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出品：科普中國(guó)

作者：姬俏俏（農(nóng)學(xué)博士）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國(guó)前沿科技項(xiàng)目推出“生命新知”系列文章，從獨(dú)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(wú)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(huì)想，臭氧不是保護(hù)我們免受紫外線傷害的嗎？這句話只對(duì)了一半。

在大氣平流層中的臭氧可以吸收太陽(yáng)光中對(duì)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(huì)對(duì)環(huán)境和生物產(chǎn)生不良影響。

近日一項(xiàng)發(fā)表于《自然·通訊》的研究表明，臭氧不僅對(duì)人類健康有害，還會(huì)破壞昆蟲(chóng)之間通過(guò)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(chóng)信息素？

昆蟲(chóng)的信息素是一種化學(xué)物質(zhì)，昆蟲(chóng)通過(guò)釋放這些化學(xué)物質(zhì)來(lái)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(huì)釋放一種叫做cis-Vaccenyl Acetate（簡(jiǎn)稱cVA）的信息素來(lái)吸引雌性。

cVA不僅能讓雌性更容易找到它們，還能在交配時(shí)傳遞給雌性，使雌性對(duì)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(chóng)的行為

（圖片來(lái)源：Engl & Kaltenpoth, 2018）

臭氧污染的來(lái)源及其危害

臭氧主要在大氣的高層存在，形成臭氧層，保護(hù)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(yùn)輸和工業(yè)生產(chǎn)等排放的氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）在陽(yáng)光作用下形成。近年來(lái)，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(duì)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(guò)程

（圖片來(lái)源：中國(guó)大氣臭氧污染防治藍(lán)皮書（2020））

研究發(fā)現(xiàn)，臭氧會(huì)氧化昆蟲(chóng)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(huì)顯著減少，因此對(duì)雌性的吸引力減弱，雄性果蠅的交配成功率也會(huì)下降。

科學(xué)家們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使短時(shí)間暴露在100ppb濃度的臭氧中，也會(huì)導(dǎo)致果蠅信息素降解，進(jìn)而影響其交配行為。在實(shí)驗(yàn)中，暴露于臭氧的雄性果蠅表現(xiàn)出更長(zhǎng)的交配潛伏期，也就是說(shuō)，它們需要更多的時(shí)間才能被雌性接受。這是因?yàn)槌粞跗茐牧诵畔⑺?，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?yàn)槌粞跗茐牧诵坌孕畔⑺兀沟眯坌噪y以區(qū)分性別，從而錯(cuò)誤地向其他雄性發(fā)起求偶。在實(shí)驗(yàn)中，暴露于臭氧的雄性果蠅甚至?xí)纬梢粭l長(zhǎng)長(zhǎng)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(shí)別能力

（圖片來(lái)源：Jiang et al., 2023）

研究人員不僅研究了果蠅Drosophila melanogaster，還對(duì)其他九種果蠅進(jìn)行了類似實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中八種果蠅的信息素也會(huì)因臭氧暴露而降解，進(jìn)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(duì)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(lái)源：Jiang et al., 2023）

不僅雄性和雌性果蠅的信息素會(huì)被臭氧氧化，雌性的信息素也會(huì)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(huì)減少，這意味著雌性果蠅在交配時(shí)也會(huì)面臨困難，因?yàn)樗鼈兊男畔⑺責(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(chóng)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(chóng)的交配行為和種群繁殖。

此外，植物與傳粉昆蟲(chóng)之間的化學(xué)通訊也會(huì)受到影響，臭氧污染會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。例如，臭氧會(huì)降解花朵釋放的揮發(fā)性物質(zhì)，使傳粉昆蟲(chóng)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(chóng)，還會(huì)通過(guò)食物鏈波及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

為了保護(hù)昆蟲(chóng)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(jī)化合物，推廣清潔能源，改進(jìn)交通工具的排放標(biāo)準(zhǔn)等。此外，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)措施，增加對(duì)臭氧污染及其影響的研究，也是非常重要的。

希望通過(guò)這篇文章，你能更好地理解臭氧污染對(duì)昆蟲(chóng)的影響，并意識(shí)到保護(hù)環(huán)境的重要性。每個(gè)人的努力都可以為我們的地球帶來(lái)積極的改變，讓我們一起為保護(hù)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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