Насекомые на грани полного исчезновения: плохая экология изменяет их репродуктивный цикл

Исследователи из Института химической экологии Макса Планка в Йене, в Германии, обнаружили, что повышенный уровень озона, который вызван загрязнением воздуха из-за деятельности человека, разрушает половые феромоны насекомых, важные сигналы для спаривания и, таким образом, препятствует их успешному размножению. 

Рречь о приземном озоне. Он образуется из оксидов азота и летучих органических веществ, возникающих в воздухе из выхлопов автомобилей и других антропогенных источников. 

Половое общение насекомых в значительной степени зависит от феромонов, химических аттрактантов – веществ, которые вызывают влечение к источнику запаха. Благодаря им спариваются самцы и самки определённого вида. 

Половые феромоны даже между самцами и самками одного вида могут различаться. Малейшие изменения в структуре этих химических веществ означают, что спаривания больше не произойдёт, так как насекомые могут найти друг друга только по безошибочному запаху. И озон легко разрушает эти "двойные" связи.

Окисляющее действие озона вызывает разрушение двойных углерод-углеродных связей, которые присутствуют в молекулах многих феромонов насекомых. В итоге они перестают слышать специфический химический сигнал для размножения.

– Соединения с двойными углеродными связями сильно чувствительны к разрушению озона. Почти все половые феромоны насекомых такие связи содержат. Поэтому мы задались вопросом, влияет ли загрязнение воздуха на то, насколько хорошо самки и самцы находят и идентифицируют друг друга во время спаривания, – рассказывает Маркус Кнаден, руководитель группы по поведению насекомых в отделе нейроэтологии Института химической экологии имени Макса Планка, ведущий автор исследования.

Учёные проводили эксперименты с лабораторными дрозофилами. Чтобы изучить влияние озона на их брачное поведение, разработали сначала систему воздействия озона на мух в тех количествах, в которых он регистрируется в воздухе летом в крупных городах. Специалистам пришлось создать непрерывный поток воздуха с определёнными уровнями озона. Сделать это было не так просто, поскольку озон – нестабильное химическое соединение и легко разрушается.

Присутствие феромонов отслеживали с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии. В ходе эксперимента одних самцов мух подвергли воздействию чуть повышенной концентрацией озона. Затем учёные измерили, продолжают ли они выделять свои феромоны. Других самцов мух подвергали воздействую озона в ещё большем количестве. И обнаружилось, что через пару часов концентрация "мужских" феромонов у вторых самцов мух резко снизилась.

– Мы предполагали, что сильно повышенный уровень озона может повлиять на системы спаривания насекомых, потому что разрушение двойных углеродных связей и, следовательно, феромонов путем окисления – это не высшая математика в химии, – заявили соавторы исследования Маркус Кнаден и Нанджи Цзян. – Тем не менее мы были шокированы тем, что даже слегка повышенные концентрации озона оказали сильное влияние на поведение мух. 

Текущее исследование объясняет, почему популяции насекомых резко сокращаются во всём мире, помимо применения инсектицидов и изменений среды их обитания.  

Маловероятно, что коммуникационные системы насекомых, развившиеся в ходе эволюции, смогут адаптироваться к новым условиям за короткий промежуток времени, если феромонов вдруг больше не будет.

Билл Ханссон, руководитель отдела эволюционной нейроэтологии и соучредитель центра Макса Планка "Новое поколение химической экологии насекомых"

Metro поговорило с Маркусом Кнаденом, чтобы узнать о ситуации больше

Как вы обнаружили связь между размножением насекомых и загрязнением окружающей среды?

– До сих пор в качестве причин снижения численности насекомых обсуждались в основном использование пестицидов и потеря мест обитания. В более раннем исследовании мы изучали, как загрязняющие окислители в воздухе ухудшают запах цветов таким образом, что опылители не могут свои цветы найти. Нынешнее исследование показывает, что загрязняющие вещества могут препятствовать и половому общению и могут быть дополнительным фактором снижения численности насекомых.

Как загрязнение воздуха мешает спариванию мух?

– Насекомые часто общаются с помощью половых феромонов (то есть запахов, испускаемых одним полом для привлечения другого). Эти феромоны обычно имеют общую черту, так называемые двойные углеродные связи, которые очень подвержены разрушающему влиянию озона. Он может разбить молекулу феромона на две части, которые затем больше не будут привлекать потенциальных партнёров. Поэтому при повышенном загрязнении воздуха насекомые неожиданно перестают определять партнёров для спаривания.

Почему озон больше всего влияет на спаривание насекомых?

– Озон является одним из соединений, содержание которого в воздухе увеличивается в результате деятельности человека. Есть и другие газы, такие как оксиды азота, которые также увеличиваются и должны иметь аналогичные эффекты. Поскольку для человека они более ядовиты, мы решили работать с озоном.

Не могли бы вы объяснить нетипичное сексуальное поведение некоторых самцов мух?

– Половые феромоны используются не только для привлечения партнёров для спаривания, но и для того, чтобы помочь насекомому различать пол. У мух, например, самцы производят соединения, которые делают их привлекательными для самок и сообщают другим самцам, что они самцы. Если эти соединения разрушаются, самцы становятся менее привлекательными для самок. В то же время другие самцы больше не считают их самцами. Как только они перестают пахнуть самцами, другие самцы принимают их за самок и начинают брачное поведение.

Как загрязнение воздуха может способствовать глобальному сокращению популяций насекомых?

– Если половая связь насекомых нарушается загрязнителями воздуха, насекомые реже спариваются и производят меньше потомства. Это, конечно, может ещё больше способствовать сокращению количества насекомых.

Основные проблемы, которые убивают насекомых:

Согласно исследованию Университета Коннектикута, проведённому в США, основными факторами, способствующими гибели насекомых, являются:

– загрязнение окружающей среды;

– изменение климата;

– инсектициды (химические препараты, предназначенные для уничтожения насекомых);

– гербициды (химические вещества, применяемые для уничтожения растительности);

– световое загрязнение (засвечивание ночного неба искусственными источниками освещения);

– инвазивные виды (виды, которые не являются родными для данного района, но укоренились, и представляют угрозу для местных видов и биоразнообразия);

– изменения в сельском хозяйстве;

– изменения в землепользовании.

Читайте также: Почему паучихи притворяются мёртвыми ради секса с привлекательным самцом