Грязный воздух изменил половые предпочтения насекомых

Некоторым насекомым становится сложнее находить себе пары внутри вида из-за роста концентрации «вредного» тропосферного озона. Он разрушает выделяемые этими животными половые феромоны, что может привести к «неправильному спариванию» и появлению бесплодного потомства. Такая ситуация опасна катастрофическим сокращением численности насекомых в мире. Об этом в своей статье рассказали биологи из Германии.

Тропосферный озон — один из основных парниковых газов и по совместительству токсичный загрязнитель атмосферы. Он не имеет прямых источников выбросов, а представляет собой соединение, зачастую образованное (на высоте до 10 километров) при взаимодействии солнечного света с летучими органическими веществами (ЛОС), которые выбрасываются как людьми, так и многими деревьями (например, приятный запах воздуха в сосновом лесу частично обусловлен образованием озона из ЛОС, выбрасываемых соснами).

Это недолговечный загрязнитель, срок его жизни в атмосфере — от нескольких часов до нескольких недель. Летом, когда тепло и много света, концентрация тропосферного озона повышается: чем больше тепла и света, тем больше происходит реакций, участвующих в образовании «вредного» озона.

В 2023 году группа немецких биологов под руководством Маркуса Кнадена (Markus Knaden) из Института химической экологии Общества Макса Планка обнаружила, что озон взаимодействует с феромонами насекомых — химическими веществами, особыми запахами, выделяемыми насекомыми для привлечения особей своего вида, чтобы затем с ними спариться. В частности, ученые выяснили, что самцы мух Drosophila melanogaster становятся менее привлекательными для самок из-за повышенной концентрации озона в воздухе.

Большинство молекул феромонов насекомых содержат двойные углерод-углеродные связи, которые могут разрушиться в результате окисления. Тропосферный озон — высокореактивный окислитель. В своем исследовании Кнаден и его коллеги показали, что рост концентрации этого «вредного» парникового газа приводит к тому, что самцы Drosophila melanogaster начинают выделять гораздо меньше «привлекательных запахов», из-за чего самки все меньше обращают на них внимание.

В новой работе команда Кнадена попыталась выяснить, может ли сокращение количества выделяемых феромонов повлиять на способность некоторых мух различать другие виды. Чтобы это выяснить, биологи провели эксперимент.

Исследователи сосредоточили свое внимание на четырех близкородственных видах плодовых мушек, которые в обычной жизни между собой не спариваются: Drosophila melanogaster, Drosophila simulans, Drosophila sechellia и Drosophila mauritiana. Всех «подопытных» ученые разделили на две группы: основную и контрольную.

Плодовая муха Дрозофила фруктовая (Drosophila melanogaster) / © Wikimedia

Первую группу (самцов и самок) на протяжении двух часов подвергали воздействию высоких концентраций «вредного» озона (100 частей на миллиард), чтобы снизить количество выделяемых феромонов. То есть биологи создали условия, которые часто наблюдаются в жаркий городской день. Затем специалисты предоставили самкам возможность спариваться с самцами того же или другого вида.

Во второй, контрольной, группе мушек тоже на протяжении двух часов подвергали воздействию озона, но меньшей концентрации (примерно пять частей на миллиард).

Эксперимент показал, что в первой группе происходило частое межвидовое спаривание и «гибридное потомство» от него появлялось примерно в 70 процентах случаев, в то время как в контрольной — всего в 20. Иными словами, мушки из первой группы после сильного воздействия на них озона зачастую не могли различить другие виды, даже по визуальным или звуковым признакам.

Авторы научной работы пояснили, что «гибридное потомство» часто оказывается стерильным. В таком случае, хотя мушки вкладывают достаточно сил, чтобы воспроизвести себе подобных, они не могут передать свои гены.

«Результаты нашего эксперимента показали, что повышенный уровень тропосферного озона может вызвать катастрофическое сокращение численности насекомых во всем мире. На данный момент описано более 1500 феромонов насекомых, и 90 процентов из них содержат углерод-углеродные связи, которые могут разрушиться под действием озона», — объяснил Кнаден.

Подробнее с результатами работы немецких биологов можно ознакомиться в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.