Воздействие озона нарушает половую коммуникацию насекомых

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1186 (2023) Цитировать эту статью

4580 Доступов

370 Альтметрика

Подробности о метриках

Сексуальное общение насекомых часто основано на половых феромонах. Однако большинство феромонов насекомых содержат двойные связи углерод-углерод и потенциально разлагаются в результате окисления. Здесь мы показываем, что часто сообщаемые повышенные уровни антропоценового озона могут окислять все описанные мужские феромоны Drosophila melanogaster, что приводит к уменьшению количества феромонов, таких как цис-вакценилацетат и (Z)-7-трикозен. В то же время принятие самками самцов, подвергшихся воздействию озона, значительно задерживается. Интересно, что группы самцов, подвергшихся воздействию озона, также демонстрируют значительно повышенный уровень ухаживания между самцами. Повторяя аналогичные эксперименты с девятью другими видами дрозофилид, мы наблюдаем деградацию феромонов и/или нарушение распознавания пола у восьми из них. Наши данные показывают, что антропоценовые уровни озона могут сильно окислять двойные связи в различных феромонах насекомых, тем самым приводя к отклонениям в распознавании пола.

Поиск и оценка подходящего партнера имеют решающее значение для воспроизводства многих животных. В этом контексте большинство насекомых используют половые феромоны, чтобы отличить сородичей от аллоспецифичецев, а также для определения пола и брачного статуса потенциального партнера1,2,3. Особенно хорошо изученным феромоном является цис-вакценилацетат (cVA). Это соединение вырабатывается самцами Drosophila melanogaster и управляет распознаванием пола, и было показано, что количество CVA, присутствующее у самцов, коррелирует с привлекательностью самца для самки4,5,6,7. Однако во время совокупления самец, чтобы гарантировать свое отцовство, передает CVA самке и тем самым снижает привлекательность самки для других самцов6,8,9. Таким образом, cVA привлекателен для женщин, но отталкивает для мужчин. Известно, что многие виды мух рода Drosophila производят соединения, специфичные для самцов, которые повышают их привлекательность по отношению к самкам своего вида, передаются во время совокупления и, следовательно, по-видимому, выполняют аналогичные феромоноподобные роли, такие как cVA у Drosophila melanogaster10,11. Несмотря на химическое разнообразие, большинство из этих потенциальных феромонов имеют одну общую особенность — они содержат двойные углеродные связи.

Во время антропоцена насекомые, контактирующие с такими ненасыщенными феромонами, столкнулись с потенциальной проблемой: окислением двойных связей повышенным уровнем загрязняющих окислителей, таких как озон12. Феромонные системы возникли еще в доиндустриальные времена, когда содержание тропосферного озона составляло всего 10 частей на миллиард13. Однако из-за непрерывных выбросов оксидов азота (NOx), летучих органических соединений (ЛОС) и климатических изменений уровень озона уже увеличился до среднемирового годового значения 40 частей на миллиард14. Сообщалось о локальных экстремальных озоновых явлениях в промышленных и городских районах, например, Мексики, Бангладеш, Марокко и Китая15,16,17,18. В Мексике концентрация озона достигла 210 частей на миллиард (это продолжалось в течение часа), а самое высокое среднее значение, измеренное за 10 часов, превысило 170 частей на миллиард15. Хотя значения озона сильно меняются в течение всего года, среднегодовое измеренное значение, например, для северо-восточного Китая, увеличилось с 45 частей на миллиард в 2003 году до 62 частей на миллиард в 2015 году16 и достигло дневного максимума, усредненного за 8 часов (MDA8), в 140 частей на миллиард, наблюдаемых в марте 202019 года.

Здесь мы показываем, что даже кратковременное воздействие уровня озона в 100 частей на миллиард приводит к деградации многих феромонов дрозофилид и снижает, например, привлекательность самцов для самок у 7 из 10 протестированных видов. Интересно, что воздействие озона резко увеличивает поведение самцов при ухаживании, вероятно, из-за отсутствия дискриминации по признаку пола, когда мужские феромоны деградируют.

Сначала мы исследовали, влияет ли воздействие озона на количество cVA самцов D. melanogaster (CS). Действительно, при сравнении с контрольными мухами, подвергавшимися воздействию только окружающего воздуха (с содержанием озона 4,5 ± 0,5 частей на миллиард), мы обнаружили снижение количества CVA у мух, которые подвергались воздействию озона с концентрацией 100 частей на миллиард в течение 2 часов (рис. 1, схематическое изображение озона). установку см. рис. S1) и повышенное количество гептаналя (рис. S2), потенциального продукта распада окисления cVA. Интересно, что многие другие соединения феромонов, такие как (Z)-7-трикозен (7-T) и (Z)-7-пентазен (7-P)20, которые, как известно, участвуют в репродуктивном поведении, уменьшились после воздействия озона. также (рис. 1в).