空气污染影响飞蛾嗅花的能力

停下来闻闻玫瑰花香是人生的一大乐趣，但鲜花散发的芬芳不只是为了供人享用。这些香味是生物信号，可以向潜在的传粉者传播植物的位置。微风中飘来的令人愉悦（或偶尔令人厌恶）的气味使植物能够吸引昆虫和其他动物停下来传播花粉。不幸的是，根据 2 月 8 日发表在《科学》杂志上的一项研究，空气污染正在阻碍这一进程。

这篇新论文的研究人员评估了臭氧 (O3) 和硝酸根 (NO3) 对某些飞蛾在夜间探测和授粉月见草的能力的影响。他们发现，这些污染物是汽车尾气和燃烧化石燃料的常见副产品，它们会与花香中的关键吸引化学物质发生反应并使其失效。在硝酸根存在的情况下，飞蛾访问月见草花的数量明显减少。这些植物依靠飞蛾和其他夜间传粉者来结出果实，科学家的研究结果表明，在空气污染的情况下，月见草花繁殖下一代的能力较弱。这是一组令人不安的发现，其影响远远超出了一种昆虫的饮食或一种花的种子生产。

“传粉昆虫在群落生态学中发挥着巨大作用；它们对植物的适应性至关重要。如果你影响了这一点，那么你将对整个生态系统产生影响，”这项研究的共同资深作者、华盛顿大学生物学教授杰夫·里菲尔 (Jeff Riffell) 说。“传粉昆虫对我们的食物系统和食物安全也至关重要，”他补充道——如果与错误的昆虫和人类发生冲突，最终也会付出代价。

污染并不总是像致命化学物质泄漏到湖中那么简单。不那么直接的感官污染会以各种令人惊讶的方式伤害动物。城市的灯光会吸引迁徙的鸟类撞上建筑物的窗户，嘈杂的船只会让鱿鱼失聪。人类改变动物嗅觉环境的方式也可能造成伤害。这项最新研究建立在之前的研究基础之上，该研究还发现空气污染会影响传粉者的嗅觉能力。

然而，这项新研究在某些方面为科学记录增添了新的内容。它是首次如此详细地探索这种特殊的蛾和花系统的研究之一。该研究的关键在于发挥作用的确切化学化合物，对这一问题给出了精确的解释，该研究的主要作者、那不勒斯费德里科二世大学的博士后研究员 Jeremy Chan 说。通过了解发挥作用的确切机制和反应，Chan 和他的合作者能够将他们的分析从单一的生态伙伴关系扩展到硝酸盐自由基和臭氧污染可能对全球植物和传粉媒介产生的影响。“我们可以更有信心地推断这将在何处成为一个重要问题，这个问题已经存在多久，以及我们实际上可以采取什么措施，”该研究的共同资深作者、华盛顿大学大气科学教授 Joel Thornton 说。

最终，研究人员发现，在全球许多地区，臭氧和硝酸根污染可能会阻碍传粉昆虫寻找寄主植物的能力。在北半球的大部分地区，这些污染物可能会使昆虫能够找到花朵的距离减少 75% 或更多——从工业化前时代的 5 公里以上减少到现在的不到 400 米。

要得出这一全球性结论，需要大量的前期步骤和发现。Chan、Riffell、Thornton 和他们的同事早在 2017 年就开始了他们的调查，他们首先观察了淡色月见草植物 ( Oenothera pallida ) 及其昆虫访客。科学家们记录了各种传粉昆虫在白天和夜晚在花边停留的情况，但他们注意到，有两种天蛾是特别频繁的夜间访客：白线天蛾 ( Hyles lineata ) 和Manduca 属的蛾，其中包括烟草天蛾。在他们的第一次田间实验中，研究人员在一天中的不同时间排除了传粉昆虫，并证明夜间授粉比白天授粉在月见草花是否产生可行果实方面发挥了更大的作用。

然后，他们分析了报春花的浓郁香味。通过气相色谱和质谱法，他们识别了花朵的每种气味化合物。研究人员使用飞蛾和蜜蜂的微小、无实体的昆虫触角（连接到电极）来确定昆虫最有可能对哪一种化学物质产生反应。他们发现，一种名为单萜的化学物质对传粉者具有独特的吸引力。

从那时起，科学家们开始以调香师的身份调制合成香味来匹配这些引诱剂。当他们将假花香味暴露在硝酸盐自由基和臭氧中时，他们发现关键的单萜会随着时间的推移而降解并消失。

在风洞实验中，陈和他的同事测试了天蛾对不同气味源的定位能力，包括假花气味、真花气味，以及混合了硝酸根和臭氧的报春花香水，这些气味的浓度与城市环境中的预期浓度相似。在自然、无污染的环境中，天蛾一夜之间可以飞行 80 公里，能够从几公里外找到花朵。但研究结果表明，在硝酸根存在的情况下，白线天蛾根本无法找到报春花——距离只有两米——烟草天蛾找到食物源的成功率也降低了约 50%。他们在田间试验中重复了同样的结果，他们发现合成气味和真花对昆虫的访问没有差异，但使用暴露在污染中的气味诱饵时，天蛾的访问减少了 70%。

研究人员结合了有关报春花授粉率和空气污染影响的数据，认为许多人口稠密地区的三氧化二氮水平可能使报春花的结籽率降低 28%，而这仅仅是基于天蛾授粉的损失。对植物的实际影响可能要大得多，因为众所周知，白天授粉的植物在某些污染源（如柴油废气）周围嗅觉能力也会下降。

所有这些发现使研究人员能够运行他们的全球 NO3 和 O3 污染模型，并提出一个理论，说明世界各地的昆虫可能正在失去从远处探测花朵的能力。

然而，这项研究也存在一些重要的局限性。首先，由于他们只研究了一种植物和两种蛾类，因此其他昆虫和花卉可能具有不同的化学系统，不会受到相同污染物的影响，Chan 说道。此外，他补充说，硝酸根自由基在夜间更常见，因为它们在阳光下会迅速降解，因此这项研究与夜间传粉者最相关。然而，Thornton 表示，其他化合物（如羟基自由基）可能在白天的大气中发挥着类似的作用。Thornton 和 Riffell 都表示，需要进行更多研究来确定空气污染对不同植物和传粉者系统以及日光传粉的影响。

尽管如此，这项研究提供了彻底而令人不安的洞察，让我们看到了人类破坏生态系统的另一种方式。墨尔本大学进化生物学教授马克·埃尔加说：“这项研究的美妙之处在于它真正是多学科的，结合了实验室和实地实验。”埃尔加之前研究过颗粒物污染对传粉者气味的影响，但没有参与二月份的研究。他说，这项新研究表明，昆虫面临着来自空气污染的多重压力。“如果我们不继续研究这个问题，那我们就疯了。”埃尔加补充道。

在这些不祥的消息背后，有一线希望：自 20 世纪 80 年代以来，许多国家都采取了环境保护措施，例如强制实施汽车排放标准，这大大减少了臭氧和硝酸根污染，陈说——这意味着我们有可能进一步减少污染。“这只是更多的动力，”桑顿说，“让我们的交通和能源需求从化石燃料燃烧转向其他能源。”更环保的交通和更少的排放意味着我们所有人的呼吸（和嗅觉）都会更轻松一些——包括飞蛾。