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在动物化学防御研究中,为探究高加索两种倍足纲动物(Syrioiulus continentalis 和 Pachyiulus krivolutskyi)特殊气味的成分,研究人员运用 NMR、GC-MS 及化合物合成技术,发现主要成分 4-ethylhex-1-en-3-one(julidone)等,这有助于了解倍足纲防御机制演变。
在奇妙的动物世界里,许多缺乏快速移动能力、物理防御武器和保护色的动物,发展出了独特的化学防御手段来保护自己。倍足纲动物(millipedes)便是其中的 “化学防御大师”,它们早在晚奥陶纪就拥有了化学防御系统,依靠分泌挥发性化合物来抵御捕食者和寄生虫。
长期以来,人们已知倍足纲动物的防御分泌物中主要含有醌类、酚类、含氰化合物和生物碱等成分。然而,在高加索地区,研究人员发现了两种倍足纲动物(Syrioiulus continentalis 和 Pachyiulus krivolutskyi)能散发出一种异常强烈且独特的气味,与以往在倍足纲动物中检测到的气味截然不同。这一奇特现象引发了科学家们的好奇:这种特殊气味究竟由何种物质产生?它在动物的防御机制中又扮演着怎样的角色?
为了解开这些谜团,来自塞尔维亚贝尔格莱德大学、奥地利格拉茨大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。
研究人员用到的主要关键技术方法有:通过野外采集获取两种倍足纲动物样本;运用气相色谱 - 质谱联用技术(GC-MS)对样本提取物进行分析,确定化合物成分及相对含量;利用核磁共振技术(NMR)进一步验证化合物结构;通过化学合成 4-ethylhex-1-en-3-one,对比确认其在动物体内的存在。
研究结果
- 化合物鉴定:经 GC-MS 分析,两种倍足纲动物的二氯甲烷(DCM)全身提取物中均呈现两种主要化合物,共占总色谱峰面积的 95% 以上 。通过质谱(MS)谱图解析、NMR 数据分析以及化合物合成验证,确定主要化合物为 4-ethylhex-1-en-3-one。因其首次在倍足纲动物中发现,研究人员将其命名为 “julidone”。另一种化合物暂定为 2-ethyl-1-(6-(pentan-3-yl)-3,4-dihydro-2H-pyran-2-yl) butan-1-one,推测是 julidone 的二聚体123。
- 化合物特性:julidone 在电子轰击质谱(EI-MS)中,通过 α- 裂解产生 m/z55(C3H3O+)的碎片离子,麦氏重排(McLafferty rearrangement)产生 m/z 98(M - 28)的离子。1D 和 2D NMR 分析进一步支持了其化学结构24。
- 生态意义探讨:在倍足纲动物的防御分泌物中,酮类物质并不罕见,但在 Julida 目中,以往仅发现少量酮类作为次要成分。此次研究中,julidone 成为两种高加索 Julida 目倍足纲动物防御分泌物的主要成分,可能具有广泛的保护功能。同时,研究发现产生醌类物质的物种多生活在土壤中,而这两种产生 julidone 的物种生活在地面或较高植被区,这表明生态环境差异可能驱动了倍足纲动物分泌物质的多样化。此外,这两种动物具有明显的警戒色,结合 julidone 强烈的气味,推测它们可能通过视觉和嗅觉多模态方式威慑捕食者567。
研究结论表明,研究人员首次在自然界中发现 julidone,这一发现丰富了人们对倍足纲动物化学防御物质的认识。Julida 目动物防御分泌物中醌类被酮类替代,可能是对不同生态环境挑战的适应性变化,为理解倍足纲动物防御机制的演化提供了新视角。然而,julidone 在动物体内的具体生物学功能仍有待进一步研究。该研究成果发表在《Journal of Chemical Ecology》上,为后续深入探索动物化学防御领域奠定了重要基础。