Феромоны — это сигнальные молекулы, которые передают информацию от особей одного вида своему сородичу. Помимо феромонов агрегации, которые побуждают насекомых одного вида собираться вместе, или феромонов тревоги, которые предупреждают сородичей о неминуемой опасности, довольно хорошо известны половые феромоны.
Самки насекомых испускают половые феромоны, чтобы привлечь потенциальных партнеров для спаривания. Половой аттрактант, используемый самками тутового шелкопряда, бомбикол, был первым идентифицированным феромоном и доказанным его эффектом на самцов (это произошло в конце 1950-х годов). С тех пор были идентифицированы различные половые феромоны у других видов насекомых.
Феромоны также успешно используются для борьбы с вредителями: аттрактант самок используется в качестве приманки для заманивания самцов в ловушки с феромонами. А женский половой феромон? сигнальная молекула, которая привлекает самцов и запускает брачное поведение уксусной мухи Drosophila melanogaster, до недавнего времени оставалась неидентифицированной.Хани Двек, Маркус Кнаден, Билл Ханссон и их коллеги из отдела эволюционной нейроэтологии начали свое исследование с ошибки: они предположили, что запах девственных самок особенно привлекателен для мужчин, и поэтому искали запахи, которые присутствуют исключительно в незамужние самки.
Однако эти исследования в конечном итоге не помогли определить вещество, которое будет вызывать брачное поведение.Физиологические и генетические данные показали, что у мух должен быть тип нейрона, который реагирует на конкретное, но не идентифицированное соединение в коллекциях запахов мух. Когда этот тип нейрона, который экспрессирует специфический обонятельный рецептор Or47b, отсутствовал, брачное поведение самцов подавлялось. Поэтому Хани Двек начал собирать запахи тысяч уксусных мух, причем не только от девственных самок, но и от спарившихся самок и даже самцов.
Для анализа отдельных компонентов запаха он использовал новую технику термодесорбционной ГХ-МС. Эта комбинация газовой хроматографии (ГХ) и масс-спектрометрии (МС) также использует преимущества термодесорбции, которая помогает измерять и идентифицировать даже самые крошечные количества летучих веществ. Затем Хани Двек провел электрофизиологические измерения, чтобы проверить все идентифицированные соединения на их способность активировать феромон-специфический нейрон. Из всех испытанных летучих соединений, выделяемых уксусными мухами, только одно вещество вызвало сильную реакцию в этом нейроне: метиллаурат, вещество, анализы которого показали, что оно имеет относительно простую структуру молекулы. «С нашей точки зрения, как химиков, мы были почти разочарованы тем, что молекула, которая передает нечто важное, например пол, имеет такую ??простую структуру», — говорит Алеш Сватош, который провел химический анализ для определения феромона.
Метиллаурат встречается не только у девственных самок, но и у спарившихся самок и даже у самцов мух. Соединение обнаруживается нейроном, который экспрессирует обонятельный рецептор Or47b; этот рецептор реагирует исключительно на метиллаурат.
У мужчин метиллаурат вызывает ухаживание. Запах девственных самок наиболее привлекателен для самцов, потому что во время спаривания самцы передают самкам специфический для самцов феромон цис-вакценилацетат, что делает этих самок непривлекательными для других самцов. Метиллаурат также обнаруживается другим типом сенсорных нейронов, которые экспрессируют обонятельный рецептор Or88a.
Мух, лишенных обонятельного рецептора Or47b, по-прежнему привлекает запах других мух; однако их брачное поведение значительно снижается. Мух, у которых отсутствует обонятельный рецептор Or88a, больше не привлекают специфические запахи; однако их брачное поведение расковано. «Новый феромон активирует два разных контура: один участвует в ухаживании и спаривании самцов и самок, а другой — в совокупности», — объясняет Маркус Кнаден, руководивший исследованиями.
Интересно, что ученым удалось показать присутствие метиллаурата у всех протестированных видов дрозофил. Более того, те же самые феромон-специфические типы нейронов, которые активируют обонятельные рецепторы Or47b или Or88a, реагируют на метиллаурат. Метиллаурат передает положительный сигнал спаривания, который, по-видимому, сохраняется у многих мух-дрозофилид. Чтобы избежать гибридизации, каждый вид, по-видимому, несет видоспецифичные кутикулярные углеводороды, которые препятствуют спариванию.
Тесное сотрудничество ученых из разных дисциплин было секретом этого успешного фундаментального исследовательского проекта. «Наше исследование было бы невозможно без этого междисциплинарного подхода. Замечательно, что мы можем объединить результаты различных методов, химической аналитики, электрофизиологических измерений, методов визуализации и, наконец, что не менее важно, поведенческих анализов. Мы можем объединиться и сделать такой исчерпывающая и захватывающая история, — говорит Билл Ханссон, директор Департамента эволюционной нейроэтологии.
В дальнейших экспериментах ученые хотят поближе познакомиться с составом метиллаурата. Их особенно интересует, продуцирует ли муха это вещество или в его производстве могут участвовать симбиотические бактерии.