Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Иными словами, задача этих белков заключалась в том, чтобы связывать феромоны и сохранять их в водной среде урины. Почти все виды животных маркируют свое присутствие феромонами, а некоторые используют в качестве переносчика именно мочу. Если феромон из-за своей гидрофобной природы (непосредственно связанной с волатильностью) плохо растворяется в воде, ему на помощь приходит белок, обеспечивающий гидрофобную микросреду у себя в связывающей полости. Но и это еще не все: внутри белка молекула феромона надежно защищена от разлагающего действия факторов окружающей среды, и ее летучесть падает. Упаковывая свое любовное послание потенциальным партнерам в белок, мышь делает рекламу более долгоиграющей.

ОСБ как феромоны

Но достаточно ли этого, чтобы оправдать такой дорогой конверт для романтической записочки? Скорее всего, нет. Карла Мучиньят, работавшая в то время с Андреа Каваджони, задумалась, не может ли и сам белок в чем-то выполнять функции феромона. Заметим, что ОМБ водятся только у самцов и контролируются гормонами: их выделяют только взрослые половозрелые особи мужского пола. Следовательно, их функции нужно искать где-то в репродуктивной сфере.

Карла стала впрыскивать очищенный белок безо всякого лиганда в носовую полость юных самочек. Оказалось, что у особей, получавших ОМБ в контрольной выборке, репродуктивные органы созревали быстрее. Эксперимент, таким образом, показал, что не только связываемый лиганд, но и сам белок-переносчик тоже выступает в качестве феромона. ОМБ – не просто коробочка для подарка; он сам и есть подарок [6]. Это объясняет наблюдаемое у подопытных поведение. Когда самец оставляет мочевую метку, самки находят дорогу к нему, руководствуясь постепенно высвобождающимся запахом. Обнаружив метку, самка лижет ее и тем самым загружает белок в вомероназальный орган – специальную полость, расположенную под носом и связанную со ртом, которая как раз и занимается работой с феромонами.

Когда ученые получили больше последовательностей ОМБ и ОСБ, стало ясно, что обе эти группы белков принадлежат к одному классу, а некоторые из них можно найти и в моче, и в носу. В этом нет ничего удивительного, если представить себе феромональную коммуникацию как радиовещательную станцию (мочу) и радиоприемник (нос), которые используют одну и ту же длину волны (связывающий белок) для отправки и получения посланий.

Теперь нам уже известно, что такая двойная система в природе широко распространена, и ОСБ действительно частенько работают на две ставки. Для трансляции феромонов далеко не всегда используется моча – другие биологические жидкости ничем не хуже. Хомяки пользуются вагинальным секретом, кролики – спермой, лошади – потом, а свиньи – слюной. Разные животные применяют для передачи феромонов разные выделения, и, если в них есть феромон, значит, где-то рядом есть и ОСБ.

ОСБ и феромоны в свиной слюне

Мы уже не раз говорили о свином феромоне, андростеноне, который содержится в слюне кабана и представляет серьезную угрозу качеству свинины. Андростенон – весьма гидрофобное соединение, и, чтобы выживать в водной среде слюны, ему очень нужен белок. На самом деле в подчелюстных железах кабана производятся сразу два ОСБ, в связывающих полостях которых содержатся два компонента феромона – андростенон и соответствующий ему спирт, андростенол. Оба ОСБ есть и в носу, но там у них отсутствуют лиганды. Подобно ОМБ, эти два ОСБ выделяются только самцами, а вот в носу были найдены у обоих полов.

ОСБ и ХСБ как переносчики феромонов у насекомых

А что же насекомые? Есть ли у них такое же явление, когда одни и те же белки высвобождают и регистрируют феромоны? Да, есть, и у некоторых видов оно изучено достаточно хорошо. Насекомые имеют особые феромональные железы, которые легко узнать и анатомировать. У многих видов железы, производящие половые феромоны, находятся на конце брюшка и спрятаны от наших глаз. Во время призыва самка выделяет прозрачный шарик, содержащий феромон, который через некоторое время высвобождается в окружающую среду. У некоторых видов в указанных железах были обнаружены как ОСБ, так и ХСБ, и не один-два, а сразу десятки или даже больше. Основная задача этих белков – очевидным образом сделать феромон растворимым и, возможно, отрегулировать скорость его высвобождения в окружающую среду, примерно как с ОМБ в мышиной моче. Но зачем их столько? Может быть, они тоже играют роль феромонов, как ОМБ? Ответа на этот вопрос мы пока не знаем.

Помимо этих желез, которые занимаются производством половых феромонов и есть теоретически у всех видов насекомых на свете, у них встречаются и другие феромональные железы, расположенные на разных частях тела. Особенно это характерно для социальных насекомых. Сам химический язык у них, как мы уже отмечали, гораздо богаче, так как особям приходится много общаться друг с другом и обмениваться специализированной информацией, включающей личные характеристики, места кормежки, присутствие опасности, приказы и инструкции относительно общих задач, таких как строительство своего гнезда, нападение на чужое гнездо, забота о личинках и всякие другие операции.

У медоносных пчел, к примеру, очень развиты челюстные железы, способные производить сразу несколько феромонов. Те же самые железы содержат ряд ОСБ и ХСБ, синтез которых регулируется сообразно касте и возрасту. Особенно наглядно это выглядит у рабочих пчел, которым на протяжении жизни назначаются разные задачи: сначала кормление личинок, потом забота об улье, потом охрана и отражение нападений и, наконец, сбор пищи – и соответственно меняется их профиль экспрессии по ОСБ и ХСБ.

Разумеется, растворением феромонов функции этих белков не ограничиваются. Есть гипотеза (ее еще нужно подтвердить), которая гласит, что связывающие белки могут регулировать состав феромоновой смеси. Иными словами, вместо того чтобы управлять синтезом компонентов, гораздо проще управлять экспрессией связывающих их белков. Таким образом, состав феромоновой смеси будет определяться количеством и соотношением связывающих белков. Для синтеза одного феромона необходимы несколько активных ферментов, чье производство нужно запускать по запросу. По контрасту синтез белка-переносчика зависит от активации одного-единственного гена. И ОСБ, и ХСБ – маленькие белки, которые спонтанно укладываются в правильную структуру и, в отличие от ферментов, не нуждаются ни в каких дополнительных факторах, чтобы связывать свои лиганды.

ОСБ и ХСБ были найдены еще и в репродуктивных органах насекомых. У совки хлопковой, например, ОСБ в больших количествах присутствует в антеннах, но есть также и в сперме. Во время спаривания этот белок передается от самца самке и заканчивает свой путь на поверхности яиц – разумеется, только оплодотворенных. Как и в других случаях, он переносит эндогенные лиганды – возможно, феромоны, чье назначение нам пока неизвестно.

Похожим образом обстоят дела у комара, переносящего желтую лихорадку, Aedes aegypti: он тоже передает самке ОСБ вместе со спермой. А вот у восточной саранчи, Locusta migratoria, самка является счастливой обладательницей целых 17 ХСБ (найдены в репродуктивных органах), тогда как в сперме самца содержится всего один. Наука только начинает догадываться о том, какой комплексной бывает межполовая химическая коммуникация даже у относительно примитивных видов насекомых. Предположительно, каждый из этих ОСБ и ХСБ переносит тот или иной феромон, управляющий процессом ухаживания и фазами репродукции.