Pheromone và các chất tự vệ của động vật Nguồn: PGS. PTS. NGUYỄN VĂN UYỂN - PTS. NGUYỄN TIẾN THẮNG Sự trao đổi thông tin thông qua các chất hóa học trong hệ sinh học là một hiện tượng hiển nhiên. Do đó ngoài cơ quan cảm nhận các tín hiệu âm thanh và ánh sáng (tai và mắt), thì sự thu nhận tín hiệu mùi, vị thông qua cơ quan khứu giác cũng có ý nghĩa rất quan trọng. Sau đây chúng ta sẽ xem xét hiện tượng nêu trên một cách chi tiết, đặc biệt về khía cạnh hóa học của nó.
Sự trao đổi thông tin thông qua tín hiệu hóa học có tính toàn năng, nó có mặt ở khắp nơi, ở bên trong tế bào, giữa các tế bào trong cùng một cơ thể và giữa các cá thể sinh vật riêng rẽ trong cùng một quần thể sinh thái. Thí dụ sirenine là pheromone giới tính của nấm meo Allomyces, sống trong nước, còn c-AMP là pheromone tạo tín hiệu tập hợp cộng đồng của amip Dictyostelium discoideum. Ở thực vật bậc cao, cũng có trường hợp các chất bay hơi đóng vai trò chủ đạo trong việc tạo quan hệ giữa các cá thể thực vật với nhau. Tuy nhiên chỉ ở giới động vật sự thể hiện các tín hiệu hóa học mới thực sự đa dạng phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như : tìm kiếm thức ăn, bảo vệ và duy trì nòi giống v.v...Người ta phân biệt các chất bay hơi đóng vai trò làm thông tin hóa học trong phạm vi một loài là pheromone và trong phạm vi giữa các loài là allomone. Tuy nhiên, hai khái niệm trên là hết sức tượng trưng, vì ở điều kiện tự nhiên chúng dễ dàng thay thế lẫn nhau.
Tuy pheromone đã được phát hiện ở nhiều các loài động vật, nhưng cho đến nay phần lớn các thông tin tin cậy có được chủ yếu liên quan đến pheromone côn trùng. Sở dĩ như vậy là vì ở côn trùng người ta có thể thực hiện các thí nghiệm kiểm soát hoạt động của chúng thông qua pheromone dễ dàng hơn nhiều, so với các loài động vật khác, như động vật có vú chẳng hạn. Hơn nữa các nghiên cứu về pheromone côn trùng đã có những ứng dụng phục vụ trực tiếp cho các hoạt động sản xuất của con người, do vậy chúng được chú ý nhiều hơn.
Đối với động vật có vú, sự hiện diện của pheromone cũng đã được ghi nhận. Thí dụ, các chất mùi trong nước tiểu của chuột đực có tác dụng kích thích và làm thay đổi chu kỳ động đực của chuột cái, hoặc nữ sinh viên sống tập thể bao giờ cũng có chu kỳ kinh nguyệt giống nhau và xảy ra đồng thời. Tuy sự hiện diện pheromone ở động vật có vú đã được công nhận, nhưng cơ chế tác động của chúng vẫn còn nhiều điều chưa sáng tỏ, vì cho đến nay người ta vẫn còn chưa biết nhiều về cấu trúc phân tử của chúng.
Côn trùng thường tiết ra pheromone ở dạng bay hơi để hấp dẫn đối tượng khác giới. Pheromone được tiết ra ở một lượng rất nhỏ và sau đó được lan truyền trong khoảng không gian rất lớn. Thí dụ bướm tằm cái tiết vào không khí pheromone giới tính cái với tốc độ 100 ?g/giây và bướm tằm đực bắt đầu có phản ứng khi pheromone ở ngưỡng nồng độ khoảng 100 phân tử/ml không khí. Do đó trong thực tế nhiều khi khoảng không gian chứa pheromone của con cái kéo dài khoảng vài km, và bất kỳ con bướm đực nào có mặt trong khoảng không gian ấy, đều sẽ bị hấp dẫn di chuyển hướng về con cái. Tất nhiên khoảng không gian tác động của pheromone còn phụ thuộc vào tốc độ gió, nhiệt độ không khí v.v..., nhưng theo quy luật chung pheromone là các chất rất nhẹ và dễ bay hơi. Do đó trong thực tế chúng thường là các dẫn xuất carbohydrate chứa 5-8 nguyên tử C, với MW khoảng từ 80 đến 300 D.
Khác với pheromone lan truyền trong không khí, pheromone của động vật sống trong nước thường là những chất kém bay hơi, có MW lớn hơn, và tan trong nước. Cũng cần lưu ý là pheromone của động vật sống trong nước, thí dụ pheromone biểu hiện giới tính cái tảo Volvox (Chlorophyta) và pheromone kiểm soát và phân nhóm ấu trùng tôm Balanus balanoides có bản chất là protein hoặc steroid, thí dụ cá cái Lelistes reticulatus tiết ra estrogen để hấp dẫn cá đực.
Một trong những vấn đề lý thú nhất khi nghiên cứu pheromone động vật là việc tìm hiểu quá trình tổng hợp hay nguồn gốc của chúng. Ở côn trùng người ta thấy rằng, một mặt rất nhiều pheromone được tổng hợp de novo từ các tiền chất đơn giản, mặt khác côn trùng có khả năng thu nhận pheromone của mình từ thực vật. Sau đó hoặc chúng được sử dụng trực tiếp, hoặc được biến đổi hóa học không đáng kể trước khi sử dụng. Thí dụ loài bướm gấu thường ăn lá cây Senecio và sử dụng ngay alkaloid hấp thu được làm phương tiện bảo vệ ngăn không cho chim tiêu diệt chúng, hoặc loài bướm Pachlioptera aristolochiae cũng sử dụng aristolochic acid có mặt trong thức ăn thực vật vào mục đích trên. Ngoài ra người ta còn thấy ở loài côn trùng đa chi, kiến, bọ rùa, cà niễng và ếch có sự tái tạo các chu trình sinh tổng hợp alkaloid làm nhiệm vụ bảo vệ giống như các cơ thể thực vật.
Một nhóm chất bảo vệ khác mà cơ thể động vật cũng hoặc lấy trực tiếp từ thực vật hoặc tái tạo lại quá trình sinh tổng hợp chúng ở cơ thể động vật là terpenoid. Thí dụ, ấu trùng ong xé lá có thói quen tiết chất nhờn từ tuyến ngực chứa monoterpene có tác dụng chống lại các địch thủ của nó, hoặc ruồi giấm Lytta vesicatoria cũng tiết chất bảo vệ từ một tuyến đầu gối chứa độc chất terpenoid, được tổng hợp de novo trong cơ thể ruồi. Cuối cùng chúng ta sẽ xem xét nhóm chất bảo vệ có bản chất là quinone thường được tích lũy trong tuyến nội tiết ở đầu gối của côn trùng. Tóm lại trong vòng khoảng 20 năm trở lại đây các thông tin về pheromone và các chất bảo vệ đã được tích lũy rất nhiều, chủ yếu là người ta ngày càng thấy tầm quan trọng của sự hiểu biết và ứng dụng của pheromone đối với đời sống con người.