Χημική δομή και ταξινόμηση φερομονών φύλου Λεπιδόπτερων (Lepidoptera sex pheromones)
Δρ. Αντώνιος Μιχαηλάκης
Μπενάκειο Φυτοπαθολογικό Ινστιτούτο
Εισαγωγή
Τα Λεπιδόπτερα είναι η δεύτερη μεγαλύτερη ομάδα εντόμων και περιλαμβάνει περίπου 150.000 έως τώρα περιγραμμένα είδη. Η φερομόνη φύλου παράγεται συνήθως από το θηλυκό και παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην αναπαραγωγή του. Για το λόγο αυτό και δεν προξενεί απορία ότι τα χημικά αυτά μόρια είναι εξειδικευμένα ανά είδος και έχουν αρκετά σημαντικές διαφορές.
Η πρώτη φερομόνη φύλου που περιγράφηκε στα Λεπιδόπτερα είναι η βομβυκόλη (bombykol, 11, Εικόνα 2) και βρέθηκε στα τέλη του 1950 για το θηλυκό Bombyxmori. Από τότε έχουν βρεθεί περίπου άλλες 530 φερομόνες. Πειράματα αγρού για τις φερομόνες αυτές, αλλά και άλλων παράγωγων ουσιών τους, έδειξαν σημαντική προσελκυστική ικανότητα για περίπου 1250 είδη λεπιδοπτέρων. Παρόλο το μεγάλο πλήθος γνωστών φερομονών και των θετικών αποτελεσμάτων η συνολική πληροφόρηση είναι ακόμα συγκεχυμένη κυρίως λόγω του μεγάλου αριθμού ποικιλίας ειδών στα Λεπιδόπτερα. Είναι χαρακτηριστικό ότι τα τελευταία χρόνια έχουν βρεθεί περισσότερες από 70 φερομόνες Λεπιδοπτέρων εντόμων και περισσότερες από 30 προσελκυστικές ενώσεις για άλλα είδη.
Ταξινόμηση των φερομονών φύλου με βάση τη χημική δομή τους
Σε μία προσπάθεια ταξινόμησης των μέχρι τώρα γνωστών φερομονών φύλου των Λεπιδοπτέρων ο Ιάπωνας καθηγητής TetsuAndo(Ando et al., 2004) προτείνει τη δημιουργία τριών ομάδων με βάση τη χημική δομή τους: Τύπου Ι, Τύπου ΙΙ και μία τρίτη με διαφορετικές δομές (φερομόνες άλλου Τύπου).
Φερομόνες Τύπου Ι
Στην κατηγορία αυτή ανήκει το μεγαλύτερο μέρος των φερομονών (περίπου το 75%). Κύριο χαρακτηριστικό της ομάδας αυτής είναι η παρουσία μίας δραστικής ομάδας (π.χ. υδροξύλιο, κετόνη, εστέρας κτλ.) κυρίως σε τελική θέση του μορίου (Εικόνα 2). Χαρακτηριστικά παραδείγματα της ομάδας αυτής είναι η βομβυκόλη (11, φερομόνη φύλου του B. mori), καθώς και οι φερομόνες του Trichoplusiani (12, Z7-12:OAc) και του Heliothisvirescens (13, Z11-16:Ald), είδη της οικογένειας Noctuidae. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η φερομόνη 12 βρέθηκε και σε άλλα 25 είδη ενώ η φερομόνη 13 σε άλλα 40.
Εικόνα 1: Φερομόνες Λεπιδοπτέρων Τύπου I.
Άλλα χαρακτηριστικά της ομάδας αυτής είναι η ευθεία αλυσίδα ανθράκων, συνήθως 10 έως 18 άτομα, καθώς και η παρουσία έως τριών διπλών δεσμών. Στην ομάδα αυτή συγκαταλέγονται και άλλες ενώσεις με διαφορετική δομή ή δραστική ομάδα με τις μέχρι πρότινος γνωστές ενώσεις, όπως η παρουσία τριπλού δεσμού και δραστικής ομάδας (14) και νιτρικοί εστέρες (15). Τέλος στην κατηγορία αυτή ανήκουν και ενώσεις όπου είναι εστέρες καρβοξυλικών οξέων (16 και 17).
Φερομόνες Τύπου ΙΙ
Εικόνα 2: Φερομόνες Λεπιδοπτέρων Τύπου II
Ο αριθμός των φερομονών που ανήκουν στην κατηγορία αυτή είναι αρκετά μικρότερος από την προηγούμενη κατηγορία και σε αυτή ανήκουν περίπου το 15% των φερομονών. Σε αντίθεση με τις φερομόνες Τύπου Ι εδώ απουσιάζει κάποια δραστική ομάδα. Εδώ ανήκουν τριένια, διένια αλλά και τα παράγωγα μονο-εποξείδια τους.
Στην Εικόνα 3 φαίνονται οι δομές που συναντώνται κατά κύριο λόγο στην κατηγορία αυτή. Τα μόρια αποτελούνται από ανθρακικές αλυσίδες 17 έως 23 ατόμων, παρουσία ενός εποξειδίου με ένα διπλό δεσμό (18) ή παρουσία τριών διπλών δεσμών (τριένια, 19) ή και εποξείδια με δύο διπλούς δεσμούς (20). Τέλος, στην κατηγορία αυτή ανήκουν και κάποια πολυένια (4 διπλοί δεσμοί, 21), εποξείδια με τρεις διπλούς δεσμούς (22), trans-εποξείδια (23), καθώς και δι-εποξείδια (24).
Φερομόνες άλλου Τύπου
Στην ομάδα αυτή ανήκουν όλες εκείνες οι ενώσεις οι οποίες δεν μπορούν να ταξινομηθούν σε καμία από τις προηγούμενες ομάδες. Στην Εικόνα 4 φαίνονται οι πιο αντιπροσωπευτικές φερομόνες: δευτεροταγής αλκοόλες (25), εστέρες αλειφατικών οξέων (26), ακόρεστες κετόνες (27), επόξυ-αλκένια (28), αλλά και υδρογονάνθρακες με μεθυλικές πλευρικές ομάδες (29).
Εικόνα 3: Φερομόνες Λεπιδοπτέρων άλλου Τύπου
Εφαρμογές συνθετικών φερομονών για έλεγχο πληθυσμών
Οι φερομόνες των θηλυκών Λεπιδοπτέρων προσελκύουν σε πολύ μεγάλο βαθμό τα αρσενικά άτομα και αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός ισχυρού εργαλείου στην εφαρμογή Ολοκληρωμένης Καταπολέμησης. Αρκετά είναι τα παραδείγματα τα τελευταία χρόνια όπου με τη χρήση φερομονών πετυχαίνεται προστασία προϊόντων σε αποθηκευμένους χώρους ή διακοπή σύζευξης στον αγρό.
Στον Πίνακα 1 δίνονται χαρακτηριστικά παραδείγματα από όλο το κόσμο με περιπτώσεις χρήσης φερομονών για διακοπή σύζευξης.
Πίνακας 1. Παράγοντες που έχουν χρησιμοποιηθεί
παγκοσμίως για παρεμπόδιση σύζευξης σε λεπιδόπτερα.
Εδώ και αρκετά χρόνια, γίνεται συχνά ταυτόχρονη χρήση φερομονών και εντομοκτόνων. Με τον τρόπο αυτό γίνεται αρχικά παρακολούθηση πληθυσμού και την κατάλληλη χρονική στιγμή γίνεται η χρήση εντομοκτόνου με κύριο στόχο τη μείωση των συνολικών εφαρμογών (περιορισμένης κλίμακας εφαρμογές με μεγαλύτερη ακρίβεια εφαρμογής) μείωση του συνολικού κόστους και προστασία του περιβάλλοντος.
Τελειώνοντας θα ήταν χρήσιμο να υπενθυμίσουμε τα θετικά της χρήσης συνθετικών φερομονών σε αντίθεση πάντα με οποιαδήποτε άλλη μέθοδο όπως είναι τα εντομοκτόνα, είναι η εξειδίκευση ως προς το έντομο στόχο βοηθώντας έτσι στην προστασία των ωφέλιμων εντόμων. Επιπλέον οι φερομόνες δεν εμφανίζουν κανένα βαθμό τοξικότητας στα θηλαστικά αποφεύγοντας ταυτόχρονα και τα ανεπιθύμητα αποτελέσματα της ανθεκτικότητας.
Βιβλιογραφία
Ando, T., Inomata, S. I., & Yamamoto, M. (2004). Lepidopteran sex pheromones. In The Chemistry of Pheromones and Other Semiochemicals I (pp. 51-96). Springer Berlin Heidelberg.
Α. Μιχαηλάκης, Η. Α. Κουλαδούρος και Α. Στρογγυλός. (2009). Φερομόνες εντόμων: τρόποι ταξινόμησης τους. Χημικά Χρονικά (Μηνιαία Περιοδική Έκδοση της Ένωσης Ελλήνων Χημικών), 3, 20-24.
Προτεινόμενες ηλεκτρονικές διευθύνσεις
Pheromone List for Lepidopterous:
http://www.tuat.ac.jp/~antetsu/LepiPheroList.htm
The Pherobase: Database of Pheromones and Semiochemicals
(Το παρόν κείμενο είναι μέρος άρθρου που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Χημικά Χρονικά»)