем капали не рядом с бычком, а на существенном расстоянии от него. Получается, что достаточно всего несколько молекул феромонов, чтобы бычок их почувствовал. Это пример так называемого экологического хемомедиатора (передачи сигнала). Но феромоны можно назвать и хеморегулятором, так как они регулируют поведение конкретного живого существа. Можно привести другой пример воздействия феромонов-хеморегуляторов. Есть два типа рачков в биопланктоне. Одни — «мирные». Они едят только биопланктон, а другие — хищники. Они едят все, в том числе и первых рачков. Было обнаружено, что есть химические вещества, которые выделяют рачки-хищники, а мирные улавливают эти сигналы и, во-первых, стараются избегать хищников, а во-вторых, у мирных рачков даже строение меняется: вырастают шипы — острые иголки на поверхности тела, которые делают этих рачков менее легкой добычей.
О следовых феромонах написаны целые монографии, так как в следах, которые оставляют животные, содержится колоссальная информация. Например, муравей, нашедший пищу, возвращаясь в муравейник, метит тропинку определенным феромоном в очень маленьких концентрациях. Другие муравьи уже бегут по этому следу. Ученые шутят, что это — химическая нить Ариадны.
Запах хранит и «индивидуальную» информацию. Например, мыши распознают около 20 других особей «персонально». И в основном через химические сигналы. С помощью запаха мышь узнает, какого возраста встретившаяся ей особь, какая у нее степень тревожности, находится ли она в состоянии поиска партнера.
Саламандры (хвостатые амфибии) также способны отличить своего сородича от особи близкого вида, самца от самки, знакомую особь от незнакомой. Очень часто хвостатые амфибии имеют свои собственные участки, которые огораживают с помощью меток и защищают от других претендентов. Метки — это первый барьер для пришельца. Если он не обращает на них внимания, хозяин делает следующее предупреждение — принимает агрессивные позы. В ответ на них незваный гость может принять позу подчинения и отступить. В противном случае хозяин вынужден напасть на него. В своих баталиях саламандры стараются наносить удары по носовой части морды и по хвосту. Вероятно, потому, что железы, дающие возможность саламандрам метить свою территорию, находятся у основания хвоста и по бокам головы, на «щеках».
Последние научные эксперименты показали, что с помощью запаха грызуны способны различать пол не только своего, но и других видов, причем эта способность связана с воспитанием. Сирийские хомячки, выращенные вместе с крысами, запечатлевают запах приемных родителей и меняют обонятельную ориентацию: запах крыс становится для них более привлекательным. Но оказалось, что после первого «полового опыта» природа берет свое: хомячки «вспоминают» свой видовой запах.
Самыми сенсационными по праву считаются эксперименты, в которых было обнаружено влияние запаха больных грызунов на иммунную систему здоровых. При контактах группы животных, облученных ионизирующей радиацией (в нелетальных, то есть не вызывающих гибель, дозах) с необлученными у последних буквально через сутки отмечались нарушения иммунитета и ухудшение параметров крови. Как будто обе группы почти в равной степени подверглись ионизирующему воздействию. После нескольких лет упорного изучения обнаруженного эффекта удалось установить, что он обусловлен летучими веществами. Буквально на молекулы и атомы пришлось разбивать взятую на анализ мочу из облученного организма, чтобы выявить неизвестные ранее компоненты, которые отсутствуют у здоровых животных, но воспринимаются их обонянием и индуцируют опосредованные нарушения иммунологической реактивности и содержания некоторых элементов крови.
Сегодня учеными уже установлено, что механизмы восприятия запаха у различных видов позвоночных, насекомых и моллюсков одинаковы, хотя степень чувствительности может сильно различаться. По-видимому, запах может анализироваться с помощью весьма ограниченного набора основных принципов. Однако ученые до сих пор рассуждают о том, как идет развитие систем восприятия запаха: по сходному плану, под давлением естественного отбора или оно в основном запрограммировано в давно существующих генах и только развертывается в более или менее совершенной форме у животных разного уровня? Такой вопрос сейчас не выглядит крамольным и имеет под собой конкретные молекулярнобиологические основания. Например, совсем недавно ученые обнаружили удивительное сходство структуры генов, которые определяют развитие зрительной системы, но у неродственных животных: позвоночных и насекомых! Такое сходство трудно приписать происхождению от общего предка, поскольку в эволюции эти линии разошлись на довольно низком уровне и развивались параллельно. Возможно, это сходство — следствие какого-то принципа, мало еще учтенного современной биологией. Аналогичные вопросы стоят и в области изучения эволюции систем запаха. К тому же, анализ запаховой рецепции достиг уровня, позволяющего обсуждать механизмы процессов запахового восприятия на молекулярном плане.
Дополнительно:
Как они «чуют»: некоторые факты
Площадь, которую занимают обонятельные органы в организме собаки, составляет 64 см2, в организме акулы — 130 см2, кролика — 600 см2, а в организме человека — всего 5 (!) см2.
Обонятельные системы животных «обнаруживают» 10–100 молекул сигнального химического вещества, например полового феромона, примерно среди 2,7Х1019 молекул, составляющих 1 см3 воздуха.
Половой феромон самки непарного шелкопряда привлекает самца при концентрации 3Х10(-13) г вещества в кубическом метре воздуха. То есть самец «замечает» чуть ли не одну-единственную молекулу.
В опытах известного французского энтомолога Ж.А. Фабра самцы огромной грушевой павлиноглазки кружились вокруг пропитанного керосином непрозрачного колокола, под которым содержалась их «дама».
Пол человека специально обученные собаки определяют по комбинации некоторых жирных кислот. В частности, смесь двух (олеиновой и стеариновой) кислот, входящих в состав потожировых выделений людей, воспринимается ими при соотношении <0,5:1 как женский запах, а при соотношении 1:1 — как мужской.
Ученым сейчас известно более 160 различных запахов, которые вызывают у зверей желание «надушиться». Зачем это делают наши домашние собаки? Во-первых, для подделки «паспорта»; это называется запаховой мимикрией. Нанесение чужого запаха снижает бдительность животных-жертв или служит приманкой для них. Во-вторых, падаль или экскременты могут использоваться в качестве вазелина для шерсти и кожи, если не хватает выделений собственных сальных желез (или их выделения смыты мылом). В-третьих, «надушиться» — это способ борьбы с паразитами. В-четвертых, для удаления со шкуры неприятного для животного запаха. А в-пятых, собаки душатся потому, что это им просто нравится. Повалявшись, собака становится значительно веселей.