การสื่อสารทางเคมีและฟีโรโมน

สัตว์ส่งและรับข้อความทางเคมีระหว่างกันอย่างไร — การทำเครื่องหมายอาณาเขต การดึงดูดคู่ การส่งสัญญาณเตือนภัย และการจัดระเบียบสังคมทั้งหมดผ่านกลิ่น

Definition

การสื่อสารทางเคมีคือการถ่ายทอดข้อมูลระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยสัญญาณเคมี และฟีโรโมนคือสารเคมีที่ถูกปล่อยออกมาจากสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางพฤติกรรมหรือทางสรีรวิทยาที่เฉพาะเจาะจงในสิ่งมีชีวิตอื่นที่เป็นสปีชีส์เดียวกัน ซึ่งเสริมการควบคุมทางเคมีภายในที่ดำเนินการโดยฮอร์โมน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการสื่อสารทางเคมีระหว่างสิ่งมีชีวิต: คำจำกัดความและประเภทของฟีโรโมนและสารเคมีกึ่งเคมีอื่นๆ การผลิตและการตรวจจับสัญญาณเหล่านี้ และการตอบสนองทางสรีรวิทยาและพฤติกรรมที่กระตุ้น รวมถึงผลกระทบแบบกระตุ้น (releaser effects) ต่อพฤติกรรมและผลกระทบแบบเตรียมพร้อม (primer effects) ต่อสรีรวิทยา โดยจะกล่าวถึงบทบาทของการส่งสัญญาณทางเคมีในการสืบพันธุ์ การจัดระเบียบทางสังคม และการป้องกันตัวในสัตว์ต่างๆ การครอบคลุมเป็นแบบเปรียบเทียบและเชิงกลไก

Core questions

• ฟีโรโมนคืออะไร และแตกต่างจากฮอร์โมนอย่างไร?
• สัตว์ผลิตและตรวจจับสัญญาณเคมีได้อย่างไร?
• ฟีโรโมนกระตุ้นการตอบสนองแบบใดบ้าง?
• การสื่อสารทางเคมีจัดระเบียบการสืบพันธุ์และชีวิตทางสังคมได้อย่างไร?

Key theories

แนวคิดฟีโรโมน

Karlson และ Lüscher ได้นิยามฟีโรโมนว่าเป็นสารที่หลั่งออกมาภายนอกโดยสิ่งมีชีวิตหนึ่งและถูกรับโดยสิ่งมีชีวิตอื่นที่เป็นสปีชีส์เดียวกัน ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเฉพาะ โดยแยกสัญญาณเคมีภายนอกออกจากฮอร์โมนภายใน

ผลกระทบแบบกระตุ้นและแบบเตรียมพร้อม

ฟีโรโมนทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้น (releasers) ซึ่งกระตุ้นการตอบสนองทางพฤติกรรมทันที เช่น การผสมพันธุ์หรือการเตือนภัย หรือเป็นตัวเตรียมพร้อม (primers) ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาที่ช้ากว่า เช่น การเปลี่ยนแปลงสถานะการสืบพันธุ์ ซึ่งขยายขอบเขตของการสื่อสารทางเคมีให้กว้างกว่าการส่งสัญญาณแบบง่ายๆ

Mechanisms

สัตว์สังเคราะห์สารเคมีส่งสัญญาณในต่อมพิเศษและปล่อยออกสู่อากาศหรือน้ำ หรือสะสมไว้บนพื้นผิว ผู้รับจะตรวจจับโมเลกุลเหล่านี้ด้วยตัวรับสารเคมี (chemoreceptors) — ซึ่งมักจะเป็นระบบการดมกลิ่นโดยเฉพาะ หรือระบบการดมกลิ่นเสริม เช่น อวัยวะวอเมอโรนาซัล (vomeronasal organ) ในสัตว์มีกระดูกสันหลังหลายชนิด หรือตัวรับที่หนวดที่ไวต่อกลิ่นในแมลง — ซึ่งปรับให้เข้ากับสารประกอบเฉพาะ บางครั้งตอบสนองต่อความเข้มข้นที่ต่ำมาก สัญญาณจะกระตุ้นการตอบสนอง: ฟีโรโมนแบบกระตุ้น (releaser pheromones) จะกระตุ้นพฤติกรรมทันที เช่น การดึงดูดคู่ การเดินตามรอย หรือการเตือนภัย ในขณะที่ฟีโรโมนแบบเตรียมพร้อม (primer pheromones) จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาที่ช้ากว่า เช่น การประสานหรือยับยั้งการสืบพันธุ์ หรือการควบคุมวรรณะในแมลงสังคม เนื่องจากสัญญาณดังกล่าวประสานพฤติกรรมและสรีรวิทยาในสิ่งมีชีวิตหลายตัว การสื่อสารทางเคมีจึงเป็นพื้นฐานของการหาคู่ การทำเครื่องหมายอาณาเขต การจดจำระหว่างพ่อแม่ลูก การป้องกันตัว และการจัดระเบียบสังคมสัตว์ที่ซับซ้อน

Clinical relevance

การศึกษาการสื่อสารทางเคมีให้ข้อมูลในการควบคุมแมลงศัตรูพืชและแมลงพาหะนำโรคผ่านกับดักฟีโรโมนและการรบกวน และมีส่วนช่วยในการทำความเข้าใจสรีรวิทยาการรับรู้สารเคมี (chemosensory physiology) ข้อมูลนี้เป็นเอกสารอ้างอิงเพื่อการศึกษา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

History

การแยกสารบอมบิคอล (bombykol) ซึ่งเป็นสารดึงดูดเพศของผีเสื้อไหมโดย Butenandt ถือเป็นฟีโรโมนชนิดแรกที่ระบุทางเคมีได้ และ Karlson กับ Lüscher ได้นำเสนอคำว่าฟีโรโมนในปี 1959 Edward O. Wilson และคนอื่นๆ ได้แสดงให้เห็นว่าสัญญาณเคมีจัดระเบียบพฤติกรรมของแมลงสังคมอย่างไร ซึ่งเป็นการสร้างการสื่อสารทางเคมีให้เป็นรูปแบบหลักของการควบคุมสัตว์

Key figures

• Peter Karlson
• Martin Lüscher
• Adolf Butenandt
• Edward O. Wilson

Seminal works

• karlson1959
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

ฟีโรโมนแตกต่างจากฮอร์โมนอย่างไร?

ฮอร์โมนเป็นสารสื่อประสาทเคมีที่ออกฤทธิ์ภายในร่างกายของสัตว์ตัวหนึ่ง ในขณะที่ฟีโรโมนถูกปล่อยออกสู่ภายนอกและออกฤทธิ์ต่อสัตว์ตัวอื่นที่เป็นสปีชีส์เดียวกัน

ฟีโรโมนแบบกระตุ้นและฟีโรโมนแบบเตรียมพร้อมแตกต่างกันอย่างไร?

ฟีโรโมนแบบกระตุ้นทำให้เกิดการตอบสนองทางพฤติกรรมทันที เช่น การเข้าหาคู่ ในขณะที่ฟีโรโมนแบบเตรียมพร้อมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาที่ช้ากว่า เช่น การเปลี่ยนแปลงสถานะการสืบพันธุ์ของสัตว์