藍天白雲下，看似潔凈的空氣中卻隱藏著一位「隱形殺手」——臭氧汙染。也許你會想，臭氧不是保護我們免受紫外線傷害的嗎？這句話只對了一半。
在大氣平流層中的臭氧可以吸收太陽光中對生物有害的部份紫外線放射線，而在大氣近地層，臭氧就成了一種汙染物，會對環境和生物產生不良影響。
近日一項發表於【自然·通訊】的研究表明，臭氧不僅對人類健康有害，還會破壞昆蟲之間透過資訊素傳遞的化學通訊，從而影響它們的交配行為。
什麽是昆蟲資訊素？
昆蟲的資訊素是一種化學物質，昆蟲透過釋放這些化學物質來傳遞資訊，尤其是在交配行為中起到關鍵作用。比如，果蠅中的雄性會釋放一種叫做cis-Vaccenyl Acetate（簡稱cVA）的資訊素來吸引雌性。
cVA不僅能讓雌性更容易找到它們，還能在交配時傳遞給雌性，使雌性對其他雄性的吸重力降低。這就像雄性在雌性身上留下了自己的「銘印」，以確保自己成為後代的父親。
資訊素影響昆蟲的行為
圖片來源：Engl & Kaltenpoth, 2018
臭氧汙染的來源及其危害
臭氧主要在大氣的高層存在，形成臭氧層，保護地球免受紫外線放射線。然而，在地表附近，臭氧是一種有害的汙染物。它由化石燃燒、交通運輸和工業生產等排放的氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOC）在陽光作用下形成。近年來，隨著工業化的發展和氣候變遷，全球臭氧水平顯著上升，對生態系造成了嚴重影響。
影響臭氧濃度的主要因素和過程
圖片來源：中國大氣臭氧汙染防治藍皮書（2020）
研究發現，臭氧會氧化昆蟲資訊素中的碳碳雙鍵，導致這些資訊素降解。例如，果蠅雄性特有的資訊素cVA和(Z)−7-Tricosene在暴露於臭氧後，其含量會顯著減少，因此對雌性的吸重力減弱，雄性果蠅的交配成功率也會下降。
科學家們透過實驗發現，即使短時間暴露在100ppb濃度的臭氧中，也會導致果蠅資訊素降解，進而影響其交配行為。在實驗中，暴露於臭氧的雄性果蠅表現出更長的交配潛伏期，也就是說，它們需要更多的時間才能被雌性接受。這是因為臭氧破壞了資訊素，使得雌性難以辨認和接受這些雄性。
更有趣的是，暴露於臭氧的雄性果蠅還表現出顯著增加的雄性之間的求偶行為。這是因為臭氧破壞了雄性資訊素，使得雄性難以區分性別，從而錯誤地向其他雄性發起求偶。在實驗中，暴露於臭氧的雄性果蠅甚至會形成一條長長的求偶鏈，這種行為通常只在基因突變的果蠅中看到。
臭氧擾亂果蠅性別辨識能力
圖片來源：Jiang et al., 2023
研究人員不僅研究了果蠅Drosophila melanogaster，還對其他九種果蠅進行了類似實驗，發現其中八種果蠅的資訊素也會因臭氧暴露而降解，進而影響它們的交配行為。只有一種果蠅（D. busckii）因其資訊素不含碳-碳雙鍵，因此對臭氧不太敏感。
不同果蠅物種特有資訊素和其暴露於臭氧後性行為的變化
圖片來源：Jiang et al., 2023
不僅雄性和雌性果蠅的資訊素會被臭氧氧化，雌性的資訊素也會受到影響。例如，雌性果蠅特有的7,11-Heptacosadiene（7,11-HD）和7,11-Nonacosadiene（7,11-ND）在暴露於臭氧後含量會減少，這意味著雌性果蠅在交配時也會面臨困難，因為它們的資訊素無法正常傳遞給雄性。
隨著工業化的發展和汙染增加，臭氧濃度顯著上升，昆蟲的資訊素系統面臨著新的挑戰。碳-碳雙鍵的存在使得資訊素容易被臭氧氧化，從而影響昆蟲的交配行為和族群繁殖。
此外，植物與傳粉昆蟲之間的化學通訊也會受到影響，臭氧汙染會破壞生態系的平衡。例如，臭氧會降解花朵釋放的揮發性物質，使傳粉昆蟲難以找到花朵，從而影響植物的授粉和繁殖。這些影響不僅限於昆蟲，還會透過食物鏈波及整個生態系。
為了保護昆蟲和生態系，我們需要采取措施減少臭氧汙染，包括減少工業排放的氮氧化物和揮發性有機化合物，推廣清潔能源，改進交通工具的排放標準等。此外，加強環境監測和保護措施，增加對臭氧汙染及其影響的研究，也是非常重要的。
希望透過這篇文章，你能更好地理解臭氧汙染對昆蟲的影響，並意識到保護弓境的重要性。每個人的努力都可以為我們的地球帶來積極的改變，讓我們一起為保護弓境而努力吧！
參考文獻：
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.
出品：科普中國
作者：姬俏俏（農學博士）
監制：中國科普博覽
