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出品：科普中國

作者：姬俏俏（農(nóng)學(xué)博士）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

藍(lán)天白云下，看似潔凈的空氣中卻隱藏著一位“隱形殺手”——臭氧污染。也許你會想，臭氧不是保護我們免受紫外線傷害的嗎？這句話只對了一半。

在大氣平流層中的臭氧可以吸收太陽光中對生物有害的部分紫外線輻射，而在大氣近地層，臭氧就成了一種污染物，會對環(huán)境和生物產(chǎn)生不良影響。

近日一項發(fā)表于《自然·通訊》的研究表明，臭氧不僅對人類健康有害，還會破壞昆蟲之間通過信息素傳遞的化學(xué)通訊，從而影響它們的交配行為。

什么是昆蟲信息素？

昆蟲的信息素是一種化學(xué)物質(zhì)，昆蟲通過釋放這些化學(xué)物質(zhì)來傳遞信息，尤其是在交配行為中起到關(guān)鍵作用。比如，果蠅中的雄性會釋放一種叫做cis-Vaccenyl Acetate（簡稱cVA）的信息素來吸引雌性。

cVA不僅能讓雌性更容易找到它們，還能在交配時傳遞給雌性，使雌性對其他雄性的吸引力降低。這就像雄性在雌性身上留下了自己的“印記”，以確保自己成為后代的父親。

信息素影響昆蟲的行為

（圖片來源：Engl & Kaltenpoth, 2018）

臭氧污染的來源及其危害

臭氧主要在大氣的高層存在，形成臭氧層，保護地球免受紫外線輻射。然而，在地表附近，臭氧是一種有害的污染物。它由化石燃燒、交通運輸和工業(yè)生產(chǎn)等排放的氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機化合物（VOC）在陽光作用下形成。近年來，隨著工業(yè)化的發(fā)展和氣候變化，全球臭氧水平顯著上升，對生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響。

影響臭氧濃度的主要因素和過程

（圖片來源：中國大氣臭氧污染防治藍(lán)皮書（2020））

研究發(fā)現(xiàn)，臭氧會氧化昆蟲信息素中的碳碳雙鍵，導(dǎo)致這些信息素降解。例如，果蠅雄性特有的信息素cVA和(Z)?7-Tricosene在暴露于臭氧后，其含量會顯著減少，因此對雌性的吸引力減弱，雄性果蠅的交配成功率也會下降。

科學(xué)家們通過實驗發(fā)現(xiàn)，即使短時間暴露在100ppb濃度的臭氧中，也會導(dǎo)致果蠅信息素降解，進而影響其交配行為。在實驗中，暴露于臭氧的雄性果蠅表現(xiàn)出更長的交配潛伏期，也就是說，它們需要更多的時間才能被雌性接受。這是因為臭氧破壞了信息素，使得雌性難以辨認(rèn)和接受這些雄性。

更有趣的是，暴露于臭氧的雄性果蠅還表現(xiàn)出顯著增加的雄性之間的求偶行為。這是因為臭氧破壞了雄性信息素，使得雄性難以區(qū)分性別，從而錯誤地向其他雄性發(fā)起求偶。在實驗中，暴露于臭氧的雄性果蠅甚至?xí)纬梢粭l長長的求偶鏈，這種行為通常只在基因突變的果蠅中看到。

臭氧擾亂果蠅性別識別能力

（圖片來源：Jiang et al., 2023）

研究人員不僅研究了果蠅Drosophila melanogaster，還對其他九種果蠅進行了類似實驗，發(fā)現(xiàn)其中八種果蠅的信息素也會因臭氧暴露而降解，進而影響它們的交配行為。只有一種果蠅（D. busckii）因其信息素不含碳-碳雙鍵，因此對臭氧不太敏感。

不同果蠅物種特有信息素和其暴露于臭氧后性行為的變化

（圖片來源：Jiang et al., 2023）

不僅雄性和雌性果蠅的信息素會被臭氧氧化，雌性的信息素也會受到影響。例如，雌性果蠅特有的7,11-Heptacosadiene（7,11-HD）和7,11-Nonacosadiene（7,11-ND）在暴露于臭氧后含量會減少，這意味著雌性果蠅在交配時也會面臨困難，因為它們的信息素?zé)o法正常傳遞給雄性。

隨著工業(yè)化的發(fā)展和污染增加，臭氧濃度顯著上升，昆蟲的信息素系統(tǒng)面臨著新的挑戰(zhàn)。碳-碳雙鍵的存在使得信息素容易被臭氧氧化，從而影響昆蟲的交配行為和種群繁殖。

此外，植物與傳粉昆蟲之間的化學(xué)通訊也會受到影響，臭氧污染會破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。例如，臭氧會降解花朵釋放的揮發(fā)性物質(zhì)，使傳粉昆蟲難以找到花朵，從而影響植物的授粉和繁殖。這些影響不僅限于昆蟲，還會通過食物鏈波及整個生態(tài)系統(tǒng)。

為了保護昆蟲和生態(tài)系統(tǒng)，我們需要采取措施減少臭氧污染，包括減少工業(yè)排放的氮氧化物和揮發(fā)性有機化合物，推廣清潔能源，改進交通工具的排放標(biāo)準(zhǔn)等。此外，加強環(huán)境監(jiān)測和保護措施，增加對臭氧污染及其影響的研究，也是非常重要的。

希望通過這篇文章，你能更好地理解臭氧污染對昆蟲的影響，并意識到保護環(huán)境的重要性。每個人的努力都可以為我們的地球帶來積極的改變，讓我們一起為保護環(huán)境而努力吧！

參考文獻(xiàn)：

1.Jiang N J, Chang H, Wei?flog J, et al. Ozone exposure disrupts insect sexual communication[J]. Nature Communications, 2023, 14(1): 1186.

2.Engl T, Kaltenpoth M. Influence of microbial symbionts on insect pheromones[J]. Natural Product Reports, 2018, 35(5): 386-397.

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