空气污染死亡的情绪交配的苍蝇

一个研究小组在耶拿的马克斯·普朗克化学生态学研究所、德国,表明人为空气污染产生的臭氧水平上升会降低昆虫性信息素,这是至关重要的交配信号,从而阻止成功的繁殖。臭氧的氧化作用使碳碳双键中发现许多昆虫信息素的分子分解。因此,特定的化学交配信号呈现不正常。最值得注意的是,中断性交流也导致雄性苍蝇表现出不同寻常的交配行为向ozonated男性自己的物种。

昆虫性沟通在很大程度上依赖信息素,化学引诱剂,专门让一个物种的雄性和雌性交配。性信息素是与众不同的一个物种的雄性和雌性。即使是最小的差异,比如在新物种的形成,确保不再发生交配,因为男性和女性只找到彼此通过明确无误的同种个体的气味。

大多数昆虫信息素气味分子含有碳碳双键。这样的双键容易被臭氧。“我们已经知道,臭氧和一氧化氮等环境污染物降解植物的气味,做花传粉者的吸引力。自化合物与碳双键对臭氧降解尤其敏感,和几乎所有的昆虫性信息素这样的双键,我们想知道空气污染也会影响昆虫雌性和雄性交配期间相互发现和识别”,马库斯Knaden说负责人Odor-guided进化神经行为学和行为集团是该研究的第一作者(空气污染呈现花气味吸引力的飞蛾)。

研究臭氧对黑腹果蝇体内的交配行为模型,科学家们首先开发了一个苍蝇臭氧接触系统,可以模拟空气中臭氧含量是如今在夏天经常在城市测量。要做到这一点,研究人员必须创建一个精确定义的连续气流臭氧水平,这是复杂的事实,臭氧是不稳定的化合物,容易分解。同时,苍蝇经常携带非常少量的信息素在正常情况下。“因此,我们需要一种技术,允许我们测量甚至微量的信息素对个人苍蝇,暴露在臭氧或没有前测量。要做到这一点,我们使用所谓的热解吸装置耦合到气相色谱/质谱计,这允许我们测量微量的个人苍蝇发出的气味,”第一作者Nanji江说,描述了技术挑战。

在实验中,雄性果蝇被暴露于臭氧浓度略有升高。科学家们然后测量苍蝇是否仍然释放信息素。当苍蝇被暴露于100(十亿分之几,对应9)浓度的臭氧了两个小时,测量信息素水平显著降低与对照组相比,只有被暴露于环境空气。除了黑腹果蝇体内的雄性模型,研究人员还测试了8个相关物种的雄性果蝇属的果蝇。果蝇busckii在只有一个物种,特定的男性信息素的释放臭氧接触后仍不受影响,但这些化合物也不含碳碳双键,因此不容易与臭氧发生反应。

臭氧彻底腐败果蝇的交配行为

研究人员然后测试同种个体雄性果蝇的吸引力。观察他们的不安,这可能主要是由于各自的信息素的作用。这是发出的雄性果蝇物种和增加他们对女性的吸引力。同时,男性使用气味来区分从其他雄性雌性:尽管他们的信息素吸引雌性,它排斥其他男性。在交配时,雄性转移雌性信息素。刚交配的雌性信息素的味道不再是吸引其他男性在接下来的两个小时。

因此,臭氧水平升高不仅使女性更吸引男性;相反,男性ozonated突然有趣的男性。“我们知道臭氧水平升高可能影响昆虫交配系统因为碳双键的崩溃,因此信息素,化学氧化不是火箭科学。然而,我们被震惊了,哪怕是轻微的臭氧浓度升高对飞行行为如此强大的效果。实际上,我们最初想关注男性和女性之间的交互。我们可以解释男性开始讨好对方经过短暂的臭氧接触,因为他们显然无法区分ozonated男性和女性。但是,我们之前并没有想到这个。因此,我们非常困惑ozone-exposed雄性的行为,在求爱长链排列,“江Nanji和马库斯Knaden总结臭氧对交配行为的影响。

该研究小组还观察到高空气中臭氧浓度的影响其他果蝇的交配行为的物种。甚至物种的雄性果蝇busckii配对时暴露在臭氧后,虽然臭氧不改变信息素d . busckii发出的被描述为男性。然而,其他到目前为止没有发现ozone-sensitive化合物也可能扮演其他角色在他们的交配行为。在八个其他九个物种的研究,该研究小组观察到不同寻常的男性对其他男性求偶行为的暴露于臭氧。有趣的是,一个物种,d . suzukii,众所周知,缺乏信息素但法院基于视觉线索,被增加的臭氧水平不受影响。

空气污染导致全球昆虫种群数量下降

大多数昆虫信息素含有碳碳双键。因此,臭氧被认为在许多昆虫干扰性沟通。“昆虫信息素经过数百万年的进化。相比之下,空气污染物的浓度只有工业化以来急剧增加。昆虫的通信系统,不太可能进化在进化的过程中,能够在很短的时间内适应新的条件如果信息素突然不再存在。唯一解决这个难题是立即减少大气中的污染物,”比尔汉森说,进化神经行为学部门负责人兼联合创始人马克斯·普朗克中心的下一代昆虫化学生态学(nGICE),致力于研究气候变化的影响和大气污染对昆虫和它们的化学通讯。特别是,研究侧重于人为气候变化对昆虫的影响生态系统服务,入侵昆虫的爆发,欧洲的疾病的传播媒介。

科学家在耶拿想研究臭氧的影响更广泛的昆虫,包括飞蛾通常遵循信息素长距离羽毛。昆虫性信息素也至关重要的线索区分同种个体和物种密切相关。“我们希望找到答案,是否高水平的臭氧导致杂交利率时飞物种分享他们的栖息地密切相关。最后,在昆虫化学通讯并不局限于交配行为。所有社会昆虫像蜜蜂、蚂蚁和黄蜂,使用化学信号来识别他们的殖民地。我们也研究蚁群中的社会结构是否受到影响,当蚂蚁觅食的旅行期间,他们成为污染物暴露水平的提高。你甚至不愿意想象如果在蚁群社会结构或蜂房突然崩溃,因为信息素交流不再工作,”马库斯Knaden也研究沙漠蚂蚁的行为,。

高臭氧水平不仅是对人体健康有害。工业化国家的目前的生活方式在环境和气候非常高的成本;许多间接影响甚至不知道。目前的研究提供了一个额外的解释昆虫种群数量急剧下降在世界范围内,除了杀虫剂的应用和消除的栖息地。如果化学交流是受空气中的污染物,他们不能繁殖以足够的速度。这也会影响许多传粉者,如蜜蜂和蝴蝶。事实上,80%的作物需要授粉昆虫规模使它清楚这个问题可能需要在未来,如果我们不成功大大减少空气污染。

参考:江泽民新泽西,Chang H, Weißflog J, et al .臭氧接触破坏昆虫的性交流。Nat Commun。2023;14 (1):1186。doi:10.1038 / s41467 - 023 - 36534 - 9

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