что такое феромоны у людей
Феромоны млекопитающих: типы, принципы функционирования, эволюция
В статье приведен обзор исследований обонятельной системы млекопитающих: что такое феромоны в применении к млекопитающим? каковы их функциональные типы? Показано, что обонятельная система млекопитающих неоднократно претерпевала сужение и расширение ее возможностей, используя имеющийся «под рукой» генетический и биохимический материал. Отдельно авторы освещают «загадку нашей эры» о влиянии веществ типа феромонов на поведение человека.
Химическая коммуникация является наиболее древним способом обмена информацией между живыми организмами. Для подавляющего большинства видов млекопитающих анализ запаховых раздражителей является определяющим в организации сложных форм поведения. Таких животных относят к макросматикам, а обоняние для них – основной канал информации о потенциальных брачных партнерах, пище, потенциальной опасности и др. Лишь отдельные виды млекопитающих относят к микросматикам. Вследствие приспособления к специфическим экологическим условиям, например переходу к жизни в воде, произошла вторичная утрата обоняния или существенное снижение его остроты. Традиционно все пахучие вещества разделяют на химические сигналы/феромоны и обычные одоранты. Первые являются компонентами запаха тела человека или животных и могут участвовать во внутривидовой и межвидовой химической коммуникации.
В обонятельном анализаторе большинства млекопитающих выделяют два главных отдела: основную обонятельную систему (ООС) и дополнительную обонятельную систему (ДОС). В ООС сенсорные нейроны воспринимают запаховые сигналы – одоранты и передают информацию в первичный обонятельный центр – основную обонятельную луковицу (ООЛ), откуда сигнал поступает дальше во вторичные сенсорные центры в первичной обонятельной коре. В основной обонятельной выстилке экспрессируются: большое семейство обонятельных рецепторов (ORs), воспринимающих летучие соединения, обычные одоранты и феромоны, а также семейство рецепторов, ассоциированных со следовыми аминами (trace amine-associated receptors – TAARs), участвующих в детекции межвидовых химических сигналов в системе «хищник-жертва». Еще одно крошечное семейство хеморецепторов в основном обонятельном эпителии, кодируемое генами MS4A, не относится к каноничным обонятельным рецепторам суперсемейства GPCRs. Рецепторы MS4A отвечают на стимуляцию биологически значимыми одорантами, в том числе феромонами и пищевыми жирными кислотами. У млекопитающих существуют значительные межвидовые различия по площади, занимаемой обонятельной выстилкой в носовой полости, вплоть до полного ее отсутствия у ряда видов, приспособившихся к обитанию в водной среде (например, у зубатых китов). К ключевым органам дополнительной обонятельной, или вомероназальной, системы относят вомероназальный, или Якобсонов, орган (ВНО), дополнительную обонятельную луковицу (ДОЛ) и вомероназальную амигдалу. В выстилке ВНО экспрессируются рецепторы семейства V1 и V, участвующие во внутривидовой химической коммуникации. Относительно недавно в выстилке ВНО у мышей идентифицировали новое семейство рецепторов, названных формил-пептидными рецепторами – FPRs, участвующими в детекции инфицированных особей. Функцию ВНО, впервые появляющегося у наземных позвоночных, главным образом связывают с рецепцией веществ типа феромонов. Однако прохождение сигнала по путям ДОС и путь феромонального сигнала как такового не всегда совпадают. Вомероназальные сенсорные нейроны реагируют и на некоторые обычные одоранты, не обладающие феромональной активностью. В рецепции ряда веществ феромональной природы важную роль играет ООС, а также следует отметить комплементарность и синергизм обеих систем в анализе некоторых химических сигналов и феромонов. ВНО также имеет морфологические особенности у разных млекопитающих. Гистологически ВНО приматов имеет сходство с ВНО овцы, хорька, свиньи и козы, но не грызунов. При этом ВНО редуцирован у многих морских млекопитающих и летучих мышей, обезьян Старого Света и человека. У низших приматов и обезьян Нового Света есть ВНО и ДОЛ, но в ходе эволюции, при переходе к обезьянам Старого Света, эти органы становятся рудиментарными приблизительно 23 млн лет назад. У грызунов сенсорные рецепторные нейроны обнаружены не только в основной обонятельной и вомероназальных выстилках, но и в дополнительных сенсорных структурах носа – септальном органе и ганглии Грюнеберга. Однако эти обонятельные органы, по всей видимости, лишь ограниченно распространены даже среди видов макросматиков – например, они не найдены у собаки. В формирование запаховых ощущений, помимо собственно обонятельной системы, вносит значительный вклад система тройничного нерва. Большинство одорантов кроме запаховой составляющей имеют и тригеминальную (вызывают раздражение, ощущение жжения или покалывания).
К основным механизмам эволюционных преобразований хеморецепторов основной обонятельной и вомероназальной выстилки можно отнести появление и исчезновение генов, опосредованное событиями дупликации и псевдогенизации. Видоспецифичные репертуары каноничных генов OR млекопитающих, различающиеся количеством интактных генов и псевдогенов, формируются за счет множественных событий “рождения и смерти” генов. Снижение доли интактных генов ORs у ряда видов млекопитающих носило независимый характер в различных таксономических группах; в ряде случаев прослеживается тенденция возрастания доли псевдогенов, сопряженная со снижением сложности структурной организации обонятельного анализатора. Межвидовые различия в репертуарах ORs млекопитающих, вероятно, отражают специализацию обонятельной функции в экологическом аспекте. Было экспериментально показано, что индивидуальная генетическая вариабельность ORs в определенной степени определяет обонятельную чувствительность к ряду веществ внутри популяции. Непосредственно объем пула генов ORs вида, по всей видимости, напрямую не связан с обонятельными способностями. Межвидовые различия могут быть также обусловлены генетическими и структурными факторами, влияющими на количественную экспрессию генов хеморецепторов. Число генов обонятельных рецепторов ORs и генов рецепторов следовых аминов TAARs в основном положительно коррелирует. По сравнению с ORs, гены вомероназальных рецепторов VRs в целом более видоспецифичны и, по-видимому, претерпевают более быструю эволюционную смену репертуара, что указывает на важную роль рецепторного аппарата ВНО во внутри- и межвидовой коммуникации. У многих видов млекопитающих количество интактных генов V1R положительно коррелирует с анатомической сложностью ВНО. За небольшими исключениями млекопитающие, использующие тесные убежища и ведущие ночной образ жизни, обладают большим количеством функциональных генов рецепторов V1R. Единичное количество генов V1R, а также их псевдогенизация наблюдается у обезьян Старого Света и человека, обладающих редуцированным ВНО. Функциональные гены V2R, которые, возможно, играют роль в индивидуальном распознавании особей, среди млекопитающих были найдены только у грызунов, зайцеобразных и низших приматов. Также у грызунов произошло de novo расширение и диверсификация семейства генов FPR, которые, вероятно, участвуют в обнаружении патогенов. Еще один мало исследованный тип рецепторов основной обонятельной выстилки млекопитающих – MS4A – демонстрирует эволюционно консервативный паттерн, что потенциально указывает на важную сенсорную роль.
Термин “феромон” был введён более полувека назад немецким биохимиком Петером Карлсоном и швейцарским энтомологом Мартином Люшером для обозначения выделяемых насекомыми во внешнюю среду веществ, которые воспринимаются особью того же вида и вызывают у нее специфическую реакцию или процесс развития. Ранее эту функциональную группу соединений относили к так называемым гомойогормонам, и введение термина во многом было необходимо для того, чтобы вывести феромоны из поля эндогенных регуляторов физиологических функций – гормонов. Первым феромоном, для которого была определена химическая структура, стал половой аттрактант тутового шелкопряда Bombyx mori бомбикол. По сей день достаточно часто встречается употребление термина “феромон” именно в значении “афродизиак” несмотря на то, что исходное определение было сформулировано гораздо шире. Открытие ряда эффектов феромонального характера у домовых мышей способствовало стремительному распространению термина “феромон” на другие систематические группы животных и, в первую очередь, на млекопитающих. Однако социальное поведение млекопитающих в ответ на внешние сигналы не столь жестко детерминировано, как у насекомых, и может зависеть от целого набора параметров, например, от контекста и предшествующего ольфакторного опыта. Кроме того, млекопитающих от насекомых отличает бoльшая пластичность нервной системы. Например, индивидуальный ольфакторный опыт может в значительной степени изменить чувствительность к одорантам и даже индуцировать чувствительность к отдельным веществам и смесям, к которым исходно они не были чувствительны. Вслед за классическим определением феромона по функциональному признаку были выделены группы феромонов-праймеров и феромонов-релизеров. Феромоны-релизеры вызывают немедленный поведенческий ответ. Например, андростенон, обнаруженный в слюне хряка, вызывает принятие позы лордоза у свиней. Праймер-феромоны запускают долговременные физиологические реакции, преимущественно гормональные. Например, тестостерон-зависимые компоненты мочи самцов домовой мыши 2-sec-бутил-4,5-дигидротиазол (SBT) и 2,3-дегидро-exo-бревикомин (DHB), выступая в роли праймер-феромонов, вызывают эструс у самок мышей и ускорение полового созревания у неполовозрелых самок. Тем не менее следует отметить, что деление феромонов на праймеры и релизеры является достаточно условным, поскольку одно и то же вещество или смесь веществ в разных ситуациях может выполнять обе функции. Так, вышеупомянутые 2-sec-бутил-4,5-дигидротиазол и 2,3-дегидро-exo-бревикомин в сочетании с мочой даже кастрированных самцов домовых мышей работают как феромоны-релизеры, вызывая агрессию у самцов своего вида. Кроме того, эндокринный ответ на некоторые праймер-феромоны может происходить очень быстро, в течение буквально нескольких минут. Наконец, праймер-эффекты, запускаемые обонятельными стимулами, могут сменяться в долгосрочной перспективе релизинг-эффектами. Следует также отметить достаточно обширную группу химических сигналов, которые несут значимую информацию об индивидууме, но не имеют очевидного праймер- или релизинг-эффекта. Это, прежде всего, информация о видовой принадлежности, поле, репродуктивном статусе, возрасте, социальном статусе животного, посылающего химический сигнал (рис. 1). Для такого рода сигналов был предложен термин “сигнальный феромон”. Сигнальные феромоны следует отличать от индивидуального запаха особи (“запахового одортипа”), поскольку последний является индивидуальной характеристикой каждого животного и не отвечает термину “феромон” по определению, хотя существование индивидуальных запахов как таковых не исключает наличие набора универсальных веществ в пределах конкретного вида млекопитающих. Наконец, термин “модуляторный феромон” был предложен для химических сигналов человека, оказывающих значимое воздействие на настроение или эмоциональное состояние реципиента, но по сей день этот термин не получил широкого признания.
Химическая идентификация структуры феромонов показала, что нет общего принципа, определяющего возможность использования данной молекулы в качестве сигнала. Спектр сигналов ограничен лишь многообразием молекул, которые организм в принципе может синтезировать, а также воспринимать и анализировать. Феромоны могут иметь различную химическую структуру, которая в значительной мере определяется специфическими экологическими условиями среды обитания конкретного вида, а также функциональным назначением феромона. Репертуар феромонов млекопитающих формировался под влиянием естественного отбора: если конкретное соединение, используемое для внутривидовой коммуникации, обеспечивало особи преимущества в репродукции или поддержании жизнеспособности, то отбор шел в направлении повышения чувствительности к данному соединению и совершенствованию способов его распознавания. Наиболее важными характеристиками феромонов являются полярность и размер молекул, поскольку именно эти признаки определяют растворимость в воде и летучесть соединений. У сухопутных млекопитающих феромоны тревоги или феромоны-аттрактанты, выполняющие функцию привлечения полового партнера, как правило, небольшие летучие молекулы, что позволяет реципиенту сигнала детектировать его на значительном расстоянии от источника. В качестве примера можно привести (метилтио)метантиол (MTMT), который присутствует в моче самцов мышей и привлекает внимание самок. Напротив, феромоны, передающие информацию о конкретных особях, скорее всего, будут относительно нелетучими. Например, белки или пептиды надежно связаны с продуцентом сигнала и не распространяются на сколь-либо значительное расстояние. Пептидные и белковые феромоны широко используются в химической коммуникации млекопитающих. Ситуация отличается в водной среде, где растворимость является наиболее важным фактором, и даже относительно высокомолекулярные пептиды и белки могут играть роль аттрактанта. Однако следует отметить, что общность метаболических путей для различных видов животных налагает определенные структурные ограничения: в итоге одно и то же вещество может быть использовано в качестве феромона разными видами. Видовая специфичность в таком случае может быть обеспечена контекстом или видоспецифическим соотношением компонентов феромональной смеси. Так, половой феромон слона (Z)-7-додецен-1-ил ацетат одновременно является и компонентом половых аттрактантов более 126 видов насекомых.
В настоящее время описана химическая структура целого ряда феромонов млекопитающих, но среди них нет ни одного феромона человека, несмотря на наличие обоснованных экспериментальных данных, подтверждающих тот факт, что люди выделяют и воспринимают феромоны. Дискуссия о феромонах человека привлекает внимание широкой научной общественности на протяжении последних десятилетий. В частности, в специальном выпуске журнала Science вопрос о возможном влиянии веществ типа феромонов на поведение человека был вынесен в качестве одной из 100 загадок нашей эры, направляющих движение фундаментальных научных исследований (Anonymous, 2005). По прошествии более десятилетия вопрос о феромонах человека остается открытым.
За последние десятилетия в научной литературе, посвященной физиологии и генетике обоняния, неоднократно высказывались возражения классическим представлениям об отнесении человека к группе микросматиков, т.е. млекопитающих со слабо развитым обонятельным анализатором и ничтожной ролью запахов в повседневной жизни. Многочисленные сравнительные поведенческие исследования, выполненные на различных видах млекопитающих и человеке, показали, что чувствительность к запахам напрямую не связана с объемами рецепторного пула и нейроанатомического субстрата. Наконец, авторитетный журнал Science опубликовал результаты исследования разрешающей способности обоняния человека, основанные на данных о возможностях людей дифференцировать многокомпонентные смеси (Bushdid et al., 2014). Исследователи показали, что человек способен качественно различать до триллиона запахов, а это во многом превосходит количественные оценки разрешающей способности для зрительного и слухового анализаторов человека. Почему же несмотря на значительный прогресс в области биологии и химии феромонов млекопитающих, по сей день не расшифрована химическая формула ни одного феромона человека? По аналогии с исследованиями на животных на протяжении десятилетий шел безрезультатный поиск лигандов к вомероназальным рецепторам, поскольку вомероназальная система является более специализированной для детекции и анализа феромонов, а человеку приписывалось существование функционального ВНО. На сегодняшний день отсутствие функционального ВНО у взрослого человека является общепризнанным фактом и не подвергается сомнению. Полноценный ВНО прослеживается только в процессе эмбрионального развития человека, а у взрослых присутствует лишь в редуцированном состоянии. Против возможности функционирования ВНО у взрослого человека приводится множество аргументов. Рудимент ВНО не содержит сенсорных нейронов, а выстилающий его эпителий по своей ультраструктуре ближе к дыхательному эпителию, чем к нейроэпителию. В ВНО человека не обнаружен маркер зрелых рецепторных нейронов – ольфакторный маркерный белок (OMP), который является ключевым участником регуляции обонятельных процессов на уровне нейрона. Рудимент не имеет нейрональных проекций, к тому же у взрослых людей, как и у обезьян Старого света, отсутствует дополнительная обонятельная луковица. У человека не функционирует ряд важных элементов рецепторного каскада. В состоянии псевдогенов находятся гены, кодирующие ионные каналы TrpC2, необходимые для трансдукции вомероназального сигнала, а также большинство генов, кодирующих вомероназальные рецепторы. Если у мышей доля функциональных генов V1R около 60%, то у человека менее 5%. В эволюционном плане человек не представляет собой исключения: функциональный ВНО отсутствует и у других представителей узконосых обезьян. Но равнозначно ли отсутствие функционального ВНО отсутствию у человека анатомического субстрата для рецепции химических веществ типа феромонов? Принимая во внимание современные представления о синергизме и конвергенции двух главных отделов обонятельной системы млекопитающих, на этот вопрос можно уверенно дать отрицательный ответ. Рецепция внутривидовых химических сигналов у человека вполне может быть опосредована рецепторами, расположенными в основной обонятельной выстилке.
Исследование релизер-феромонов человека крайне затруднено по причинам этического характера, а также далеко не всегда возможен строгий контроль за проведением эксперимента. В настоящее время единственной научно обоснованной работой по поиску феромонов-релизеров у человека является исследование группы Бенуа Шааля из Франции, в которой показан стереотипный видоспецифический поведенческий ответ младенцев на секрет желез Монтгомери кормящей матери, который не зависел от постнатального обонятельного опыта и от того, является ли кормящая мать его родной (рис. 2). Наличие хорошо воспроизводимой и контролируемой тест-реакции открывает возможности поиска кандидатов на роль феромонов. Исследованиями той же самой группы в свое время был выделен феромон молока кроликов 2-метил-бут-2-еналь.
Исследования праймер феромонов человека также немногочисленны. Для человека известен феномен менструальной синхронии, впервые описанный Мартой МакКлинток, в котором можно усмотреть аналогии с хорошо известными эффектами у животных. У женщин, проживающих в одной комнате в общежитии в условиях слабой вентиляции, или у близких подруг наблюдается синхронизация менструальных циклов за период в четыре месяца. Данный эффект был многократно воспроизведен другими независимыми исследовательскими группами с использованием убедительной статистики. Авторы высказали гипотезу о роли химических сигналов в реализации описанного эффекта, поскольку предъявление экстрактов выделений из подмышечных впадин женщин-доноров запаха приводило к изменению сроков менструаций у реципиентов запаховых сигналов. Исследованиями Джорджа Прети с соавторами было показано, что в зависимости от фазы менструального цикла донора химических сигналов, сроки наступления менструации у реципиента могут быть ускорены или, наоборот, задержаны Был описан предполагаемый физиологический механизм наблюдаемого эффекта: секрет, собранный в овуляторную фазу цикла, вызывал усиление пульсации лютеинизирующего гормона (ЛГ) у реципиента сигнала, тогда как секрет, собранный у донора в фолликулярную фазу цикла, вызывал уменьшение пульсации ЛГ (Shinohara et al., 2001). Однако вопрос об эволюционной роли синхронизации циклов у женщин остается открытым.
Исследования роли обонятельных сигналов мужчин в регуляции менструальных циклов женщин также единичны. Исследованиями нашей группы показано, что экстракт из секрета подмышечных впадин мужчин вызывает значительное сокращение длины только аномально длинных менструальных циклов у женщин, и не влияет на длину нормальных регулярных менструальных циклов и аномально коротких. Мы наблюдали увеличение частоты и амплитуды ЛГ пиков в слюне только в том случае, когда реципиенты сигнала были в фолликулярной фазе менструального цикла; предъявление экстрактов в лютеиновую фазу менструального цикла не влияло достоверно на частоту пульсации, но уменьшало среднюю амплитуду пиков. В настоящее время нейробиология феромонов человека является стремительно развивающейся областью знаний, благодаря усовершенствованным методам исследований и достижениям главным образом в области молекулярной генетики.
Несмотря на значительный прогресс в изучении тонкой структуры и механизмов функционирования хемосенсорных систем, понимание природы феромонов млекопитающих и нейрональных механизмов, лежащих в основе феромональных эффектров, остается фрагментарным. Дальнейшие разработки в этой быстро развивающейся области потребуют кооперации зоологов и экологов, физиологов и нейробиологов, молекулярных биологов и генетиков, а также специалистов в области аналитической химии и эволюционной биологии. Подавляющее большинство феромонов млекопитающих идентифицировано для грызунов и главным образом для домовой мыши. Учитывая видоспецифичность феромонов, различие репродуктивных стратегий у разных видов и в целом различия в организации сложных форм поведения, следует избегать экстраполяции полученных закономерностей на грызунах на другие виды млекопитающих. В ближайшем будущем прогресс в понимании химической коммуникации млекопитающих будет в значительной мере определяться усовершенствованием молекулярно-генетических подходов, поскольку по сей день для большинства обонятельных и вомероназальных рецепторов лиганды не определены.
Лежит ли путь к сердцу через нос?
Снова о феромонах человека
Аркадий Курамшин,
кандидат химических наук
«Химия и жизнь» №4, 2017
Жук улавливает феромоны усиками. А человек?
Что такое феромоны, существуют ли феромоны человека, и если да, то управляют ли они нашим поведением? Об этом много пишут, читают научно-популярные лекции, но и сами просветители расходятся во мнениях: споры в соцсетях временами идут на повышенных тонах. Попробуем разобраться, что об этом на данный момент известно точно.
Создание мифа
Для сторонников существования человеческих феромонов есть плохая новость: за десятилетия исследований специалисты, изучающие принципы и механизмы химического общения, так и не получили экспериментальных доказательств существования веществ, которые можно было бы с полным правом назвать феромонами человека. Феромоны — это, по определению, сигнальные молекулы, производимые живым организмом, испускаемые во внешнюю среду и влияющие на поведение или психологическое состояние другого животного, как правило, представителя того же вида. (Подробнее см. «Химию и жизнь» № 7, 2015.) Самцы млекопитающих выделяют феромоны, заставляющие, к примеру, самку принять позу готовности к спариванию и (или) вызывающие агрессивное поведение у других самцов. Но крайне маловероятно, что будут найдены феромоны, вызывающие то или иное стереотипное поведение у человека, — если бы они существовали, мы бы знали об этом и без хитроумных экспериментов. Сложнее с воздействием на физиологию, настроение, восприятие, мышление — эффекты эти тонкие, трудноуловимые. Сторонники их существования утверждают, что такое воздействие доказано в экспериментах, критики — что все имеющиеся данные никуда не годятся и ничего не доказывают.
Людям, категорически отрицающим саму возможность существования феромонов человека, не стоит забывать когда-то сказанное Карлом Саганом: «Отсутствие доказательства не является доказательством отсутствия». Возможно, по этой причине вопрос не закрыт, и поиск феромонов человека ведут до сих пор, причем не энтузиасты-одиночки вроде тех, что строят вечные двигатели, а научные коллективы и целые отделы химических и биологических институтов.
Рис. 1. Самые знаменитые кандидаты в феромоны человека
Начиналось все, однако, не вполне научно. В 1991 году, на конференции, одним из спонсоров которой выступала парфюмерная компания Erox Corp., двое ученых из университета Юты сделали доклад о свойствах двух соединений — по счастливому совпадению, продуктах компании-спонсора. Вскоре материалы доклада были опубликованы в виде статьи (Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, 1991, 39, 4B, 573–582, PMID: 1892788). Главной ее темой стали результаты исследования на нескольких десятках добровольцев, показавшие, что андростадиенон и эстратетраенол (рис. 1) избирательно, в зависимости от пола испытуемого, активируют вомероназальный орган — периферический отдел дополнительной обонятельной системы, который у многих животных реагирует на летучие феромоны и другие летучие ароматные вещества, в большинстве своем не ощущаемые как запах или слабо воспринимаемые основной обонятельной системой (см. «Химию и жизнь» № 7, 1998). Доклад и статья позволили компании в 1993 году получить патент, в котором андростадиенон и эстратетраенол позиционировались именно как феромоны человека (Патент US 5272134 A — 1993).
Нет никаких сомнений, что человеческий организм действительно способен вырабатывать андростадиенон и эстратетраенол, но вот то, что эти вещества работают как феромоны, так и не было продемонстрировано с достаточной убедительностью. Следует отметить и то, что большинство биологов считают вомероназальный орган у представителей Homo sapiens скорее рудиментарным органом, у взрослых людей он не используется.
Конечно же, Виатт писал этот обзор не для того, чтобы разоблачить некорректный маркетинг парфюмеров. Как и многие его коллеги, он заинтересован в том, чтобы получить обоснованный ответ на вопрос: «Существуют ли на самом деле феромоны человека?» «Если мы хотим искать человеческие феромоны, — пишет он, — то должны исследовать самих себя так, как будто мы — только что открытые млекопитающие, и использовать строгие методы, уже показавшие себя успешными при поиске феромонов у других видов». Строгостью, по мнению Виатта, многие исследователи пренебрегают.
Несмотря на все усилия, предпринятые химиками и биологами в последние полвека, однозначный отрицательный или положительный ответ до сих пор не получен. Одним из косвенных свидетельств в пользу существования феромонов человека Виатт, например, называет более сильный запах тела человека на всем протяжении пубертатного периода. Не исключено, что природа этого запаха связана с примерно такой же химической сигнальной системой, какая появляется у других млекопитающих во время их созревания и указывает на готовность к спариванию. Опять же, тот факт, что феромоны есть у млекопитающих, а Homo sapiens относится к млекопитающим, позволяет надеяться, что и феромоны человека удастся найти. Конечно, их поиск не связывается с надеждами на разработку «приворотных духов» — однозначный ответ на вопрос: «Существуют ли человеческие феромоны?», положительный или отрицательный, позволил бы узнать больше о наименее понятной для нас и наиболее древней системе коммуникации организмов.
Заметим, что Виатт не отрицает существования неферомонных индивидуальных запахов, как и способности людей отличать по запаху тех, с кем они находятся в родственной связи, или выбирать более привлекательных партнеров (см. «Химию и жизнь» № 5, 2013).
Еще раз, для ясности: на настоящий момент не было идентифицировано ни одного вещества, которое выполняло бы функции феромона у человека. Одна из причин заключается в том, что зачастую поиск идет в неверном направлении из-за слишком вольного обращения с термином «феромон». Другая же причина объективна: выделить воздействие конкретного вещества на поведение или эмоции человека — исключительно сложная задача. Это хорошо иллюстрирует история поиска феромонов у других млекопитающих.
По свежим следам
Итак, феромоны распознаются системой обоняния и влияют на поведение представителя своего биологического вида либо непосредственно, либо через его гормональную систему. (Впрочем, существуют и феромоны, действующие на другой вид, — кайромоны.) Чтобы вещество с полным правом можно было назвать феромоном, его действие должно быть врожденным, а не приобретенным, а также безадресным — феромон подает сигнал всем представителям вида (или, по крайней мере, широкой группе, скажем, всем представителям противоположного пола данного вида). Если же запахи действуют адресно, только на одну особь, речь идет не о воздействии феромона, а о распознавании индивидуальной карты запахов. Скажем, радость собаки, учуявшей хозяина, не является эффектом воздействия кайромонов — четвероногий друг знает характерный запах своего человека и успел выучить, что хозяин — это хорошо. Если бы дело было в кайромонах, собаки горячо приветствовали бы любого человека, чего, как мы знаем, не происходит. А вот вещества, выделяемые некоторыми насекомыми, в том числе феромоны, могут выступать в роли кайромонов для других насекомых — их паразитов или хищников.
Классический пример феромона — бомбикол, который вырабатывают самки тутового шелкопряда Bombyx mori для привлечения самцов. Предположение о том, что животные могут обмениваться информацией с помощью химических веществ, было высказано еще в конце XIX века, но бомбикол выделили только в 1959 году, и тогда же появился сам термин «феромоны». С тех пор они были идентифицированы у разных биологических видов — пауков, омаров, рыб, лягушек, змей, овец, оленей, собак, кроликов, слонов и, безусловно, мышей, на которых к настоящему времени проведена наибольшая часть работ по феромонам млекопитающих.
Призыв Алекса Комфорта был услышан. В том же 1971 году феромонами млекопитающих вплотную занялись химики-аналитики. Пионером в этой области стал чех по происхождению Милош Новотный, темой работы которого в университете Индианы было аналитическое разделение смесей веществ с помощью хромато-масс-спектрометрии. Старший коллега Новотного, Марвин Кармак, заразил его идеей применения масс-спектрометрии для изучения химической коммуникации млекопитающих. Новотный и Кармак решили взять в свою компанию биолога и отправились с предложением совместной работы к сотруднику того же университета Уэсли Уиттену. Химики не застали Уиттена в лаборатории, но это оказалось к лучшему: они встретили его на прогулке, когда он рассматривал следы и метки лис в свежем снегу. Не откладывая дело в долгий ящик, исследователи отобрали пробы желтого снега, проанализировали их в лаборатории Новотного на масс-спектрометре и обнаружили, что по летучим органическим соединениям, содержащимся в лисьей моче, можно определить, кто оставил метку — самец или самка.
Рис. 2. Эти компоненты мышиной мочи были описаны как первые открытые феромоны млекопитающих. Однако на самом деле до сих пор не доказано, что они являются феромонами
После этого химики переключились с лис на более доступных мышей. Они разработали и отточили технологии построения химического профиля веществ, выделяемых различными мышиными железами, а также компонентов мочи. В моче самцов-мышей они обнаружили две молекулы — гетероцикл 2-втор-бутил-4,5-дигидротиазол и производное терпена — дегидро-экзо-бревикомин (рис. 2). Оба эти вещества провоцировали агрессию у мышей-самцов и при этом были привлекательны для самок.
В моче взрослых мышей-самок был обнаружен 2,5-диметилпиразин. Это вещество, вырабатываемое надпочечниками, — своего рода химический сигнал о перенаселении, оно тормозит гормональное развитие самок и отдаляет переход молодняка в пубертатный период.
Нелетучие феромоны
В 1970–1980-х годах было обнаружено еще несколько соединений, которые идентифицировали как первые феромоны млекопитающих. Однако в наши дни статус этих молекул до сих пор остается неясным: более поздние исследования показали, что 2-втор-бутил-4,5-дигидротиазол, дегидро-экзо-бревикомин и 2,5-диметилпиразин вырабатываются не у всех линий мышей, к тому же не всегда воспроизводится их влияние на поведение, в том числе и репродуктивное. Некоторые другие вещества, обнаруженные позже и не только в группе Новотного, вызывали сходные дискуссии о воспроизводимости результатов. Все это показывает, как легко может ускользнуть удача от человека, который изучает феромоны млекопитающих.
Как отмечает Рон Ю, нейробиолог из Института медицинских исследований Стауэрса, коренное отличие феромонов млекопитающих и насекомых состоит в том, что у насекомых феромон — индивидуальное вещество, которое легко связать с конкретным поведением — привлечением особей противоположного пола, роением или откладыванием яиц, а химический сигнал млекопитающих чаще всего состоит из смеси различных веществ, причем вариации содержания того или иного вещества могут полностью изменить контекст передаваемой информации. Естественно, и перемены поведения под воздействием феромонов у млекопитающих также могут быть куда сложнее. Вот почему так трудно интерпретировать эксперименты по идентификации феромонов даже на мышах. Эксперименты, как правило, проводят в присутствии других животных. Скажем, при изучении феромонов, стимулирующих агрессию, недостаточно заставлять подопытное животное вдыхать соответствующее вещество — необходим объект агрессивного поведения. В итоге нелегко определить, какое именно вещество изменило поведение подопытного — то, которое дал понюхать экспериментатор, или то, которое выделяют другие мыши. А не зная точного строения вещества, вызывающего реакцию, невозможно определить строение и функции рецепторов этого вещества и установить природу нейронных связей, задействованных в смене поведения.
Понятно, что поиск феромонов у человека во сто крат сложнее, чем у мышей. В начале 1970-х исследователи заявили, что идентифицировали половые феромоны приматов, непосредственно влиявшие на их поведение в поисках партнера. Содержащиеся в вагинальных выделениях макак-резусов алифатические кислоты, которые выделяются одновременно с эстрогеном, получили название «копулины». В первоначальном сообщении об этих феромонах говорилось, что они привлекают внимание самцов, однако этот поведенческий отклик так и не удалось воспроизвести. Сообщалось и об обнаружении копулинов человека, и даже о том, что мужчины оценивают фотографии девушек, «надушенные» копулинами, как более привлекательные (Evolutionary Psychology, 2016, 2, 1–8, doi: 10.1177/1474704916643328 ). Однако, во-первых, этот эффект не столь велик, во-вторых, критерии привлекательности бывают различными (кому-то нравится Скарлет Йоханссон, а кому-то Вупи Голдберг), наличие статистической связи не всегда означает наличие связи причинно-следственной, ну и, как нетрудно догадаться, сообщения о попытках воспроизведения подобных результатов очень противоречивы.
Несмотря на многочисленные неудачи, поиск феромонов млекопитающих до сих пор остается святым граалем для химиков. В идеале, конечно, хочется отследить всю цепочку — от структуры феромона и рецептора, который он активирует, до способа взаимодействия нейрона с центральной нервной системой и поведенческого отклика. Результаты имеются — об идентификации нескольких феромонов млекопитающих можно говорить с полной уверенностью, хотя их и немного. По мнению Кацусигэ Тухары из Токийского университета, дело продвигается так медленно из-за того, что в этой области главным образом работают специалисты по поведенческим особенностям, нейробиологии и молекулярной биологии, — если бы к поискам феромонов присоединилось больше химиков, работа пошла бы успешнее.
В лаборатории Тухары определили строение молекулы, которую вполне можно считать феромоном мыши, — это пептид 1, выделяемый экзокринной железой (ESP1). В полном соответствии с названием, этот пептид, то есть короткий белок, вырабатывают второстепенные (экстраорбитальные) слезные железы мыши, расположенные под ухом. Оказалось, что он усиливает активность вомероназального органа самок (Nature, 2010, 466, 7302, 118–122, doi: 10.1038/nature09142 ). Как говорит сам Тухара, открытие было сделано по счастливой случайности — экстраорбитальные слезные железы изучены настолько плохо, что о них с трудом можно найти упоминание в литературе. Но именно они оказались источником феромонов. Все видели, как мыши или кошки, умываясь, проводят лапкой за ухом, — возможно, эти движения способствуют равномерному распределению секреторных выделений по шерсти. Исследователи впервые выделили белок-феромон в 2005 году, однако на то, чтобы определить его третичную структуру, выяснить структуру активируемого белком рецептора и роль этого белка в сексуальном поведении самок, ушло пять лет.
В отличие от веществ, в свое время идентифицированных Новотным как феромоны, ESP1 не относится к летучим низкомолекулярным соединениям. Тухара полагает, что первоначально феромоны всех наземных животных были летучими органическими веществами, но, возможно, мыши, как и некоторые другие сухопутные животные, в ходе эволюции обзавелись более надежной системой химической коммуникации — белковой, и стали обмениваться химическими сигналами лишь при физическом контакте. Белки-феромоны могут работать как сами по себе, так и совместно с летучими органическими веществами.
С 2010 года было найдено еще несколько пептидов, выполняющих у мышей функцию феромонов. Один из них, получивший название «дарсин» в честь мистера Дарси, героя романа Джейн Остин, относится к главным мочеотделительным белкам и делает самцов мышей более привлекательными для мышиных «леди» (BMC Biology, 2010, 8, 75, doi: 10.1186/1741-7007-8-75 ). Кроме того, в качестве феромонов мышей последнее время пытаются представить выделяемые самками производные стероидов — их сульфатированные или ацилированные формы, а также желчные кислоты, которые можно обнаружить в фекалиях мышей обоих полов. Прогресс в области хроматографических методов очистки белков наряду с новыми подходами к определению строения рецепторов несколько ускорил работу, и тем не менее мы только начали понимать, как организовано химическое общение хотя бы у лабораторных мышей.
Вернемся к феромонам человека
Несмотря на очевидные сложности, многие исследователи, среди которых и Тристрам Виатт, считают, что пора опять замахнуться на обнаружение феромонов Homo sapiens. Виатт уверен, что после десятилетий, впустую потраченных на изучение андростадиенона и эстратетраенола, следует сконцентрировать усилия на изучении секреторных выделений человека, чтобы раз и навсегда решить вопрос о том, содержат ли они феромоны.
Результаты некоторых исследований внушают оптимизм. Так, например, было показано, что экстракт подмышечного мужского пота стимулирует у женщин выработку лютеинизирующего гормона — молекулы, пиковая концентрация которой в крови инициирует овуляцию (Biology of Reproduction, 2003, 68, 6, 2107–2113, doi: 10.1095/biolreprod.102.008268 ). Есть информация и о том, что запах женских слез снижает содержание тестостерона в крови мужчин, попутно понижая их возбуждение (Science, 2011, 331, 6014, 226–230, doi: 10.1126/science.1198331 ). Эти результаты можно рассматривать скорее как отдаленные намеки на возможность существования феромонов человека: не выявлены ни конкретные вещества, модулирующие поведение, ни, тем более, механизм этого изменения. А без этого разговор беспредметен: в серьезной науке формулировка вывода о существовании зависимости между А и Б, основанная только на статистической взаимосвязи, считается серьезной методологической ошибкой.
Рис. 3. Этот феромон кролика позволяет новорожденным крольчатам найти дорогу к молоку матери
Виатт, однако, предлагает еще один способ поиска неуловимых феромонов, не связанный с необходимостью нюхать чьи-то слезы или пот. По его мнению, есть шанс обнаружить врожденные способы химической коммуникации, исследовав отношения между матерью и грудным ребенком, — возможно, в этом случае изменение поведения, вызванное контактом с каким-либо веществом, будет проще отделить от других факторов, способных корректировать поведение, ведь выученных форм поведения у младенца еще не так много. У млекопитающих подобные феромоны существуют. Более того, сравнительно недавно было обнаружено, что грудной феромон кроликов — 2-метил-2-бутеналь (Nature, 2003, 424, 68–72; doi: 10.1038/nature01739 ; рис. 3) — помогает найти молочную железу матери не только новорожденным крольчатам, но и грудничкам Homo sapiens (PLOS One, 2009, 4(10): e7579, doi: 10.1371/journal.pone.0007579 ).
Теперь, чтобы объявить 2-метил-2-бутеналь феромоном человека, осталась самая малость: обнаружить, что организм человека способен вырабатывать этот непредельный кетон, и если да — что организм кормящей мамы производит его ровно для того же, для чего его выделяют секреторные железы крольчихи. По словам Виатта, тогда можно будет не только с полной уверенностью говорить о существовании феромонов человека, но и начать поиски более сложных систем химической коммуникации, присущих нашему виду.