Bestøvning: Luftforurening gør blomsterlugte uattraktive for møl

Bestøvning: Luftforurening gør blomsterlugte uattraktive for møl
Bestøvning: Luftforurening gør blomsterlugte uattraktive for møl
Anonim

Et team af forskere fra Max Planck Institute for Chemical Ecology i Jena, Tyskland, og University of Virginia, USA, har undersøgt virkningen af høj ozon-luftforurening på den kemiske kommunikation mellem blomster og bestøvere. De viste, at tobakshøgmutte mistede tiltrækningen af duften af deres foretrukne blomster, da denne duft var blevet ændret af ozon. Dette oxiderende forurenende stof forstyrrer således interaktionen mellem en plante og dens bestøver, et forhold der har udviklet sig over millioner af år. Men når de får chancen, lærer høgemutter hurtigt, at en ubehageligt forurenet duft kan føre til nærende nektar.

Bestøvning i antropocæn

Bestøvning er en kritisk økosystemtjeneste, som hovedsageligt udføres af insekter. Blomster tiltrækker insekter ved hjælp af blomsterdufte, som er kemiske signaler, som bestøverne kan have en medfødt præference for. Denne præference er resultatet af det co-evolutionære forhold mellem blomster og deres bestøvere, der har udviklet sig over millioner af år.

I omkring 20 år er udtrykket "antropocæn" blevet brugt i det videnskabelige samfund til at henvise til den geologiske epoke, hvor mennesker er ansvarlige for mange ændringer i biologiske og atmosfæriske processer. Indtil for nylig har der imidlertid været lidt kendt om virkningerne af menneskeskabte klimaændringer og atmosfærisk forurening på naturlige miljølugte, der driver kemisk kommunikation mellem organismer.

Et team af forskere fra Max Planck Institute for Chemical Ecology og University of Virginia har undersøgt, om menneskelig drevet ozonforurening i luften påvirker tiltrækningen af en bestøvende møl til duften af en af deres yndlingsblomster. Ozon er en oxidant, et meget reaktivt kemikalie og forurenende stof, der er kendt for at forårsage luftvejssygdomme hos mennesker. Nu menes ozon også at ændre de blomsterdufte, som blomster udsender for at tiltrække deres bestøvere.

Til deres eksperimenter brugte forskerne tobakshøgmotten Manduca sexta. "Høgefuglen Manduca sexta er den perfekte model til vores undersøgelse. Selvom den er stærkt tiltrukket af blomsterlugte, bruger den også sit visuelle system til at lokalisere blomster. Blomster, der norm alt tiltrækker høgemutter, deler ofte specifikke forbindelser i deres blanding og er visuelt meget iøjnefaldende pga. til deres lyse hvide farve," siger studieleder Markus Knaden, der leder en forskningsgruppe i Institut for Evolutionær Neuroetologi på Max Planck Instituttet.

Forskerholdet bestemte først den nøjagtige sammensætning af blomsterlugtene - med og uden øget ozonindhold - og de respektive koncentrationer af individuelle lugtkomponenter ved hjælp af gaskromatografi. Til de ozonændrede lugte brugte forskerne ozonkoncentrationer, der kan måles på varme dage i tobakshøgmuttenes naturlige habitat. De testede møllenes reaktioner i adfærdsanalyser i en vindtunnel, hvilket gjorde det muligt for insektet at undersøge både den oprindelige blomsterlugt og den ozonændrede blomsterlugt.

"Vi var overraskede, endda chokerede, over, at den medfødte tiltrækning til lugten af tobaksblomster gik fuldstændig tabt i nærvær af øgede ozonniveauer," sagde Knaden og beskrev, hvad der blev observeret under eksperimenterne.

Tobakshøge kan lære

Spørgsmålet forblev, om ozon i luften ville ødelægge appetitten hos sultne og fouragerende tobakshøgmotte, eller om det ville forhindre insekter i at finde deres fødekilde. Ville insekter være i stand til at finde ud af, at selv forurenede blomsterlugte kan give belønninger? For at besvare dette spørgsmål testede forskerne, om tobakshøgmotte kunne lære at acceptere en oprindeligt uattraktiv duft som et madord, hvis de lugtede det, samtidig med at de blev tilbudt en sukkeropløsningsbelønning. Forskerne vurderede flere forskellige måder, hvorpå mølen kunne lære at genkende blomster ud fra den ozonændrede blomsterduft. Dette var afgørende for at relatere disse eksperimenter til læring i den virkelige verden. I den virkelige verden bliver en blomsterduft kun ozonændret, når den bevæger sig ned ad blomsten og blandes med ozon. For at se om møl kunne lære ozonændrede blomsterdufte, selv når de er afkoblet fra sukkerbelønningen ved blomsten, udviklede forskerne et eksperiment, hvor møl skulle følge den ozonændrede lugt til blomsten, men blev præsenteret for den originale duft af blomsten, der indeholder sukkerbelønningen.

"Mens vi forventede, at Manduca sexta kunne lære nye blomsterdufte og håbede, at de ville være i stand til at lære den forurenede blomsterduft fra deres værtsblomst, var vi forbløffede over at se, at Manduca sexta kunne lære den forurenede blomsterblanding i en række forskellige måder, herunder at lære en forurenet duft, der var afkoblet fra en sukkerbelønning. Denne type læring, som vi var overrasket over at finde i Manduca sexta, kunne være meget vigtig for insekters evne til at bruge læring til at klare deres hurtigt skiftende miljøer," siger førsteforfatter Brynn Cook fra University of Virginia. Hvad der er særligt bemærkelsesværdigt og relevant ved denne form for lydhørhed over for et miljø i forandring er, at det sker i re altid og ikke over evolutionære tidsskalaer.

Manduca sextas indlæringsevne er ikke entydig

Selvom undersøgelsen viser, at tobakshøgmutte kan lære at stole på ozonændrede og i starten uattraktive faner for at genkende deres blomster, udgør luftforurening stadig en alvorlig risiko for bestøvning og bestøvere. "Læring kan være nøglen til, at insekter genkender deres værtsplanter i forurenede miljøer, men et af de store spørgsmål, der er tilbage fra vores undersøgelse, er, om bestøvere vil være i stand til at finde deres blomster i første omgang. Uden i første omgang at genkende lugte, vil bestøvere kun have visuelle signaler til at hjælpe dem med at finde værtsblomster for at lære den forureningsændrede blomsterduft Et andet vigtigt aspekt at overveje er, at andre bestøvere måske ikke har den samme mulighed for at lære nye dufte, som Manduca sexta har. Specialistbestøvere, for eksempel, har muligvis ikke den fleksibilitet i læring. Vores undersøgelse er kun et udgangspunkt. Feltstudier vil være afgørende for at forstå, hvilke blomster og insekter der er mest påvirket af hvilke forurenende stoffer, og sandsynligvis hvorfor," siger Cook.

Luftforurening og klimaændringer har vidtrækkende konsekvenser for vores økosystem; på ingen måde er alle disse blevet undersøgt og forstået. For eksempel ved vi stadig lidt om virkningen af atmosfæriske ændringer på den kemiske kommunikation mellem planter og insekter. Ikke kun plantelugte ændres, men også kønsferomonen, som huninsekter bruger til at tiltrække hanner. Atmosfæriske ændringer har potentiale til at forårsage ændringer i feromoner, der kan føre til parringssvigt. Insektdødeligheden er steget dramatisk i de senere år, og forskere verden over søger efter årsagerne. Siden 2020 har Max Planck Center Next Generation Insect Chemical Ecology, et samarbejde mellem Max Planck Society og to svenske universiteter, hvor Max Planck Institute for Chemical Ecology og medforfatterne til undersøgelsen, Bill Hansson og Markus Knaden, spiller en stor rolle, har været dedikeret til dette forskningsfelt.

Populært emne.