Асимметричные молекулы в биологии – весьма распространенное явление, от аминокислот до сахаров; в большинстве случаев в природе существует только одна форма. Все аминокислоты, из которых строятся белки нашего организма, обладают одинаковой хиральностью. Все они разные, но общая структурная часть у них всегда ориентирована одним стандартным образом. Никаких зеркальных отражений организм сам не синтезирует. Сказанное верно и относительно сахаров, которые можно найти буквально где угодно, от самых простых молекул фруктов (глюкоза, фруктоза, сахароза) до длинных цепочек крахмала, целлюлозы и прочих полисахаридов.
Однако бывает и так, что в природе встречаются два зеркальных варианта одной молекулы. Такие соединения именуются энантиомерами и отличаются друг от друга наличием буквы (L – для левой ориентации; D – для правой) или знака (+ или —) перед названием. Такая нотация указывает на единственное физическое свойство, отличающее два энантиомера один от другого: способность поворачивать плоскость поляризации светового луча вправо или влево
[5].
Когда в природе есть оба энантиомера какого-либо соединения, они обычно не происходят из одного источника. Иначе говоря, их синтез стереоспецифичен: данная ткань или организм способны производить только один изомер. Хороший пример – карвон, обладающий мятным запахом. В L-форме он содержится в листьях перечной мяты и отвечает за характерный запах этого растения.
D-форма содержится в семенах тмина и является важным компонентом его аромата. Это, наверное, лучший пример энантиомеров, которые для человека пахнут по-разному, но все-таки довольно похоже. Мы на самом деле не слишком хорошо различаем такие тонкие обонятельные нюансы и обычно воспринимаем оба энантиомера распространенных одорантов как совсем одинаковые или хотя бы сходные.
Зато у насекомых все по-другому. Их обонятельные органы без труда отличают феромон от его зеркального двойника – а все потому, что рецепторы настроены очень узко. Именно такими талантами может похвастаться непарный шелкопряд, с которым мы уже познакомились в начале этой главы. Едва успев открыть диспарлур, химики тут же придумали способ синтезировать это соединение в поистине промышленных количествах для нужд сельского хозяйства. Диспарлур может существовать в двух зеркальных формах, но мотылек производит себе в качестве феромона только одну. Первым делом ученые решили синтезировать рацемат, смесь обоих изомеров в пропорции 1:1 – куда более простую и дешевую в изготовлении. Ожидали, что продукт покажет пятидесятипроцентную эффективность, так как только один из двух энантиомеров представляет собой активное соединение. Как же они удивились, обнаружив, что из рацемата вышел очень плохой аттрактант, практически бесполезный для сохранения урожая. Штука была в том, что «неправильный» изомер оказался ингибитором и в значительной мере подавлял действие «правильного». Весьма вероятно, что именно этот механизм позволяет насекомым отличать сигнал присутствующей рядом самки своего вида от самок других видов, родственных, но к размножению непригодных.
Еще более наглядный пример любезно согласились предоставить два вида японских скарабеев – Popilia japonica и Anomala osakana. Оба пользуются одним и тем же феромоном, γ-лактоном на 14 атомов углерода, который называется японилур (см. рис. 15). Его запах мы с вами назвали бы фруктовым. Это вещество существует в двух зеркальных формах, и оба жука пользуются для своих целей и той и другой. Это совершенно не мешает им отличать сигнал самок своего вида от сигнала самок другого, потому что один энантиомер работает у них аттрактантом, а другой – репеллентом, только вот у двух видов эта раскладка меняется местами. Кстати, все известные науке половые феромоны можно найти в бесплатной базе данных [4].
Существуют феромоны-антиафродизиаки. Очень часто самец после спаривания оставляет на самке отпугивающий запах, который лишает других самцов всякого желания к ней приближаться. Очень интересно в этом отношении ведет себя микроскопическая оса Ooencryptus kuvanae – паразит непарного шелкопряда, которая откладывает яйца в яйца этого мотылька. Срок ее жизни крайне невелик, и потому самцы стараются как можно эффективнее использовать отпущенное им природой время: они спариваются с максимальным количеством самок. Однако, пока ты спариваешься с одной, остальных могут разобрать – так почему бы не забронировать себе побольше подруг для будущего секса? Взрослые особи кругом так и роятся, конкуренция очень велика; кавалеры отчаянно торопятся добраться до дам. В этих непростых условиях самцы разработали весьма любопытную стратегию: вместо того чтобы торопливо спариваться с самками по одной, они помечают сразу целый женский коллектив своим феромоном. Осаленная самка принимает только того самца, который оставил на ней свою подпись, а остальных избегает. Иными словами, каждый самец быстренько организует себе свой, и только свой, гарем, к которому сможет вернуться позднее, чтобы в спокойной обстановке докончить начатое. Природа феромона до сих пор не изучена, но, наблюдая за поведением вида, ученые пришли к выводу, что самец антеннами наносит его на антенны самки. Обычно антенны выступают в качестве органов чувств, которые принимают химические сигналы, а не отправляют их, но не всегда. Феромоновые железы были найдены на усиках пчел-отшельников, да и муравьи давно и успешно обмениваются информацией, касаясь усиками друг друга.
Феромоны у разных видов: несколько любопытных фактов
Загадочные совпадения
Несколько лет назад некое научное открытие сделало сенсацию в новостях. Ученые идентифицировали половой феромон слона: это оказался линейный спирт с углеродной цепочкой в 12 атомов углерода (7-додеценил ацетат) – очень популярное соединение у мотыльков, ему отдает предпочтение более ста видов (рис. 16). Самым любопытным и трудным для понимания стал тот факт, что такие разные виды животных могут пользоваться для любовной переписки одной и той же молекулой. Но на самом деле ничего странного здесь нет. Основные метаболические пути у насекомых и млекопитающих одинаковы; и те и другие постоянно производят жирные кислоты в значительных количествах. Совершенно неудивительно, что многие виды пользуются одним и тем же ферментом для синтеза различных химических соединений – и феромонов в том числе.
С другой стороны, один тот факт, что у мотыльков и слонов общий феромон, вряд ли должен внушать тревогу за судьбу их видов: вероятность того, что они ошибутся с партнером и не смогут толком размножиться, ничтожно мала. А вот что действительно может составить проблему с точки зрения экологии, так это додеценол, встречающийся в феромональных выделениях очень большого числа мотыльков самых разных видов, – и вот там-то процент ошибок при выборе партнера может оказаться очень высок. Впрочем, как мы уже знаем, насекомые вполне успешно разобрались, пользуясь в качестве аттрактантов не одним химическим веществом, а смесью. В общем, если вам вдруг посчастливится наблюдать мотыльков-самцов, увивающихся вокруг слона, можете быть уверены, что они ищут там даму своего вида и просто ошиблись адресом.
