Феромоны насекомых, особенности и разнообразие

В. Д. ИВАНОВ
Санкт-Петербургский государственный университет

Язык запахов: история открытия и суть явления

Первые сведения о наличии у насекомых особых запахов, способных издалека привлекать особей противоположного пола, появились почти столетие назад. В опытах выдающегося французского энтомолога Анри Фабра (1823–1915) было наглядно показано, что самцы павлиноглазки Saturnia pyri прилетают к самкам с расстояния нескольких километров. Главным органом восприятия этих сигналов у насекомых служат антенны, расположенные на голове — лишившись их, самец полностью теряет способность находить партнершу.

В нашей стране Я. Д. Киршенблат для химических средств общения предлагал название «телергоны», однако в мировом научном сообществе закрепился другой термин.

«Феромоны — это вещества, вырабатываемые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами и вызывающие специфическую ответную реакцию (характерное поведение или характерный процесс развития) у воспринимающих их особей того же биологического вида».
— (П. Карлсон и М. Люшер, 1959 г.)

Первым феромоном, который удалось подвергнуть химическому анализу, стал бомбикол — половой аттрактант самок тутового шелкопряда. Успех пришел в 1961 году: хотя в экспериментах использовались миллионы коконов, выход вещества измерялся лишь миллиграммами. Современная наука, использующая методы газовой хроматографии и масс-спектроскопии, позволяет анализировать даже нанограммы веществ.

Разнообразие и классификация химических сигналов

Химическая сигнализация невероятно сложна. Различают два основных типа феромонов: праймеры (изменяют физиологическое состояние и развитие особи, часто передаются контактным путем) и релизеры (запускают немедленную поведенческую реакцию, обычно высоколетучи).

Среди релизеров выделяют следующие функциональные группы:

Аттрактанты — призывающие вещества (половые феромоны и феромоны агрегации);
Репелленты — отпугивающие сигналы;
Аррестанты — останавливающие движение;
Стимулянты — вызывающие активность (например, афродизиаки для брачного поведения или вещества тревоги);
Детерренты — сигналы, тормозящие реакцию.

Феромоны редко представляют собой одно вещество. Чаще это сложная смесь основного компонента с минорными добавками, которые обеспечивают специфичность запаха. Яркий пример сложного действия — «царское вещество» медоносных пчел. Оно привлекает самцов и рабочих пчел к матке, а также подавляет развитие яичников у рабочих особей.

Вот значительно расширенный вариант этого раздела. Я добавил в него все подробности из исходного текста вашей статьи: механизмы синтеза, тонкости восприятия рецепторами, особенности поиска по запаху и поразительные примеры сложного поведения (участие бактерий в создании феромонов, звуковые сигналы и особенности роения).

Половые феромоны и вещества агрегации

Место синтеза и выделения феромонов не всегда жестко привязано к конкретным железам, как это происходит у ручейников или бабочек. Часто компоненты феромонной смеси синтезируются в клетках жирового тела, заполняющего промежутки между внутренними органами, затем растворяются в гемолимфе (крови насекомых) и выводятся наружу прямо через покровы тела, как это происходит у пилильщиков.

Существуют и контактные химические сигналы. Например, у тараканов-прусаков (Blatella germanica) вещество-афродизиак содержится в восковом покрове на поверхности тела самки. Чтобы получить сигнал, самцу необходимо прикоснуться к ней усиками. Это вызывает у него мгновенное половое возбуждение и характерные позы с поднятыми крыльями, предшествующие спариванию. Однако в большинстве случаев феромоны высоколетучи, диффундируют в воздухе и действуют на огромных расстояниях.

Невероятная чувствительность рецепторов

Для ответной реакции самцам достаточно микроскопических доз вещества. Например, предельная действующая концентрация бомбикола в воздухе составляет ничтожные $10^{-12}$ мкг/мл. Чтобы чувствительная рецепторная клетка (сенсилла, имеющая вид микроскопического волоска или бугорка на антенне) возбудилась, порой достаточно попадания всего одной молекулы.

Попадая на рецептор, молекула запускает сложнейший биохимический каскад: активируются G-протеины и фосфолипаза, открываются кальциевые и натриевые каналы, меняется заряд клеточной мембраны. Возникает электрический потенциал, который по нервным волокнам мгновенно передается в дейтоцеребрум — «обонятельный центр» головного мозга насекомого.

Трудности поиска: турбулентность и перекрывание запахов

Почувствовав запах, самец начинает движение против ветра, выписывая в воздухе зигзаги, чтобы постоянно оценивать направление на самку и градиент концентрации феромона. Долгое время считалось, что концентрация убывает равномерно, но в реальности в воздухе образуются сложные турбулентные вихри и разорванные струи, которые сильно затрудняют поиск источника.

Ситуация еще больше усложняется в условиях высокой численности популяции: феромонные облака множества призывающих самок перекрываются, из-за чего градиент запаха резко снижается. В таких случаях для точного опознавания самцы начинают ориентироваться на минорные компоненты смеси или подключают дополнительные каналы связи.

У некоторых насекомых сформировались поразительные мультимодальные системы общения:

Бабочки-медведицы: самка отвечает на химические сигналы самца звуками и ритмичными взмахами крыльев.
Вощинная огневка: партнеры обмениваются серией ультразвуковых щелчков, после чего самец выделяет феромон для точной наводки.
Ручейники: многокомпонентные химические сигналы дополняются сложными вибрационными посланиями.

Вещества агрегации и массовые атаки

Особую роль в природе играют агрегационные феромоны, заставляющие насекомых собираться в огромные группы (рои). Например, при роении ручейников ведущая химическая роль принадлежит самцам: их феромонная смесь гораздо богаче (до четырех активных компонентов), и именно они привлекают самок.

Жизненно необходимы агрегационные феромоны жукам-короедам для массовой атаки на деревья. Только одновременное заселение тысяч особей способно ослабить растение-хозяина, снизить стволовое давление и избежать гибели потомства от обильно выделяющейся древесной смолы. Короеды используют сложные смеси веществ-синергистов, родственных пахучим веществам самой смолы (терпенам и терпеноидам).

Интересно, что производить эти феромоны короедам часто помогают микроорганизмы: бактерии Bacillus cereus в кишечнике жуков перерабатывают съеденную хвойную смолу (a-пинен) в привлекающий сородичей вербенол. У примитивных видов короедов агрегацию начинают самки, выбирающие дерево, а у эволюционно продвинутых видов гнезда первыми закладывают самцы, ожидая прилета самок.

Основные функции и примеры феромонов

Тип феромона	Действие на насекомое	Примеры веществ и видов
Половой аттрактант	Привлечение партнера для размножения.	Бомбикол (тутовый шелкопряд), диспалюр (непарный шелкопряд).
Агрегационный	Стимуляция массового скопления особей одного пола или вида.	Терпены и терпеноиды (жуки-короеды, гидропсихиды).
Феромон тревоги	Оповещение об опасности, провоцирующее бегство или агрессию.	Изоамилацетат (при ужалении пчелами), муравьиная кислота.
Следовой феромон	Разметка территории и создание троп для поиска пищи.	Гептан-2-ол, цитраль (пчелы), органические кислоты (муравьи).
Вещества пропаганды	Ложные сигналы (мимикрия) для обмана и проникновения в колонии.

Вещества тревоги и химическая мимикрия

У многих социальных насекомых (термитов, муравьев, ос, пчел), а также у видов, образующих массовые скопления (тлей, клопов), выработалась сложная система химического оповещения об опасности. Как только одна особь замечает угрозу, она выделяет в воздух специфические летучие соединения. При достижении пороговой концентрации этот запах улавливают другие члены колонии и тоже начинают выделять феромон тревоги. Возникает цепная реакция, которая приводит либо к массовому бегству, либо к скоординированной агрессии против врага.

Разнообразие таких сигналов в природе поразительно и зависит от вида:

Медоносные пчелы: при ужалении они вводят в рану врага не только яд, но и сложную смесь эфиров (изоамилацетат, изоамилпропионат и изоамилбутират). Этот характерный запах, напоминающий аромат банана, служит мощным маркером для других пчел и провоцирует их атаковать отмеченную цель. Похожая реакция агрессии возникает, если пчелу просто раздавить. Кроме того, в мандибулярных (верхнечелюстных) железах пчел вырабатывается еще один феромон тревоги — гептан-2-он.
Муравьи: имеют сразу несколько источников тревожных сигналов. Рыжие лесные муравьи (Formica) выделяют муравьиную кислоту, которая служит одновременно и сигналом тревоги, и мощным химическим оружием. Муравьи-древоточцы (Camponotus) используют декан и додекан, а другие виды синтезируют цитраль, гераниаль или диметилсульфид.
Тли и клопы: выделение тлями особого феромона (транс-b-фарнезена) заставляет их массово покидать кормовое растение при появлении хищника. У красноклопов аналогичную функцию запуска бегства выполняет вещество гексен-2-аль.
Термиты: обладают богатым набором феромонов тревоги из группы терпенов (терпинолен, a-пинен). Интересно, что сверхвысокая концентрация таких веществ вызывает у них не агрессию, а паническое отступление.

Химическая мимикрия и «вещества пропаганды»

В ходе эволюции некоторые виды научились виртуозно использовать чужие феромоны в своих целях. Это явление получило название химической мимикрии. Одни насекомые используют имитаторы феромонов тревоги агрессивных видов для собственной защиты, выдавая себя за тех, кем не являются. Другие хищники пошли еще дальше: например, существуют пауки, которые синтезируют половые аттрактанты бабочек, чтобы целенаправленно заманивать одурманенных самцов прямо в свою паутину.

Особые, сложнейшие адаптации развились у так называемых мирмекофилов и термитофилов — насекомых, постоянно обитающих внутри колоний муравьев и термитов. Это могут быть жуки-жужелицы, стафилины или мухи. Чтобы агрессивные хозяева гнезда их не разорвали, эти «квартиранты» выделяют особые успокаивающие секреты — «вещества пропаганды». На теле таких насекомых (например, на усиках) есть специальные железы — эксудатории. Муравьи с удовольствием слизывают их выделения. Если положить такого жука рядом с муравейником, хозяева не только не нападут на него, но и сами заботливо затащат внутрь.

Однако одних только веществ пропаганды недостаточно. Для полноценной жизни в колонии сожителю требуется уникальный «химический паспорт» — набор специфических соединений на поверхности тела, присущий конкретному гнезду. По этому паспорту охрана определяет, свой перед ней или чужой. Однообразие запаха внутри колонии поддерживается за счет трофаллаксиса — постоянного обмена пищей между всеми особями. Обманув муравьев таким поддельным паспортом, паразиты встраиваются в социальную систему: они получают бесплатную еду от хозяев, идеальный микроклимат и абсолютную защиту от любых внешних врагов.

Перспективы применения в защите растений и пест-контроле

Изучение химической коммуникации насекомых — молодое, но крайне перспективное направление химической экологии, которое открывает широчайшие возможности для контроля численности вредителей в сельском, лесном хозяйстве и быту. Применение синтезированных аналогов природных феромонов позволяет реализовать следующие методы:

Использование феромонных ловушек: помогает проводить точный мониторинг появления и отслеживать динамику популяции таких опасных вредителей, как короеды, листовертки и различные виды мух. Это позволяет своевременно назначать другие защитные мероприятия и оценивать масштаб угрозы.
Метод феромонного насыщения (дезориентации): массовое размещение специальных приманок (ложных «феромонных целей») в садах или на полях буквально «ослепляет» самцов. Они теряют способность находить самок среди огромного количества запахов, что срывает брачный период и снижает популяцию избирательно, без применения токсичных химикатов и ущерба для дикой природы.
Массовый отлов вредителей: использование аттрактантов (например, мускалюра) в составе инсектицидных приманок или клеевых ловушек для массового отвлечения и последующего уничтожения насекомых. Хотя этот метод редко обеспечивает полное истребление, он эффективно способствует поддержанию численности вредителя на приемлемом, безопасном уровне.

Несмотря на очевидные успехи практического применения, фундаментальное изучение феромонов насекомых еще только начинается. До сих пор остаются нерасшифрованными составы смесей у огромного числа видов, недостаточно изучены процессы биосинтеза этих веществ в организме и слабо исследовано взаимодействие различных стимулов (визуальных, акустических, химических) в создании целостного сообщения. Происхождение химического языка также остается научной загадкой: энтомологам предстоит выяснить, почему разные виды используют сравнительно ограниченный набор сигнальных веществ и что лидирует в эволюции — появление нового химического соединения или изменение рецепторов, получающих возможность его воспринять.

Дальнейшие исследования в этой области открывают путь не только к пониманию тонких механизмов эволюции видов, но и к созданию совершенно новых, экологически чистых технологий пест-контроля. Блокирование связи между самцами и самками вредителей становится важнейшей составной частью интегрированных методов защиты растений. В будущем это позволит существенно сократить объемы использования классических пестицидов, сделав борьбу с насекомыми более целенаправленной и безопасной для окружающей среды.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли с помощью феромонных ловушек полностью истребить популяцию вредителей?

Сами по себе феромонные ловушки редко могут обеспечить полное истребление насекомых. Их основная функция — мониторинг популяции, отлов части особей для снижения их численности и метод «феромонного насыщения» (дезориентация самцов). Для полного устранения угрозы требуется комплексный профессиональный пест-контроль.

Почему насекомые не путают свои феромоны с чужими в природе?

Каждый вид обладает своим уникальным химическим «паролем». Феромон — это не одно вещество, а сложная смесь основного компонента и минорных добавок в строгих пропорциях. Рецепторы на антеннах насекомых настроены на улавливание именно этой специфической комбинации, игнорируя запахи других видов.

Где заказать дератизацию в Москве?

Заказать профессиональное уничтожение грызунов (дератизацию), а также квалифицированную обработку от насекомых вы можете в нашей компании — ООО НПИЦ «Агрокон». Мы работаем на рынке с 1993 года, обладаем медицинской лицензией и оказываем полный спектр санитарных услуг (дезинсекция, дезинфекция, дератизация) для частных лиц и предприятий по всей Москве и Московской области.

Литература

1. Киршенблат Я.Д. Телергоны - химические средства воздействия животных. М.: Наука, 1968. 108 с.
2. Барбье М. Введение в химическую экологию. М.: Мир, 1978. 229 с.
3. Скиркявичюс А.В. Феромонная коммуникация насекомых. Вильнюс: Мокслас, 1986. 289 с.
4. Елизаров Ю.А. Хеморецепция насекомых. М.: Изд-во МГУ, 1978. 232 с.
5. Руководство по физиологии органов чувств насекомых / Ред. Г.А. Мазохин-Поршняков. М.: Изд-во МГУ, 1977. 223 с.
* * *
Владимир Дмитриевич Иванов, кандидат биологических наук, доцент кафедры энтомологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета и кафедры зоологии Лесотехнической академии. Область научных интересов: эволюция и систематика насекомых из отряда ручейников, эволюция полета и коммуникации насекомых. Автор более 60 публикаций, соавтор двух монографий.

Вас также может заинтересовать:

Личный кабинет