Kutikulární uhlovodíky

Organizmy jsou od okolního prostředí odděleny pokožkou a její hraniční části bývají většinou impregnovány vrstvou vosků. Ta chrání organizmus před vysycháním, popřípadě před mechanickým poškozením. Když se tato vrstva poruší, unikají z organizmu tekutiny a do tkání mohou vniknout toxické látky, mikroorganizmy či viry. K ochraně proti škůdcům skladových zásob se dříve používal velice jemný brusný prach, o který si larvy odřely ochrannou voskovou vrstvu a časem uhynuly.

Parafiny a jejich deriváty chrání pokožku mnoha organizmů. Pro tak důležitou životní funkci nalezla příroda vhodné látky, které vyhledává i člověk – rostlinné vosky získané z karnaubové palmy Copernicia cerifera pěstované v Brazílii se pro své impregnační vlastnosti uplatňují v kosmetických přípravcích či v leštidlech na podlahy, nábytek apod. V poslední době se začalo chromatografickými metodami zkoumat složení uhlovodíků obsažených ve voscích. Od poloviny 80. let 20. století se zlepšilo vybavení laboratoří, na více pracovištích je dostupná plynová chromatografie na kapilárních kolonách a plynový chromatograf lze spojit s hmotnostním detektorem. Díky tomu je možno sledovat i velmi nepatrné změny ve složení směsí izolovaných z jedinců, či dokonce z jejich částí.

Uhlovodíkové složky vosků jsou nejjednodušší, a proto byly prozkoumány nejlépe. O jejich funkcích již máme dobrou představu. Tvoří jednu z vrstev epikutikuly, tedy svrchní části tělního pokryvu členovců. Bylo velkým překvapením, když v sedmdesátých letech D. A. Carlson objevil, že dimetyl a trimetylheptatriakontany (37 uhlíků v přímém řetězci) jsou kontaktní sexuální feromony bodalek tse-tse (Glossina spp.). Tyto výsledky způsobily, že se pak kutikulární uhlovodíky a jejich funkce zkoumaly hlavně v souvislosti s chemickou komunikací hmyzu. Kutikulární uhlovodíky především chrání před vysycháním, tuto roli však stejně dobře plní řada jiných látek bez ohledu na délku řetězce (obvykle 20 až 40 uhlíkových atomů) nebo na pozice větvení řetězce a polohu případných dvojných vazeb. Kutikulární uhlovodíky jsou otevřené evoluci především proto, že žádná změna v jejich složení nezmění jejich primární roli. Dnes – po téměř třiceti letech zkoumání – víme, že navíc jsou tyto uhlovodíky podstatné pro sexuální chování, rozpoznávání druhů, členů kolonie, příbuzenských vztahů či sociální pozice jedince.

Předpokládá se, že kutikulární uhlovodíky jsou konečné produkty geneticky kontrolované syntézy. Většinu uhlovodíků hmyz syntetizuje z látek primárního metabolizmu buněk, říkáme, že vznikají de novo, celkové složení směsi kutikulárních uhlovodíků je však v některých případech ovlivněno vnějšími vlivy, např. potravou. Kvalitativní složení kutikulárních uhlovodíků je druhově specifické. V literatuře existuje velmi málo zpráv o existenci dvou různých druhů hmyzu, které mají identickou směs uhlovodíků. Výjimkou jsou výhradně sociální paraziti (myrmekofilové nebo termitofilové), kteří jsou schopni začlenit se do kolonie, aniž by byli napadeni. Hostitelské druhy parazity tolerují právě proto, že mají shodné složení kutikulárních uhlovodíků. Paraziti mohou uhlovodíky hostitelského druhu buď sami syntetizovat, nebo je získat při sociálních interakcích s hostitelem.

Kutikulárními uhlovodíky jiného druhu se podařilo opakovaně vyvolat agresivní chování termitů, čímž byl prokázán vliv těchto látek na druhové rozpoznávání. Možnost přenosu kutikulárních uhlovodíků mezi různými druhy termitů byla prokázána během experimentu, kdy byly dva druhy termitů drženy pospolu v uměle smíchaných koloniích. Změny v jejich chemických signálech byly pozorovány již po dvou hodinách soužití: každý druh získal všechny uhlovodíky specifické pro druhý druh – po 24 hodinách byly vlastní i získané uhlovodíky zastoupeny srovnatelně. Experiment s pohlavním rozmnožováním termita Microcerotermes arboreus ukázal, že „vůně kolonie“ má silnou genetickou složku. Dělníci byli totiž méně agresivní k mimohnízdním příbuzným než k zcela nepříbuzným, a dokonce rozlišovali stupeň příbuznosti mezi dělníky z jiných kolonií. Nebyl zjištěn žádný rozdíl mezi působením faktorů zděděných po matce a po otci. Jednotlivé kolonie téhož druhu lze odlišit podle rozdílů v kvantitativním složení směsi uhlovodíků a jednotlivé kasty jedné kolonie se rovněž liší pouze kvantitativně. Tyto rozdíly jsou však dostatečné pro efektivní rozlišování jednotlivých kast, jak bylo prokázáno matematickými simulacemi rozpoznávacích procesů.

Chromatografické profily kutikulárních uhlovodíků lze využít k taxonomickému rozlišení. Chemická analýza profilů kutikulárních uhlovodíků je velmi snadná, navíc pro taxonomické účely mohou být použity i bez detailních znalostí o identitě jejich chemických složek. Posloužila již k určení morfologicky těžko rozlišitelných infekčních a neinfekčních druhů bodalky tse-tse nebo nebezpečné africké včely (Apis mellifera capensis) od naší včely medonosné (A. m. mellifera). V řadě případů může znalost složení kutikulárních uhlovodíků plně nahradit DNA otisky prstů (viz Vesmír 68, 700, 1989/12), navíc náklady na analýzu uhlovodíků jsou minimální. Další výhodou je, že profily kutikulárních uhlovodíků lze získat z oplachů jednotlivých muzeálních jedinců vhodným rozpouštědlem (např. hexanem) bez poškození jejich morfologické struktury. V tomto případě mohou být i unikátní a nenahraditelní jedinci použiti pro taxonomickou analýzu.