随着臭氧浓度升⾼,不同果蝇之间出现杂交后代的⼏率会随之增加。昆⾍信息素是⼀类昆⾍在种群内部进⾏化学交流的⽓味分⼦。其中,性信息素在许多昆⾍的求偶⾏为中起着⾄关重要的作⽤。⼀个物种特有的⽓味不仅能同时吸引同物种中的雄性和雌性,还能维护和其他物种之间⾃然隔离的界线。
此前,由⻢克斯·普朗克化学⽣态研究所演化神经⾏为学系的研究⼈员Nanji Jiang、Bill Hansson和Markus Knaden领导的研究团队曾证实,臭氧浓度的升⾼会严重⼲扰苍蝇内部的化学交流:实际上,臭氧会破坏⼤多数昆⾍信息素中的碳-碳双键,这会导致雄蝇⽆法辨别雌蝇和其他雄蝇,进⽽对两性都展开求爱⾏为。
在近期发表的⼀项研究中,他们进⼀步探究臭氧破坏性信息素是否会影响不同物种之间的交配隔阂。论⽂的第⼀作者Nanji Jiang总结了这项研究中的核⼼发现:“我们很想了解臭氧⽔平的上升,是否会消除物种之间的交配隔阂,以及这样潜在的杂交可能带来怎样的后果。从已往的多项实验中,我们已了解到臭氧会严重扰乱昆⾍的择偶选择。
⽽这项新的研究表明,即使臭氧⽔平略有升⾼(许多地⽅在夏季都会出现这样的情况),也会促使苍蝇更频繁地与近缘物种杂交。考虑到杂交产⽣的后代往往不育,这种情况可能会导致昆⾍的种群规模缩减。
”研究⼈员选择了果蝇属(Drosophila)的4个物种开展实验,其中⿊腹果蝇(D. melanogaster)和拟果蝇(D. simulans)是在全球⼴泛分布的世界种,⽽它们的近亲塞⾆尔果蝇(D. sechellia)和⽑⾥求斯果蝇(D. mauritiana)则是岛屿特有物种,正如名字所示,它们分别分布于塞⾆尔和⽑⾥求斯。这4种果蝇会释放⾮常相似的信息素,但会以各⾃特有的⽅式将它们混合。
因此对研究⼈员来说,最为关键的是在这些信息素混合物暴露在臭氧中后,测量出其中的定量变化。在交配实验中,研究⼈员模拟了我们的城市在酷暑天时常⻅的臭氧浓度环境,并将这些果蝇置于其中持续两⼩时。随后,他们让⼀些准备好交配的雌蝇在同种和异种的雄蝇之间做出选择。⼏⼩时后,他们将这些雌蝇与雄蝇分开,并让它们产卵。
为了确定雌蝇具体的交配对象,研究⼈员分析了实验中的那些雄性后代的性器官,这种形态学⽅法可以区分不同的物种和杂交种。这些实验结果表明,受到臭氧的影响,物种间的杂交事件显著增加。此前,当果蝇处在环境空⽓中时,很少出现杂交的情况。果蝇不仅会依赖化学信号来寻找配偶,还会通过振动翅膀发出特有的歌声。许多物种也会利⽤⼀些视觉信号来吸引配偶。
不过正如这项研究所显示的,尽管有这些额外的“辅助⼯具”,但臭氧浓度升⾼似乎使得⼀些雌蝇难以区分同种和异种的雄蝇。演化神经⾏为学系主任Hansson表示:“我们原本的预期是,臭氧对信息素交流的⼲扰可能会让杂交果蝇的数量略有增加。但令⼈惊讶的是,即便存在这些可能的声⾳或视觉线索,⼀些雌蝇仍然完全⽆法区分同种和异种雄蝇。”在苍蝇种群中,雄性的杂交后代通常没有⽣育能⼒或者⽣育能⼒低下。
因此,对于苍蝇⽽⾔,这类似于⼀种⽆⽤的投资,甚⾄可能导致种群灭绝。不同于雄性杂交蝇,雌性杂交蝇通常可以正常⽣育,甚⾄有时更受雄性的⻘睐,这项新研究中就出现了类似的情况。雌性杂交蝇可能是促进基因持续流动的源泉,从⻓远来看或许能促进杂交的新物种诞⽣。“果蝇属中有超过1500多个物种,据悉,已知有100多个亲缘关系密切的物种对拥有杂交的潜⼒。
因此在其中的⼀些物种对中,污染物所诱导的杂交很可能会带来杂交物种的诞⽣。” Knaden说道,他正在评估⼀个杂交物种的存活概率。昆⾍不仅在交配时会依赖⽓味。除了性信息素之外,它们还会使⽤聚集信息素来吸引同类,以及在遇到危险时释放警报外激素。⼀些社会性昆⾍,例如蚂蚁能够依据信息素的轨迹来导航,或者根据蚁群特有的⽓味来识别巢⽳中的配偶。这些⽓味分⼦中有很多也都含有可以被臭氧破坏的碳-碳双键。
研究⼈员担⼼臭氧会⼲扰昆⾍在多⽅⾯的化学交流。他们正在计划在蚂蚁等⽣物中开展进⼀步的研究。实验室之外的其他氧化污染物,例如氮氧化物,或可以放⼤臭氧的影响。这些物质由于毒性较强,对⼈体有害,已有规定的限制值,因此⽆法在实验室中进⾏测试。“考虑到这些物质即使是很少量,也会对昆⾍的化学交流产⽣显著影响,我们应该重新评估这些空⽓污染物的限制值。
”Markus Knaden说,“鉴于⽬前,昆⾍种群在总⽣物量和⽣物多样性⽅⾯都在急剧下降,我们更应该试着更好地了解以及抵消所有可能导致这些下降的因素。”