オゾンへの曝露は昆虫の性的コミュニケーションを混乱させる

Apr 19, 2024

Nature Communications volume 14、記事番号: 1186 (2023) この記事を引用

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昆虫の性的コミュニケーションは性フェロモンに依存することがよくあります。 しかし、ほとんどの昆虫フェロモンには炭素-炭素二重結合が含まれており、酸化によって劣化する可能性があります。 今回我々は、頻繁に報告されている人新世オゾンレベルの上昇が、記載されているショウジョウバエの雄特異的フェロモンをすべて酸化し、その結果、酢酸シスバセニルや(Z)-7-トリコセンなどのフェロモンの量が減少する可能性があることを示す。 同時に、オゾンにさらされた男性を女性が受け入れるのは大幅に遅れています。 興味深いことに、オゾンに曝露された雄のグループは、雄同士の求愛行動のレベルも大幅に増加しました。 他の9種のショウジョウバエ種で同様の実験を繰り返すと、そのうち8種でフェロモンの分解および/または性認識の混乱が観察されました。 私たちのデータは、人新生レベルのオゾンがさまざまな昆虫フェロモンの二重結合を広範囲に酸化し、それによって性的認識の逸脱を引き起こす可能性があることを示唆しています。

適切な配偶者を見つけて判断することは、多くの動物の生殖にとって極めて重要です。 これに関連して、ほとんどの昆虫は性フェロモンを使用して同種と同種を区別し、潜在的な配偶者の性別と交配状態を識別します1、2、3。 特によく研究されているフェロモンは、cis-Vaccenyl Acetate (cVA) です。 この化合物は雄のキイロショウジョウバエによって産生され、性認識を制御し、雄に存在する cVA 量は雌に対する雄の魅力と相関することが示されています 4,5,6,7。 しかし、交尾中、オスは父性を確実にするためにcVAをメスに移し、それによって他のオスに対するメスの魅力を低下させます6、8、9。 したがって、cVA は女性にとって魅力的ですが、男性にとっては嫌悪感を抱きます。 キイロショウジョウバエ属の多くのハエ種は、同種のメスに対する魅力を増大させるオス特異的化合物を生成することが知られており、交尾中に伝達され、そのためキイロショウジョウバエのcVAと同様のフェロモン様の役割を果たすようである10,11。 これらの潜在的なフェロモンのほとんどは、化学的には多様ですが、炭素二重結合を含むという 1 つの特定の特徴を共有しています。

人新世の間、そのような不飽和フェロモンと通信する昆虫は、オゾンなどの酸化汚染物質のレベルの増加による二重結合の酸化という潜在的な課題に直面しています12。 フェロモン システムは、産業革命以前の時代に、対流圏のオゾン値が 10 ppb13 という低さで進化しました。 しかし、窒素酸化物 (NOx)、揮発性有機化合物 (VOC) の継続的な排出と気候変動により、オゾンレベルはすでに世界の年間平均 40 ppb まで増加しています14。 局地的な極端なオゾン現象は、メキシコ、バングラデシュ、モロッコ、中国などの工業地帯や都市部で報告されています15、16、17、18。 メキシコでは、オゾン濃度は最大 210 ppb (1 時間継続) に達し、10 時間にわたって測定された最高平均値は 170 ppb を超えました15。 オゾン値は年間を通じて大きく変動しますが、例えば中国北東部の年間測定平均値は 2003 年の 45 ppb から 2015 年には 62 ppb に増加し 16、8 時間平均の 1 日最大値 (MDA8) は 140 ppb に達しました。 202019年3月に。

今回我々は、100ppbのオゾンレベルに短期間曝露しただけでも、多くのショウジョウバエのフェロモンが分解され、試験した10種中7種において、例えば雌に対する雄の魅力が低下することを示す。 興味深いことに、オゾン曝露によりオス同士の求愛行動が劇的に増加しますが、これはおそらく男性のフェロモンが劣化すると性差別がなくなるためと考えられます。

我々はまず、キイロショウジョウバエ（CS）雄のcVAの量がオゾンへの曝露によって影響を受けるかどうかを調査した。 実際、周囲空気（4.5 ± 0.5 ppb オゾン）のみに曝露した対照ハエと比較すると、100 ppb オゾンに 2 時間曝露したハエでは cVA の量が減少していることがわかりました（オゾンの概略図については図 1）。セットアップは図S1を参照）、cVA酸化の潜在的な分解生成物であるヘプタナールの量が増加しました（図S2）。 興味深いことに、生殖行動に関与することが知られている (Z)-7-トリコセン (7-T) や (Z)-7-ペンタセ​​ン (7-P)20 などの他の多くのフェロモン化合物は、オゾン曝露後に減少しました。同様に (図 1c)。