空气中的臭氧，让它们爱上了错误的对象

出品：科普中国

作者：姬俏俏（农学博士）

监制：中国科普博览

编者按：为解码生命科学最新奥秘，科普中国前沿科技项目推出“生命新知”系列文章，从独特的视角，解读生命现象，揭示生物奥秘。让我们深入生命世界，探索无限可能。

蓝天白云下，看似洁净的空气中却隐藏着一位“隐形杀手”——臭氧污染。也许你会想，臭氧不是保护我们免受紫外线伤害的吗？这句话只对了一半。

在大气平流层中的臭氧可以吸收太阳光中对生物有害的部分紫外线辐射，而在大气近地层，臭氧就成了一种污染物，会对环境和生物产生不良影响。

近日一项发表于《自然·通讯》的研究表明，臭氧不仅对人类健康有害，还会破坏昆虫之间通过信息素传递的化学通讯，从而影响它们的交配行为。

什么是昆虫信息素？

昆虫的信息素是一种化学物质，昆虫通过释放这些化学物质来传递信息，尤其是在交配行为中起到关键作用。比如，果蝇中的雄性会释放一种叫做cis-Vaccenyl Acetate（简称cVA）的信息素来吸引雌性。

cVA不仅能让雌性更容易找到它们，还能在交配时传递给雌性，使雌性对其他雄性的吸引力降低。这就像雄性在雌性身上留下了自己的“印记”，以确保自己成为后代的父亲。

信息素影响昆虫的行为

（图片来源：Engl & Kaltenpoth, 2018）

臭氧污染的来源及其危害

臭氧主要在大气的高层存在，形成臭氧层，保护地球免受紫外线辐射。然而，在地表附近，臭氧是一种有害的污染物。它由化石燃烧、交通运输和工业生产等排放的氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOC）在阳光作用下形成。近年来，随着工业化的发展和气候变化，全球臭氧水平显著上升，对生态系统造成了严重影响。

影响臭氧浓度的主要因素和过程

（图片来源：中国大气臭氧污染防治蓝皮书（2020））

研究发现，臭氧会氧化昆虫信息素中的碳碳双键，导致这些信息素降解。例如，果蝇雄性特有的信息素cVA和(Z)−7-Tricosene在暴露于臭氧后，其含量会显著减少，因此对雌性的吸引力减弱，雄性果蝇的交配成功率也会下降。

科学家们通过实验发现，即使短时间暴露在100ppb浓度的臭氧中，也会导致果蝇信息素降解，进而影响其交配行为。在实验中，暴露于臭氧的雄性果蝇表现出更长的交配潜伏期，也就是说，它们需要更多的时间才能被雌性接受。这是因为臭氧破坏了信息素，使得雌性难以辨认和接受这些雄性。

更有趣的是，暴露于臭氧的雄性果蝇还表现出显著增加的雄性之间的求偶行为。这是因为臭氧破坏了雄性信息素，使得雄性难以区分性别，从而错误地向其他雄性发起求偶。在实验中，暴露于臭氧的雄性果蝇甚至会形成一条长长的求偶链，这种行为通常只在基因突变的果蝇中看到。

臭氧扰乱果蝇性别识别能力

（图片来源：Jiang et al., 2023）

研究人员不仅研究了果蝇Drosophila melanogaster，还对其他九种果蝇进行了类似实验，发现其中八种果蝇的信息素也会因臭氧暴露而降解，进而影响它们的交配行为。只有一种果蝇（D. busckii）因其信息素不含碳-碳双键，因此对臭氧不太敏感。

不同果蝇物种特有信息素和其暴露于臭氧后性行为的变化

（图片来源：Jiang et al., 2023）

不仅雄性和雌性果蝇的信息素会被臭氧氧化，雌性的信息素也会受到影响。例如，雌性果蝇特有的7,11-Heptacosadiene（7,11-HD）和7,11-Nonacosadiene（7,11-ND）在暴露于臭氧后含量会减少，这意味着雌性果蝇在交配时也会面临困难，因为它们的信息素无法正常传递给雄性。

随着工业化的发展和污染增加，臭氧浓度显著上升，昆虫的信息素系统面临着新的挑战。碳-碳双键的存在使得信息素容易被臭氧氧化，从而影响昆虫的交配行为和种群繁殖。

此外，植物与传粉昆虫之间的化学通讯也会受到影响，臭氧污染会破坏生态系统的平衡。例如，臭氧会降解花朵释放的挥发性物质，使传粉昆虫难以找到花朵，从而影响植物的授粉和繁殖。这些影响不仅限于昆虫，还会通过食物链波及整个生态系统。

为了保护昆虫和生态系统，我们需要采取措施减少臭氧污染，包括减少工业排放的氮氧化物和挥发性有机化合物，推广清洁能源，改进交通工具的排放标准等。此外，加强环境监测和保护措施，增加对臭氧污染及其影响的研究，也是非常重要的。

希望通过这篇文章，你能更好地理解臭氧污染对昆虫的影响，并意识到保护环境的重要性。每个人的努力都可以为我们的地球带来积极的改变，让我们一起为保护环境而努力吧！

参考文献：

1.Jiang N J, Chang H, Weißflog 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.