Меню

Языки химических сигналов у животных и растений

Химическая коммуникация животных

Химические сигналы особенно хорошо развиты у насекомых и у млекопитающих.

Нос млекопитающих содержит специализированные клетки, которые способны ощущать химические «сигналы тревоги» — вещества, которые выделяют их собратья в случае опасности. Многие растения и животные в случае опасности — ранения, стресса, приближения хищника — выделяют летучие вещества, так называемые феромоны тревоги, отмечают авторы статьи, биологи из университета Лозанны.

Однако до сих пор ученым не удавалось установить, что собой представляют эти вещества, как они выделяются, а также как животные могут определять их присутствие. Жюльен Брехбюль (Julien Brechbuehl) и его коллеги определили, что детектором феромонов служат так называемые ганглии Грюнберга, небольшое плотное скопление круглых клеток, расположенных недалеко от кончика носа. Они были открыты еще в 1973 году, но их функция до сих пор оставалась неясной.

Швейцарские ученые провели эксперимент на двух группах лабораторных мышей — нормальных и без грюнберговских клеток. В тех случаях, когда рядом находилась испуганная мышь, животные из первой группы резко меняли свое поведение, прекращали путешествовать по клетке и прятались в угол. Мыши, лишенные ганглий Грюнберга, в той же ситуации никак не меняли свое поведение, и, следовательно, не получили химический «сигнал тревоги». Исследователи отмечают, что отсутствие детектора феромонов тревоги никак не влияет на «обычное» обоняние. Мыши из обеих групп с одинаковым успехом отыскивали печенье, спрятанное в клетке.

Феромоны бабочек улавливаются самцами с подветренной стороны за 4–5 км, и они самые устойчивые из феромонов насекомых. Наоборот, феромоны треврги, используемые муравьями, распространяются на расстояние в несколько сантиметров и быстро распадаются, что вполне объяснимо, так как эти сигналы призваны обеспечить быструю, но локальную реакцию. Многие млекопитающие маркируют свою территорию при помощи запахо-вых меток, часто концентрируя их на особых местах. Запах используется также для сообщений о состоянии самок млекопитающих в период размножения, Во время эструса они выделяют специальные химические вещества, сигнализируя этим готовность к встрече с самцом. Этот тип сигнала используется у самых разных видов. Он аналогичен, например, запахам, издаваемым неоплодотворенными самками бабочек и привлекающим самцов с весьма далеких расстояний. Такие вещества называются половыми феромонами.

Химические сигналы чаще всего используются теми приматами, которые являются потенциальными жертвами и занимают ограниченную территорию. Обоняние имеет особое значение для обитающих на деревьях примитивных ночных приматов (полуобезьян), таких, как тупайи и лемуры. Тупайи метят территорию с помощью секрета желез, расположенных в коже горла и груди. У некоторых лемуров такие железы находятся подмышками и даже на предплечьях; передвигаясь, животное оставляет на растениях свой запах. Другие лемуры используют для этой цели мочу и фекалии.

Высшие обезьяны, подобно человеку, не имеют развитой обонятельной системы. Кроме того, лишь немногие из них обладают кожными железами, специально предназначенными для выработки сигнальных веществ.

Изучение химической сигнализации показало ее высокую специфичность. Для позвоночных и беспозвоночных животных установлено существование «видовых запахов», запахов, присущих «семейным», «колониальным» и другим группировкам, индивидуальных и половых запахов. Индивидуальный запах может зависеть не только от химизма выделений потовых или сальных желез, но и от состава микрофлоры поверхности кожи, разлагающей выделенные жирные кислоты.
Широкое использование различных выделений, включая мочу и кал, для маркирования территории и оставления пахучих следов укрепляет связи особей в группе и координирует их поведение, изолируя группу от ее соседей. Химические маркеры (феромоны или телергоны) могут иметь и более широкое значение, синхронизируя биологические явления в популяции и влияя на состояние особей. Химические сигналы долго сохраняются, обходят препятствия, могут использоваться в ночное время, указывают на определённые предметы или события во внешней среде.

Роль феромонов в химических сигналах

Феромоны (греч fero — нести, hormao — побуждать) — это биологически активные пахучие летучие вещества, которые животные выделяют в окружающую среду в очень малых количествах специальными железами и клетками. Феромоны выделяются во внешнюю среду и имеют сигнальное значение. Они — главные ориентиры во взаимоотношениях животных: звери узнают о местонахождении и передвижениях собратьев, об их физиологическом и эмоциональном состоянии. Этот обмен информацией называется химической коммуникацией. Все живое на Земле «общается» таким образом с древнейших времен: химическая сигнализация обнаружена не только у животных, но и у бактерий, водорослей, грибов и высших растений. Пахучие вещества выгодно отличаются от оптических и акустических сигналов тем, что в воздушной среде они могут распространяться на достаточно большие расстояния, действуют в темноте и сохраняют эффективность даже после того, как отправитель сигнала уже исчез. Феромоны специфически способны вызывать половое желание, половую готовность, глубокие эмоции, влиять на уровень гормонов, плодовитость, заботу о детях, зрелость, агрессию или покорность и др. По своей химической природе феромоны могут быть стероидами, насыщенными или предельными кислотами, альдегидами, спиртами или даже смесью этих веществ. Они имеют небольшую молекулярную массу и обладают хорошей летучестью. Различают несколько видов феромонов.

Половые феромоны (афродизиаки) необходимы для поиска, распознавания и привлечения особей противоположного пола, стимуляции полового поведения. Другие феромоны животные используют, чтобы метить границы своей территории. Третьи служат сигналом для сбора особей одного вида в какую-то большую группу: стаю, семью и т.д. Есть феромоны, которые животные испускают в случае опасности: они стимулируют защитное поведение у всех других особей того же вида».

Первым химическим «словом», которое исследователям удалось описать и синтезировать, стал бомбикол — ненасыщенный алифатический спирт. Самки тутового шелкопряда привлекают им самцов. Запах-сигнал является для них строгим приказом, не подлежащим обсуждению: «Немедленно лети туда!». У животных с высокоразвитой нервной системой химический обмен информацией происходит по-другому. Для них пахучий сигнал — не абсолютная необходимость, а всего лишь предлагаемый вариант поведения, который зверь принимает в расчет в данной ситуации. И чем выше уровень развития нервной системы, тем пластичнее модели поведения животного. Поэтому изучать химические сигналы млекопитающих значительно труднее.

Феромоны помогают животным узнавать себе подобных («Знакомых и Родственников Кролика»). На коже у них находятся специфические железы, которые выделяют пахучие секреты. У парнокопытных лучше всего развиты железы, расположенные возле глаз, на хвосте, у копыт и на внутреннем листке крайней плоти; у хищников — анальные и подошвенные, у грызунов — брюшные и боковые. Секрет этих желез является своеобразной «визитной карточкой» животного. Но звери-родственники могут иметь и так называемый семейный феромон. Об этом свидетельствует способ маркировки у больших песчанок: молодые грызуны время от времени подлезают под вожака, смазывая себя секретом его брюшной железы, что и придает им общий, «семейный» запах. Существуют также и выделения, специфичные для того или иного вида животных.

Важная функция пахучих выделений — контроль за территорией. Интересные наблюдения были сделаны за поведением обычных домовых мышей. Когда самец «у себя дома» встречает незнакомца, то приходит в ярость и начинает жестоко прогонять непрошенного гостя, норовя его убить. Но если пришельцу удастся провести некоторое время на этой территории и пропитаться хозяйским запахом, то их встреча заканчивается куда более дружелюбно. А вот пример мышиной ревности: если самец «ушел по своим делам», а к его подруге в его отсутствие приходил чужак, то хозяин, вернувшись, нападает на самку и тиранит ее до тех пор, пока чужой запах (аромат измены) полностью не выветрится.

Еще одна функция ароматических выделений — предупредительная. Замечено, что в капкан, куда удалось поймать волка или лисицу, долго не попадаются другие звери. Очевидно, пленники оставляют там пахучий след с предупреждающим сигналом: осторожно, берегись, сюда не ходи, туда ходи! Это феромон тревоги, который обнаружен также у грызунов и некоторых оленей. Он вызывает разные реакции: животное может убежать, затаиться, а некоторые (например, общественные насекомые вроде муравьев) становятся агрессивными и храбро нападают на врага.

Синтез феромонов имеет огромное значение для сельского хозяйства, поскольку с их помощью можно управлять поведением и воспроизводством животных, в частности свиней и коров. Эти вещества используются и для борьбы с вредными насекомыми.

Источник

Языки химических сигналов у животных и растений

Азбука общения живых организмов

Многообразен мир животных, и каждый существующий вид в своей жизни пользуется довольно сложной и своеобразной сигнализацией. Среди различных способов передачи информации в животном мире значительная роль отводится запахам. Животные и растения подают с помощью летучих молекул специфические сигналы, без которых невозможна нормальная жизнедеятельность этих организмов. Такая химическая коммуникация — общебиологическое явление и встречается у представителей различных ступеней эволюционной лестницы: от бактерий до человека. Причем в качестве сигналов животные организмы используют очень разнообразный набор химических соединений, которые служат своеобразной азбукой этого языка. Нередко кодирование информации осуществляется не одним каким-нибудь веществом, а смесью пахучих молекул. Это в значительной степени расширяет возможности химического общения между животными, но затрудняет работу исследователей по расшифровке значений их языка.

Наряду с обонянием живые существа пользуются зрением, слухом, осязанием и другими органами восприятия и передачи информации, которые в зависимости от уровня развития организма могут играть в общении различную роль. Однако большинство ученые считает, что химическая сигнализация при помощи запахов — один из самых древних способов общения и обмена информацией между живыми организмами

А сколько нераскрытых тайн связано с химическим языком животных! Нередко эти загадки вдохновляли не только исследователей, но и писателей-фантастов. Так, в одном из своих романов Клиффорд Сайман нарисовал картину захвата нашей планеты космическими пришельцами, которые незаметно стали вмешиваться в законы развития человеческого общества. Оставаясь инкогнито, они поставили земную цивилизацию почти на грань катастрофы. Казалось бы, неминуем печальный конец, но в последний момент обнаружилась ахиллесова пята инопланетян. Коварные планы пришельцев из космоса нарушил небольшой пушистый зверек — скунс. Оказалось, что испускаемый скунсами запах обладает магическим свойством привлекать невидимых врагов. Молекулы этого вещества лишили захватчиков рассудка, и они обнаружили себя. Оставив все свои притязания и забыв о цели визита на Землю, инопланетяне устремились к источнику мускуса.

Фантазия писателя основана на реально существующем явлении, ведь пахучие молекулы действительно играют чрезвычайно большую роль в жизни некоторых видов животных.

Большинство из нас, кто по рассказам, а кто на собственном опыте, знакомы с запахом мускуса. Это остропахнущее вещество выделяют железы самца мускусной кабарги, который привлекает им самку. Кроме этого животного, обитающего в горах Центральной Азии, аналогичный запах испускает и американский скунс.

Есть и другие летучие соединения, которыми пользуются живые организмы для своих «химических разговоров». Сложна и разнообразна азбука запахов в мире животных. Пахучие молекулы привлекают самца к самке и, отмечая границы «владений», создают своеобразный запаховый барьер для незваных гостей, а также служат невидимыми ориентирами для сородичей, позволяя им находить друг друга в дебрях окружающего мира. Используя химические сигналы, животные сообщают об опасности во время нашествия врагов, а при необходимости «химический телеграф» помогает собрать «соплеменников» в одном месте.


Азбука общения живых организмов

Для того чтобы выделить все многообразие этих таинственных молекул из огромного числа других химических соединений, ученые после длительных споров решили назвать их феромонами. Этот наиболее употребимый сейчас термин образовали, соединив два греческих слова pherein (переносить) и horman (возбуждать, стимулировать). Феромоны — летучие вещества, синтезируемые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами. Эти химические соединения вызывают специфическое поведение у особей одного и того же вида.

В настоящее время ученые обнаружили у животных феромоны следа и тревоги, а также половые и агрегационные пахучие вещества. Кроме того, были открыты феромоны — метчики территории.

Сколько прекрасных строк написано об удивительных способностях наших четвероногих друзей — собак отыскивать по невидимым пахучим следам преступников. В экспериментах собаки смогли без труда различать даже членов одной семьи, если среди них не было однояйцевых близнецов. Так, например, если ищейке давали понюхать вещи одного близнеца, не участвовавшего в опыте, она уверенно шла по следу другого.

Собака может служить не только ищейкой или сторожем. Установлено, что, кроме алифатических кислот (масляной, валериановой и др.), ее нос чувствует запах природных углеводородов. Используя собачье обоняние, специалисты довольно быстро определяют утечку в газопроводе и предупреждают аварии.

Кто теперь не знает о феноменальных способностях лососей и угрей находить свои родные места, удаляясь от них на тысячи километров вглубь океанов? Возможно, стаи рыб ориентируются в океане по солнцу и течениям, а подплывая к родным берегам, — по запаху и вкусу веществ, растворенных в воде. Эти ориентиры помогают обитателям морей и океанов заботиться о продолжении рода, преодолевать все препятствия, достигать места нереста.

По некоторым данным, у рыб обоняние в 3. 5 раз тоньше, чем у собак. Кроме того, они могут уловить присутствие жизненно важных соединений на расстоянии до 20 км. Опыты показали, что рыбам небезразличны ничтожные количества аминокислот, содержащихся в воде. Ученые предполагают, что сочетание их с другими веществами придает речке или озеру тот особый родной запах, который помогает мигрирующим рыбам находить дорогу домой.

У различных видов живых организмов — от бактерии и растения до человека — запахи играют важную роль в жизни. Вспомним, какую радость доставляют нам дурманящие ароматы цветов и духов, таинственные запахи моря и леса. А как аппетитно пахнет свежий хлеб или ароматный чай, придающий нам силы и поднимающий настроение.

В сложное положение попали специалисты, расшифровавшие отдельные химические компоненты аромата свежего хлеба. Раньше предполагали, что запахи свежеиспеченного хлеба определяют два вещества: мальтол и изомальтол. Однако при смешивании этих веществ искомый аромат не проявлялся. В чем же дело? Оказалось, что хлебный запах создают и другие химические соединения. Химики обнаружили их более 200. Поиски продолжаются, а аппетитный аромат пока еще не воспроизведен.

Имитация запахов пищевых продуктов — одно из важнейших направлений в науке, которое поможет изготовить в лаборатории вкусную и ароматную пищу.

По запаху разыскивают корм и многие представители животного мира. Хищники в поисках пищи обнюхивают тысячи квадратных метров жизненного пространства, олень при помощи обоняния находит мох под снегом, а пчелы по пахучим ориентирам находят «вкусные» цветковые растения.

Уже на первый взгляд становится очевидным, что крыса отличит своего сородича от мыши, а последняя не перепутает своего родственника с кошкой. В данном случае мы имеем дело с межвидовыми взаимоотношениями. А какова роль запахов у близкородственных видов животных?

Феромонная память мыши, как показали исследования советских ученых, содержит информацию о десятках знакомых сородичей из других кланов. Однако есть и фамильный феромон, при помощи которого родственники узнают друг друга. Интересно отметить, что незнакомые самцы всегда конкурируют между собой, но если они побывали в атмосфере запаха ухаживающего за ними человека, то начинают вести себя не так агрессивно.

На Украине известны два родственных вида мышей: синантропные домовые и курганчиковые, которые получили свое название потому, что запасы на зиму они откладывают в земляные холмики — курганчики. Исследования ученых показали, что заметная реакция у зверьков наблюдается лишь на запах представителей своего вида. Домовые и курганчиковые мыши прекрасно отличают своих соплеменников по обонятельным сигналам.

Кроме мышей, хорошо отличают своих родственников разные виды лемуров и американские белоногие хомячки. Удивительно и то, что курганчиковые мыши могут различать по запаху самцов и самок домовых мышей, и наоборот. Но это еще не предел. В настоящее время в лабораториях мира ученые разводят более 200 различных генетических линий в пределах одного вида. Оказалось, что по запаху мыши способны различать зверьков не только своей линии, но и изогенной, отличающейся лишь одной парой генов.

Не только мыши, но и насекомые, например самцы мухи дрозофилы, способны отличить самок своей линии от самок другой благодаря различиям в соотношении компонентов полового феромона.

В мышином царстве пахучие молекулы влияют на способность к размножению и поддерживанию внутривидового постоянства. Каждая группа имеет свой запах, и самка никогда не будет спариваться с чужаком, более того, если в клетку, где находится самец из другой группы, посадить беременную самку, то у нее прервется беременность (для этого достаточно запаха чужака).

Не только мыши используют феромоны для метки особей одной группы, но и крысы, морские львы. Новичок с незнакомым запахом, попавший в такой «коллектив», не будет принят сородичами, пока не приобретет «свой» запах. Часто несоответствие запахового портрета приводит чужака к гибели. Таковы взаимоотношения у рыб, а также у кроликов, крыс и других млекопитающих.

Сотрудники Института эволюционной морфологии и экологии животных имени А. Н. Северцова АН СССР поставили немало интересных опытов по выяснению природы и функций феромонов млекопитающих. В частности, ученые занимались выяснением природы химических сигналов принадлежности особи к своему виду при отсутствии зрительных и акустических способов общения. Было установлено, что феромон, по которому самец домовой мыши разпознает самок своего вида, состоит из трех групп веществ: оснований, кислот и нейтральных соединений. Удаление одного из них нарушает распознавание, предъявление «запахового паспорта» каждого из веществ в отдельности не вызывает соответствующего поведенческого ответа.

Высказывалась мысль, что феромоны млекопитающих служат для них по аналогии со зрительными образами своеобразными запаховыми или обонятельными понятиями.

В одной библейской легенде рассказывается, как мудрый царь Соломон говорил со зверями и птицами, ползающими тварями и рыбами. Помогало ему беседовать с животными волшебное кольцо. В настоящее время, чтобы изучить язык животных, ученые Института эволюционной морфологии и экологии животных АН СССР, Московского государственного университета, Института биоорганической химии АН СССР и Всесоюзного института защиты растений объединили свои усилия в единой программе «Феромоны». Исследователи, занятые выяснением законов химического языка, надеются сообща научиться управлять поведением животных.

Все больше данных получают ученые о роли обоняния у морских и пресноводных животных. Черви-полихеты, меняющие свой пол несколько раз на протяжении жизни, выделяют специальные вещества, которые определяют, быть особи самцом или самкой. Пахучие молекулы подавляют бесполое размножение у плоских червей-тубеллярий и обеспечивают яйцекладку, когда собирается не меньше 200 особей.

Интересно размножаются осьминоги-аргонавты. Для продолжения рода самец жертвует свое щупальце, которое переносит сперматофоры, оплодотворяющие самку. Но самое любопытное то, что эта оторвавшаяся конечность находит самку по следам молекул, растворенных в воде.


Азбука общения живых организмов

Кроме половых феромонов, особую роль играют вещества, которые помогают животным ориентироваться в окружающем мире. Чтобы закрепить за собой территорию, самцы и самки метят свои «владения» специальными веществами. Мыши-песчанки используют секрет кожной железы, расположенной на середине брюшка. Эту процедуру выполняет самец. В пахучий секрет входит целый набор химических веществ: эфиры и кислоты, спирты и карбонильные соединения.

Еще более строго охраняют свое жилище представители семейства куньих. Выбрасывая зловонный секрет, состоящий из меркаптанов и дисульфидов на большое расстояние, эти животные создают химический барьер для непрошеных гостей.

Сильным запахом секрета пахучих желез, кроме скунса, обладают полосатая гиена, домовая многозубка и чернохвостый олень. Хотя число известных химических сигналов, обнаруженных у млекопитающих, велико, большинство животных в общественной жизни использует сходный набор летучих соединений. Так, самцы вилорогой антилопы выделяют ряд спиртов с длинной цепью молекул и короткоцепочечные органические кислоты, используя для мечения своей территории. Подобные вещества с той же целью используют самцы песчанки. Эти соединения обнаружены и в экзокринном секрете мускусной черепахи, которая использует их для отпугивания хищников.

На Галапагосских островах обитают морские игуаны, питающиеся водорослями, растущими на мелководье. Во время отлива они возвращаются на берег, используя для ориентации на местности пахучие метки. Ползая по скалам, эти животные слизывают химические вещества и при помощи обонятельного углубления на нёбе определяют свое местонахождение. Наблюдения ученых показали, что игуаны способны обнаружить по запаху свой дом в радиусе 300. 400 м.

Молодые песцы и белки, расселяясь по тундре, пользуются уже готовыми метками, оставленными предыдущими поколениями. Для метки территории животные применяют секрет специальных желез. Так, хорьки и барсуки, горностаи и сурки, суслики и лисицы, волки и собаки оставляют метки анальными железами. Лемуры натирают свои подошвы мочой, а самец антилопы гарна оставляет на ветках деревьев сильнопахнущий черный восковидный секрет. Смолообразную, характерно пахнущую метку оставляют в местах разработки леса, на тропах у входа в воду бобры. В средние века этой «бобровой струе» приписывали даже лечебные свойства.

Наряду с индивидуальными метками у животных существуют также «групповые», или «семейные», запахи. Такие метки известны у волков и оленей, соболей и горностаев, которые используют такую сигнализацию для коллективной защиты своих владений от непрошеных гостей,

В своей жизни человек практически не использует запахи в системе общения. Однако специальные опыты показали, что, несмотря на это, потенциальные возможности человека в химической коммуникации довольно велики. Так, например, малыши уже с двухмесячного возраста могут узнавать по запаху своих матерей и отличать их от других кормящих женщин. Дело в том, что и с возрастом человек не теряет этих уникальных способностей. Трех- и пятилетние дети также хорошо отличали своих матерей по запаху, как и новорожденные. В свою очередь, матери столь же хорошо могут отличить по запаху своих младенцев от других детей.

Основные источники запаха у человека — пот, секрет апокриновых желез, расположенных под мышками, а также пахучие выделения жировых желез. Интересно, что чистый апокриновый пот практически не пахнет, а запах появляется лишь после разложения его бактериальной микрофлорой кожи. Среди веществ, входящих в кожные выделения человека и определяющих его индивидуальный запах, можно отметить такие ненасыщенные жирные кислоты, как масляную, пропионовую и валериановую, капроновую и каприловую. Что касается запаха следа, по которому собака превосходно отыщет хозяина, то в нем, кроме масляной кислоты, присутствуют также целый ряд алифатических кислот, фенолы, индолы, скатолы и другие соединения. Причем сочетание некоторых из них приводит к усилению «запахового портрета».


Азбука общения живых организмов

Как видно, запахи играют немаловажную роль в жизни человека. Несмотря на то, что обоняние в процессе эволюции уступило пальму первенства зрению и слуховому аппарату, сохранились и эмоциональные восприятия многих запахов. Некоторые из них приводят нас в уныние, вызывают тревогу или какие-то неприятные, хотя и расплывчатые воспоминания, связанные, казалось бы, с давным-давно изгладившимися из памяти отрицательными образами и обстоятельствами. Зато парфюмерные композиции часто вызывают зрительные образы: цветущий луг или золотые колосья хлебного поля, прохладную тишину лесной опушки или бескрайнюю синь моря. Нераскрытые еще возможности лежат в использовании этих невидимых сигналов в управлении психическим состоянием человека.

Из пахучих веществ наиболее изучены феромоны насекомых, пользующихся этим древнейшим способом общения. Это и неудивительно, так как шестиногие обитатели планеты — одни из старейших ее жителей. Кроме того, многочисленность и многообразие различных видов способствовало развитию и усложнению взаимоотношений в мире насекомых, требуя от них довольно большого «словарного» запаса для объяснения с себе подобными.

Источник

Читайте также:  Сосна это двудольное или однодольное растение
Adblock
detector