研究发现氧化剂污染物臭氧消除了苍蝇物种之间的交配障碍

昆虫信息素是用于物种内化学通讯的气味分子。性信息素在许多昆虫的交配中起着至关重要的作用。物种特有的气味会吸引同一物种的雄性和雌性。同时，它们维持物种之间的自然界限。

马克斯·普朗克化学生态研究所进化神经行为学系的NanjiJiang、BillHansson和MarkusKnaden领导的研究小组此前表明，臭氧水平升高严重扰乱了蝇类内部的化学通讯：臭氧破坏了碳-碳双键存在于大多数昆虫信息素中。结果，雄性果蝇无法再区分雌性和其他雄性，因此会向两性求爱。

在《自然通讯》上发表的新研究中，研究人员调查了臭氧对性信息素的降解是否也会影响不同物种之间的交配界限。

“特别是，我们想知道臭氧水平升高是否会消除物种之间的交配界限，以及可能的杂交会产生什么后果。我们从之前的实验中知道，臭氧会严重扰乱昆虫的配偶选择。

“我们目前的研究表明，即使臭氧水平略有升高(目前在许多地方的夏季并不罕见)，也会导致苍蝇与密切相关的物种更频繁地杂交，这可能会导致昆虫数量下降，因为昆虫的不育性。由此产生的杂交品种，”第一作者NanjiJiang总结了该研究的关键信息。

物种间交配发生在臭氧水平升高的情况下

科学家们选择了果蝇属的四种物种进行实验。虽然果蝇(Drosophilamelanogaster)和果蝇(Drosophilasimulans)是遍布世界各地的世界性物种，但它们的近亲果蝇(Drosophilasechellia)和果蝇(Drosophilamauritiana)是岛屿特有的，正如它们的名字所示，分别仅在塞舌尔和毛里求斯发现。

所有四个物种都使用非常相似的信息素，但以物种特定的方式混合它们。因此，研究团队能够测量暴露于臭氧后信息素混合物的数量变化至关重要。

在交配实验中，果蝇暴露在臭氧浓度下两个小时，臭氧浓度通常是在我们城市特别炎热的日子里测量的。科学家们让准备交配的雌性有机会在同一物种的雄性和不同物种的雄性之间进行选择。

几个小时后，他们将雌性与雄性分开并让它们产卵。为了确定雌性是否与自己物种或其他物种的雄性交配，研究人员分析了雄性后代的性器官，因为可以根据形态来区分物种和杂交种。

这些测试的结果表明，在臭氧的影响下，杂交发生得更频繁，而当果蝇之前仅暴露在环境空气中时，很少发现杂交。

果蝇不仅依靠化学信号来交配，还依靠通过振动翅膀发出特定物种的歌曲。许多物种还使用视觉信号来吸引交配伙伴。尽管有这些额外的“帮助”，臭氧水平升高似乎阻止了研究中的一些雌性果蝇区分同种和其他物种的雄性。

“虽然我们预计臭氧对信息素通讯的破坏会导致杂交种的数量略有增加，但我们惊讶地发现，尽管有其他可能的声音或视觉线索，一些雌性完全无法区分同种动物和其他物种的雄性，”进化神经行为学系主任比尔·汉森说。

马库斯·纳登担心空气污染不仅会严重扰乱醋蝇的化学通讯，还会扰乱许多其他昆虫的化学通讯，并导致昆虫数量的减少。图片来源：安娜·施罗尔

杂交种：进化论的死胡同

果蝇中的雄性杂交体通常是不育的，或者至少比非杂交体的生育能力差。因此，雄性杂交后代对于果蝇来说是一种浪费，并且可能导致种群灭绝。与雄性杂交种不同，雌性杂交种通常具有生育能力，在本研究中，在某些情况下甚至更受雄性青睐。因此，雌性杂种可能是持续基因流的来源，从长远来看，这可能导致杂种物种的出现。

“果蝇属包含1500多个物种，已知超过100个密切相关的物种对有可能杂交。因此，污染物诱导的其中一些物种对的杂交不太可能导致杂交物种形成，”说克纳登正在评估这种杂交物种的成功机会。

昆虫不仅仅在选择配偶时依赖气味。除了性信息素之外，它们还使用聚合信息素来吸引两性的同种，或者使用警报信息素在遇到危险时进行交流。社会性昆虫，例如蚂蚁，沿着信息素轨迹导航或使用群体特有的气味来识别它们的巢穴伴侣。

许多这些气味分子还含有碳-碳双键，可以被臭氧破坏。科学家们担心臭氧可能会破坏许多地区昆虫的化学通讯，现在计划在进一步的研究中对此进行调查，例如在蚂蚁中。

在实验室之外，其他氧化污染物(例如氮氧化物)由于其毒性而无法在实验室实验中进行测试，因此可以放大臭氧的效果。由于这些污染物对人类产生有害影响，这些污染物已经存在限值。

“考虑到即使是少量的这些物质也会对昆虫的化学通讯产生重大影响，因此应该重新评估空气污染物的限制，”克纳登说。“由于我们目前面临昆虫种群总生物量和生物多样性的急剧下降，我们应该努力更好地了解和抵消所有可能有利于这种下降的因素。”