Химическая коммуникация. Примеры действия феромонов

Геометрия молекул играет важную роль в химической реактивности. Молекулярная геометрия особенно важна для группы веществ, известных как феромоны. Феромоны — это химические вещества, используемые для коммуникации между особями одного вида. Активность феромонов наблюдается у многих форм жизни, от насекомых до людей, и исследования феромонов проводятся во многих научных учреждениях.

Если вы когда-либо наблюдали линии муравьев, движущихся в противоположных направлениях, вы видели влияние феромонов на поведение насекомых. Когда муравей находит пищу, он сразу же направляется к своему гнезду, выделяя 9-окси-2-деценовую кислоту из брюшной железы. Когда другие муравьи пересекают этот кислотный след, они невольно следуют за ним к источнику пищи и переносят питательные вещества обратно в гнездо. Вскоре многие муравьи начинают следовать по этому следу, усиливая его своими собственными выделениями 9-окси-2-деценовой кислоты. В конечном итоге источник пищи иссякает, усиление следа прекращается, и кислотный след испаряется. Муравьи настолько зависят от этого следа, что если часть его будет стерта, муравьи, следующие по нему в обоих направлениях, полностью остановятся. Они не будут знать, куда идти.

Возможно, еще более впечатляющим примером полной зависимости от химической коммуникации является так называемый «феромон смерти». Сразу после смерти муравья его сородичи продолжают ухаживать за ним и обращаться с ним, как с живым. Это продолжается до тех пор, пока тело мертвого муравья не начнет выделять феромон смерти — 10-октадеценовую кислоту. Обнаружив этот феромон, сородичи переносят мертвого муравья на ближайшую свалку. Интересно, что если 10-октадеценовая кислота наносится на живого муравья, его также выбрасывают на свалку. Выброшенный муравей быстро возвращается, но его снова уносят, и этот процесс продолжается до тех пор, пока феромон смерти не испарится.

Поскольку феромоны используются самками насекомых для обозначения их готовности к спариванию, они оказались эффективным оружием в борьбе с некоторыми вредителями сельскохозяйственных культур. Например, когда на растения наносится специфический половой феромон, самцы хлопковой совки и самки табачной листовертки начинают невольно спариваться друг с другом. Из-за физической несовместимости их тела сцепляются, и оба насекомых в конечном итоге погибают.

Менее радикальное использование феромонов для контроля за вредителями включает установку ловушек с половыми феромонами для привлечения и поимки самцов. Отлов самцов в конечном итоге замедляет размножение, и популяция насекомых может снизиться до контролируемого уровня. Некоторые из этих половых феромонов настолько мощные, что одна капля может привлечь миллионы самцов. Фактически, некоторые самцы насекомых способны обнаружить одну молекулу женского феромона на большом расстоянии и успешно найти самку.

Химическая коммуникация не ограничивается миром насекомых. Самки собак выделяют химическое вещество п-гидроксибензоат для привлечения самцов. Так же, как муравьи и хлопковые совки, которые зависят от обнаружения химических веществ для своих действий, самцы собак будут пытаться спариваться с различными объектами, на которые нанесен п-гидроксибензоат.

Когда мы изучаем молекулярные структуры и функциональные группы известных феромонов, мы обнаруживаем, что у них мало общего. Некоторые феромоны содержат стереоизомеры, и некоторые насекомые могут различать стереоизомеры. Структуры феромонов играют важную роль в их активности. Часть структуры ограничена примерно 20 атомами углерода. Большинство феромонов должны диффундировать в воздухе; те, что имеют низкую молекулярную массу, часто более летучие. Ученые предполагают, что физические движения молекул феромонов, которые также зависят от молекулярной структуры, играют важную роль в механизме коммуникации.