สัญญาณเคมีอันทรงพลัง
ได้รับการระบุในแมลงเม่า ช้าง และปลาเว็บตรงฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ Tristram D. Wyatt กล่าว แต่ตรงกันข้ามกับเรื่องราวในสื่อยอดนิยม การแข่งขันยังคงดำเนินต่อไปเพื่อจับกลิ่นของมนุษย์
เมื่อห้าสิบปีที่แล้วในเดือนนี้ Peter Karlson และ Martin Lüscher ได้เสนอคำศัพท์ใหม่สำหรับสารเคมีที่ใช้สื่อสารระหว่างบุคคลในสายพันธุ์เดียวกัน: ฟีโรโมน1 ตั้งแต่นั้นมา ก็พบฟีโรโมนทั่วอาณาจักรสัตว์ โดยส่งข้อความระหว่างกุ้งล็อบสเตอร์ เพลี้ยอ่อนตื่นตระหนก ลูกกระต่ายที่ดูดนม ปลวกที่สร้างดิน และมดเดินตาม พวกเขายังถูกใช้โดยสาหร่าย, ยีสต์, ciliates และแบคทีเรีย
เครดิต: K. CHEUNG
คำใหม่ตอบสนองความต้องการเร่งด่วน Karlson ได้พูดคุยกับ Adolf Butenandt เพื่อนร่วมงานของเขา ซึ่งกำลังจะตีพิมพ์การระบุสารเคมีตัวแรกของฟีโรโมน นั่นคือ Bombykol ฟีโรโมนทางเพศของมอดไหมBombyx mori กระดาษ Bombykol แสดงให้เห็นสิ่งที่เทียบเท่ากับสมมติฐานของ Koch ในการสร้างความสัมพันธ์เชิงสาเหตุของฟีโรโมน ได้แก่ การแยก การระบุ การสังเคราะห์ และการยืนยันทางชีวภาพของกิจกรรม2 งานของ Butenandt ระบุว่ามีสัญญาณทางเคมีระหว่างสัตว์และสามารถระบุได้ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการวิจัยฟีโรโมนสมัยใหม่ การเก็งกำไรที่เป็นที่นิยมเกี่ยวกับฟีโรโมนของมนุษย์ซึ่งยังคงรุนแรงจนถึงทุกวันนี้ก็เริ่มขึ้นเช่นกัน
แนวคิดเรื่องการสื่อสารทางเคมีไม่ใช่เรื่องใหม่ในปี 2502 ชาวกรีกโบราณทราบดีว่าการหลั่งของสุนัขเพศเมียเมื่อถูกความร้อนจะดึงดูดผู้ชาย Charles Butler ได้เตือนในThe Feminine Monarchie (1609) ว่าหากคุณถูกผึ้งตัวหนึ่งต่อย “ผึ้งตัวอื่นที่มีกลิ่นเหม็นของพิษที่ขับออกจากเหล็กไนจะเข้ามาใกล้คุณหนาราวกับลูกเห็บ” ในการสืบเชื้อสายของมนุษย์และการเลือกเกี่ยวกับเพศ(พ.ศ. 2414) ชาร์ลส์ ดาร์วินรวมสัญญาณทางเคมีควบคู่ไปกับการมองเห็นและการได้ยินเป็นผลของการเลือกเพศ โดยอธิบายถึงความสำเร็จของกลิ่นเหม็นที่สุดในบรรดาจระเข้เพศผู้ เป็ด แพะ และช้าง ฌอง-อองรี ฟาเบร ซึ่งอยู่ในทศวรรษ 1870 เช่นกัน อธิบายว่าแมลงเม่าจักรพรรดิ์ตัวผู้ฝูงมอดตัวเมียที่ซ่อนอยู่หลังผ้ากอซ แต่ไม่สนใจตัวเมียที่มองเห็นได้ซึ่งถูกผนึกไว้ใต้กระจก แน่นอนว่ากลิ่นของเธอเป็นสิ่งที่ดึงดูดใจ
ในปี 1932 นักสรีรวิทยา Albrecht Bethe ได้เสนอคำว่า ‘ectohormone’ ในวงกว้างเพื่อให้ครอบคลุมปฏิกิริยาทางเคมีหลายประเภท รวมถึงการสื่อสารหรือการดึงดูดของสัตว์ต่อกลิ่นอาหาร Karlson และ Lüscher ต้องการคำศัพท์ที่ครอบคลุมการสื่อสารระหว่างสมาชิกของสายพันธุ์เดียวกันอย่างแคบกว่า แต่อนุญาตในวงกว้างกว่าสำหรับสารเคมีเหล่านั้นที่จะถูกสร้างขึ้นโดยอวัยวะที่หลากหลาย (‘ฮอร์โมน’ ตามคำจำกัดความมาจากต่อมไร้ท่อ) ศัพท์ใหม่จากภาษากรีกphereinสำหรับ ‘to transfer’ และhormōn’กระตุ้น’ ที่จังหวะแทนที่ ectohormone ‘ฟีโรโมน’ นั้นดังก้อง และใกล้เคียงกับ ‘ฮอร์โมน’ มากพอที่จะบ่งบอกถึงความคล้ายคลึงบางอย่างพร้อมกับความแตกต่าง: เช่น ฮอร์โมน ฟีโรโมนอาจถูกคาดหวังให้มีความเฉพาะเจาะจง และออกฤทธิ์ในเวลาไม่กี่นาที พวกเขากำหนดฟีโรโมนเป็น: “สารที่บุคคลภายนอกหลั่งออกมาและได้รับโดยบุคคลที่สองของสายพันธุ์เดียวกันซึ่งปล่อยปฏิกิริยาเฉพาะเช่นพฤติกรรมที่ชัดเจนหรือกระบวนการพัฒนา” คำและคำจำกัดความใหม่ติดอยู่
งานเลี้ยงประสาทสัมผัส
Karlson และ Lüscher มีสายตายาว โดยสังเกตว่าฟีโรโมนมีแนวโน้มที่จะถูกใช้โดยสัตว์หลากหลายชนิด รวมทั้งปลาและสัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็งใต้น้ำ เช่นเดียวกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและแมลงบนบก พวกเขาคาดการณ์ว่าฟีโรโมนส่วนใหญ่จะทำหน้าที่ผ่านประสาทสัมผัสทั่วไปของกลิ่นหรือรส แต่บางชนิดอาจกินเข้าไปและออกฤทธิ์โดยตรงที่สมองหรืออวัยวะอื่นๆ เช่นเดียวกับปลวก ซึ่งฟีโรโมนที่ส่งผลต่อการพัฒนาวรรณะจะถูกส่งผ่านเข้าไปในอาณานิคมทางปาก .
“การโต้เถียงกันเกี่ยวกับฟีโรโมนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนั้นร้อนแรงพอๆ กับ ‘สงครามกลิ่นเหม็น’ ระหว่างกองกำลังฝ่ายตรงข้ามของสัตว์จำพวกลิงเทลด์”
แม้ว่า Karlson และLüscherอาจรู้สึกทึ่งกับช่วงของโมเลกุลที่ระบุว่าเป็นฟีโรโมนตั้งแต่ปี 1959 รวมถึงทุกอย่างตั้งแต่กรดฟอร์มิกน้ำหนักโมเลกุลต่ำไปจนถึงโพลีเปปไทด์ ตอนนี้เราทราบแล้วว่าฟีโรโมนจำนวนมาก (รวมถึงฟีโรโมนเพศของผีเสื้อกลางคืนส่วนใหญ่) ไม่ใช่สารประกอบเดี่ยว แต่เป็นการผสมผสานของโมเลกุลเฉพาะสปีชีส์ในอัตราส่วนที่แม่นยำ
ฟีโรโมนที่แพร่หลายและหลากหลายสามารถอธิบายได้ด้วยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น พัฒนาการวิวัฒนาการของฟีโรโมนเพศในปลา อาจเริ่มจากปลาตัวผู้ตรวจพบฮอร์โมนเพศที่รั่วออกมาจากตัวเมียที่กำลังจะวางไข่ ผู้ชายที่อ่อนไหวที่สุดจะไปถึงที่นั่นก่อน จากรุ่นสู่รุ่น จะมีการเลือกสำหรับความไวที่เพิ่มขึ้นของเครื่องรับและเพิ่มการผลิตสัญญาณโดยผู้ส่ง
การสื่อสารทางเคมีสามารถใช้ประโยชน์ได้โดยสายพันธุ์อื่น ตัวอย่างเช่น กล้วยไม้บางชนิดซึ่งได้ประโยชน์จากการดึงดูดแมลงผสมเกสร ผลิตส่วนผสมของสารประกอบที่เลียนแบบฟีโรโมนตัวเมีย การล้อเลียนนั้นดีมากจนผู้ชายที่ติดกับดักจะอุทานบนดอกไม้
คาร์ลสันยังได้กระตุ้นการศึกษาในสาขาชีววิทยาใหม่ทั้งหมด โดยถามนักชีววิทยารุ่นเยาว์เพื่อนบ้านอย่างดีทริช ชไนเดอร์ ว่าเขาสามารถคิดค้นวิธีทางไฟฟ้าฟิสิกส์เพื่อประเมินสารสกัดจากไหมมอดของบูทีนันด์เพื่อทำกิจกรรมได้หรือไม่ สารละลายของชไนเดอร์คืออิเล็กโตรแอนเทนโนแกรม ซึ่งยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้: สายไฟที่เสียบเข้าไปในปลายทั้งสองของเสาอากาศมอดใช้เพื่อวัดสัญญาณไฟฟ้าเมื่อมีการนำเสนอสารสกัดต่างๆ ต่อมาในปีต่อๆ มา มีการบันทึกกิจกรรมในเซลล์รับความรู้สึกที่มีหนวดเดียว เนื่องจากผีเสื้อกลางคืนและฟีโรโมนของพวกมันกลายเป็นระบบแบบจำลองที่สำคัญในชีววิทยาทางประสาท
การแสวงหาวิทยาศาสตร์ฟีโรโมนไม่ใช่เรื่องง่ายเลย แนวความคิดนี้ได้เผชิญกับช่วงเวลาสำคัญของการโต้เถียงกันเกี่ยวกับฟีโรโมนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ในการต่อสู้ที่เกือบจะร้อนแรงพอๆ กับ ‘สงครามกลิ่นเหม็น’ ระหว่างกองกำลังฝ่ายตรงข้ามของลีเมอร์หางวงแหวน ซึ่งโบกหางที่เคลือบฟีโรโมนเพื่อยืนยันการครอบงำของพวกมัน
ในช่วงทศวรรษ 1970 กลุ่มนักวิจัยที่ศึกษาเกี่ยวกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมแย้งว่าไม่ควรใช้คำว่า ‘ฟีโรโมน’ สำหรับสัญญาณเคมีของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลิ่นที่ซับซ้อนและหลากหลายสูงที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมใช้ในการแยกแยะคู่ครอกจากคนแปลกหน้า เช่น สำหรับความเห็นแก่ประโยชน์หรือคู่ผสมพันธุ์ ทางเลือก. กลิ่นแต่ละตัวเหล่านี้ รวมถึงกลิ่นบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับระบบภูมิคุ้มกัน จำเป็นต้องเรียนรู้เพื่อการรับรู้ และดูเหมือนจะไม่เหมาะกับคำจำกัดความของ Karlson และLüscher นักวิจัยบางคนถึงกับสงสัยด้วยซ้ำว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ซับซ้อน รวมทั้งมนุษย์ อาจมีพฤติกรรมที่เปลี่ยนแปลงโดยบางสิ่งง่ายๆ อย่างปฏิกิริยาตอบสนองต่อกลิ่นตามสัญชาตญาณ
การอภิปรายยังคงดำเนินต่อไปในหมู่ผู้ที่อยู่ในสนาม ตอนนี้ฉันยอมรับว่ากลิ่นที่แปรผันเหล่านี้ไม่ใช่ฟีโรโมน และเรียกว่า ‘กลิ่นเฉพาะตัว’ แทน (เช่นเดียวกันกับกลิ่นที่ผันแปรที่ซับซ้อนในแมลงสังคม เช่น มดและผึ้ง ซึ่งยังต้องเรียนรู้และใช้เพื่อการรับรู้อาณานิคม) . แต่ขณะนี้มีการระบุโมเลกุลขนาดเล็กเฉพาะสปีชีส์ที่เข้ากับคำจำกัดความของฟีโรโมนแบบคลาสสิกสำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ที่น่าตื่นเต้นที่สุดคือการค้นพบฟีโรโมนเพศของช้างเอเชียตัวเมียในปี 2539 เป็นโมเลกุลขนาดเล็ก — ( Z)-7-dodecen-1-yl acetate — ผีเสื้อกลางคืนอีก 140 สายพันธุ์ยังใช้เป็นส่วนประกอบของฟีโรโมนเพศหญิงอีกด้วย กลิ่นที่เป็นเอกลักษณ์และฟีโรโมนสามารถผสมกันได้ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบางชนิด รวมทั้งช้างและหนู แสดงฟีโรโมนโมเลกุลขนาดเล็กของพวกมันในช่องแยกของโปรตีนในปัสสาวะ (หรือไลโปคาลินอื่นๆ) ที่มีความแปรปรวนสูง เช่นเดียวกับการซ้อนทับสัญญาณฟีโรโมนที่ไม่ระบุตัวตนด้วยกลิ่นเฉพาะตัว โปรตีนจะปล่อยโมเลกุลขนาดเล็กอย่างช้าๆ ทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
ตัวต่อตัว
นักวิจัยกลุ่มที่สอง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นนักชีววิทยาระดับโมเลกุล ยอมรับแนวคิดที่ว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีฟีโรโมน แต่เสนอว่าสิ่งเหล่านี้ถูกตรวจพบโดยระบบรับความรู้สึกเฉพาะทาง อวัยวะ vomeronasal (VNO) แทนที่จะเป็นเยื่อบุผิวรับกลิ่นหลักในจมูก มุมมองนี้อาจเกิดขึ้นเนื่องจากฟีโรโมนบางตัวในหนูทำงานผ่าน VNO และเมาส์เป็นรูปแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมนุษย์ไม่มี VNO ทฤษฎีนี้จะแยกพวกเขาออกจากการตรวจจับและตอบสนองต่อสัญญาณฟีโรโมน
ข้อโต้แย้งนี้ยังคงมีอยู่แม้จะมีหลักฐานมากมายจากการศึกษาพฤติกรรมและนักประสาทวิทยาว่าข้อมูลจาก VNO และระบบการรับกลิ่นหลักถูกรวมเข้ากับสมองของหนู และฟีโรโมนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบางชนิด เช่น ฟีโรโมนของเต้านมกระต่าย กระทำทางจมูก ในที่สุด ในปี 2548 ชุดของการศึกษาระดับโมเลกุลในหนูทดลอง โดยใช้เครื่องหมายทางพันธุกรรมและการน็อคเอาต์ ยืนยันว่าฟีโรโมนสามารถกระตุ้นทั้งสองระบบ ซึ่งรวมอยู่ในสมอง ดังนั้นมนุษย์จึงไม่ต้องการ VNO เพื่อรับสัญญาณฟีโรโมน
“สารประกอบในสารสกัดจากรักแร้ของผู้หญิงอาจเปิดประตูสู่การคุมกำเนิดแบบดมกลิ่นได้”
การระบุและการสังเคราะห์ฟีโรโมนได้ถูกนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์ เป็นวิธีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่สุดในการควบคุมแมลงศัตรูพืช ตั้งแต่แมลงเม่าในไร่ฝ้ายไปจนถึงปลาแลมป์เพรย์ในเกรตเลกส์ของอเมริกาเหนือ ฟีโรโมนสามารถใช้เพื่อล่อแมลงศัตรูพืชให้เข้าสู่กับดักมรณะหรือสร้างความสับสนให้ตัวผู้เพื่อไม่ให้พบตัวเมีย ฟีโรโมนที่มีความจำเพาะสูงและความเป็นพิษต่ำทำให้ระบบนิเวศสมบูรณ์
ความก้าวหน้าในเทคนิคการวิเคราะห์ทำให้เกิดความคืบหน้า ทีมของ Butenandt ต้องการตัวมอดไหมตัวเมีย 500,000 ตัวเพื่อผลิตวัสดุ 12 มิลลิกรัมสำหรับการระบุฟีโรโมนตัวแรก วันนี้หนึ่งเดือนอาจทำ เครื่องมือใหม่จะขับเคลื่อนการค้นพบใหม่ ตัวอย่างเช่น ตอนนี้เราสามารถติดตามสัญญาณทางเคมีที่ปล่อยออกมาจากการต่อสู้กับตัวต่อในแบบเรียลไทม์ จีโนม Microarray แสดงการเปิดและปิดยีนในสมองของผึ้งเพื่อตอบสนองต่อฟีโรโมน แต่ความท้าทายยังคงอยู่ การสังเคราะห์โมเลกุลฟีโรโมนอย่างถูกต้องนั้นยากกว่าการระบุตัวตน เราสามารถบันทึกและเล่นเสียงเรียกสัตว์ได้อย่างง่ายดายเพียงพอ แต่เราไม่มีวิดีโอหรือ MP3 ที่เทียบเท่าสำหรับการสร้างสัญญาณเคมีขึ้นใหม่
แล้วมนุษย์ล่ะ? เนื่องจากเราเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เราจึงมีแนวโน้มที่จะใช้ฟีโรโมน รักแร้ของเราเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ เนื่องจากกลิ่นของรักแร้จะพัฒนาไปพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ในวัยแรกรุ่น อย่างไรก็ตาม ทั้งพฤติกรรมของมนุษย์และการปล่อยสารเคมีของเรานั้นซับซ้อนมากจนการวิจัยมีความท้าทาย จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีการระบุฟีโรโมนอย่างสรุป แม้จะมีเรื่องราวในสื่อยอดนิยมก็ตาม คู่แข่งที่แข็งแกร่งสำหรับฟีโรโมนที่แท้จริงของมนุษย์คนแรกคือสารประกอบบางอย่างในสารสกัดจากรักแร้ของผู้หญิงที่เห็นได้ชัดว่าทำให้ประจำเดือนมาพร้อมกันในผู้หญิงที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ใกล้เคียง การระบุตัวตนของมันถูกรอคอยอย่างดีที่สุด อย่างน้อยเพราะมันอาจเปิดประตูสู่การคุมกำเนิดแบบดมกลิ่นได้ อาจไม่เคยมียาวิเศษที่จะทำให้เราต้านทานไม่ได้ แต่ฉันมั่นใจว่าฟีโรโมนของมนุษย์จะทำให้เราประหลาดใจเว็บตรงฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ
