空气中的臭氧，让它们爱上了错误的对象
图片来源：Pixabay
文章来源 | 马克斯·普朗克化学生态学研究所
翻译 | 刘雨彤
审校 | clefable
昆虫信息素是一类昆虫在种群内部进行化学交流的气味分子。其中，性信息素在许多昆虫的求偶行为中起着至关重要的作用。一个物种特有的气味不仅能同时吸引同物种中的雄性和雌性，还能维护和其他物种之间自然隔离的界线。
此前，由马克斯·普朗克化学生态研究所演化神经行为学系的研究人员Nanji Jiang、Bill Hansson和Markus Knaden领导的研究团队曾证实，臭氧浓度的升高会严重干扰苍蝇内部的化学交流：实际上，臭氧会破坏大多数昆虫信息素中的碳-碳双键，这会导致雄蝇无法辨别雌蝇和其他雄蝇，进而对两性都展开求爱行为。
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在近期发表的一项研究中，他们进一步探究臭氧破坏性信息素是否会影响不同物种之间的交配隔阂。论文的第一作者Nanji Jiang总结了这项研究中的核心发现：“我们很想了解臭氧水平的上升，是否会消除物种之间的交配隔阂，以及这样潜在的杂交可能带来怎样的后果。从已往的多项实验中，我们已了解到臭氧会严重扰乱昆虫的择偶选择。而这项新的研究表明，即使臭氧水平略有升高（许多地方在夏季都会出现这样的情况），也会促使苍蝇更频繁地与近缘物种杂交。考虑到杂交产生的后代往往不育，这种情况可能会导致昆虫的种群规模缩减。”
跨物种交配
研究人员选择了果蝇属（Drosophila）的4个物种开展实验，其中黑腹果蝇（D. melanogaster）和拟果蝇（D. simulans）是在全球广泛分布的世界种，而它们的近亲塞舌尔果蝇（D. sechellia）和毛里求斯果蝇（D. mauritiana）则是岛屿特有物种，正如名字所示，它们分别分布于塞舌尔和毛里求斯。这4种果蝇会释放非常相似的信息素，但会以各自特有的方式将它们混合。因此对研究人员来说，最为关键的是在这些信息素混合物暴露在臭氧中后，测量出其中的定量变化。
在交配实验中，研究人员模拟了我们的城市在酷暑天时常见的臭氧浓度环境，并将这些果蝇置于其中持续两小时。随后，他们让一些准备好交配的雌蝇在同种和异种的雄蝇之间做出选择。几小时后，他们将这些雌蝇与雄蝇分开，并让它们产卵。为了确定雌蝇具体的交配对象，研究人员分析了实验中的那些雄性后代的性器官，这种形态学方法可以区分不同的物种和杂交种。这些实验结果表明，受到臭氧的影响，物种间的杂交事件显著增加。此前，当果蝇处在环境空气中时，很少出现杂交的情况。
果蝇不仅会依赖化学信号来寻找配偶，还会通过振动翅膀发出特有的歌声。许多物种也会利用一些视觉信号来吸引配偶。不过正如这项研究所显示的，尽管有这些额外的 “辅助工具”，但臭氧浓度升高似乎使得一些雌蝇难以区分同种和异种的雄蝇。演化神经行为学系主任Hansson表示：“我们原本的预期是，臭氧对信息素交流的干扰可能会让杂交果蝇的数量略有增加。但令人惊讶的是，即便存在这些可能的声音或视觉线索，一些雌蝇仍然完全无法区分同种和异种雄蝇。”
演化的死胡同
在苍蝇种群中，雄性的杂交后代通常没有生育能力或者生育能力低下。因此，对于苍蝇而言，这类似于一种无用的投资，甚至可能导致种群灭绝。不同于雄性杂交蝇，雌性杂交蝇通常可以正常生育，甚至有时更受雄性的青睐，这项新研究中就出现了类似的情况。雌性杂交蝇可能是促进基因持续流动的源泉，从长远来看或许能促进杂交的新物种诞生。
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“果蝇属中有超过 1500 多个物种，据悉，已知有 100 多个亲缘关系密切的物种对拥有杂交的潜力。因此在其中的一些物种对中，污染物所诱导的杂交很可能会带来杂交物种的诞生。” Knaden说道，他正在评估一个杂交物种的存活概率。
空气污染的威胁
昆虫不仅在交配时会依赖气味。除了性信息素之外，它们还会使用聚集信息素（aggregation pheromones）来吸引同类，以及在遇到危险时释放警报外激素。一些社会性昆虫，例如蚂蚁能够依据信息素的轨迹来导航，或者根据蚁群特有的气味来识别巢穴中的配偶。这些气味分子中有很多也都含有可以被臭氧破坏的碳-碳双键。研究人员担心臭氧会干扰昆虫在多方面的化学交流。他们正在计划在蚂蚁等生物中开展进一步的研究。
实验室之外的其他氧化污染物，例如氮氧化物，或可以放大臭氧的影响。这些物质由于毒性较强，对人体有害，已有规定的限制值，因此无法在实验室中进行测试。“考虑到这些物质即使是很少量，也会对昆虫的化学交流产生显著影响，我们应该重新评估这些空气污染物的限制值。”Markus Knaden说，“鉴于目前，昆虫种群在总生物量和生物多样性方面都在急剧下降，我们更应该试着更好地了解以及抵消所有可能导致这些下降的因素。”
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