오존 노출은 곤충의 성적 의사 소통을 방해합니다

Apr 26, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 1186(2023) 이 기사 인용

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곤충의 성적 의사소통은 종종 성페로몬에 의존합니다. 그러나 대부분의 곤충 페로몬은 탄소-탄소 이중 결합을 포함하고 있으며 잠재적으로 산화에 의해 분해됩니다. 여기서 우리는 자주 보고되는 인류세 오존의 증가된 수준이 Drosophila melanogaster의 설명된 모든 남성 특정 페로몬을 산화시켜 cis-Vaccenyl Acetate 및 (Z)-7-Tricosene과 같은 페로몬의 양을 감소시킬 수 있음을 보여줍니다. 동시에 오존에 노출된 수컷을 암컷이 받아들이는 것은 상당히 지연됩니다. 흥미롭게도 오존에 노출된 수컷 그룹은 수컷 간의 구애 행동 수준이 상당히 증가한 것으로 나타났습니다. 9개의 다른 초파리 종에 대해 유사한 실험을 반복했을 때 우리는 그 중 8개에서 페로몬 분해 및/또는 성 인식 장애를 관찰했습니다. 우리의 데이터는 인류세적 수준의 오존이 다양한 곤충 페로몬의 이중 결합을 광범위하게 산화시켜 성적 인식의 편차를 초래할 수 있음을 시사합니다.

적합한 짝을 찾고 판단하는 것은 많은 동물의 번식에 있어 중추적인 역할을 합니다. 이러한 맥락에서 대부분의 곤충은 성페로몬을 사용하여 동종과 동종을 구별하고 잠재적 짝의 성별과 짝짓기 상태를 식별합니다1,2,3. 특히 잘 조사된 페로몬은 cis-Vaccenyl Acetate(cVA)입니다. 이 화합물은 수컷 Drosophila melanogaster에 의해 생성되며 성 인식을 지배하며 수컷에 존재하는 cVA 양은 암컷에 대한 수컷의 매력과 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다4,5,6,7. 그러나 교미하는 동안 수컷은 친자 관계를 보장하기 위해 cVA를 암컷에게 전달하여 다른 수컷에 대한 암컷의 매력을 감소시킵니다6,8,9. 따라서 cVA는 여성에게는 매력적이지만 남성에게는 혐오감을 줍니다. Drosophila 속의 많은 파리 종은 동종 암컷에 대한 매력을 증가시키고 교미 중에 전달되며 따라서 Drosophila melanogaster10,11의 cVA와 같은 유사한 페로몬 유사 역할을 수행하는 것으로 보이는 수컷 특정 화합물을 생산하는 것으로 알려져 있습니다. 화학적으로 다양하지만 이러한 잠재적 페로몬의 대부분은 탄소 이중 결합을 포함한다는 한 가지 특정 특징을 공유합니다.

인류세 동안 이러한 불포화 페로몬과 소통하는 곤충은 잠재적인 문제에 직면해 있습니다. 즉, 오존과 같은 산화성 오염 물질의 수준이 증가하여 이중 결합이 산화되는 것입니다12. 페로몬 시스템은 산업화 이전 시대에 대류권 오존 값이 10ppb만큼 낮은 수준으로 발전했습니다13. 그러나 질소산화물(NOx), 휘발성 유기화합물(VOC)의 지속적인 배출과 기후 변화로 인해 오존 수준은 이미 전 세계 연평균 40ppb14까지 증가했습니다. 멕시코, 방글라데시, 모로코, 중국 등의 산업 및 도시 지역에서 지역적 극한 오존 현상이 보고되었습니다15,16,17,18. 멕시코의 오존 농도는 최대 210ppb(1시간 지속)에 도달했으며 10시간 동안 측정된 최고 평균값은 170ppb를 초과했습니다15. 오존 값은 일년 내내 많이 달라지지만, 중국 북동부의 연간 측정 평균은 2003년 45ppb에서 2015년 62ppb로 증가했으며16 8시간 동안의 일일 최대 평균(MDA8) 140ppb에 도달했습니다. 2019년 3월.

여기에서 우리는 100ppb의 오존 수준에 단기간 노출조차도 많은 초파리 페로몬이 분해되고 예를 들어 테스트된 10종 중 7종에서 암컷에 대한 수컷의 매력이 감소한다는 것을 보여줍니다. 흥미롭게도 오존 노출은 남성 간의 구애 행동을 극적으로 증가시킵니다. 이는 아마도 남성 페로몬이 저하될 때 성차별이 부족하기 때문일 것입니다.

우리는 먼저 D. melanogaster (CS) 수컷의 cVA 양이 오존 노출에 의해 영향을 받는지 조사했습니다. 실제로 주변 공기(4.5 ± 0.5 ppb 오존 포함)에만 노출된 대조 파리와 비교할 때 2시간 동안 100 ppb 오존에 노출된 파리에서 cVA의 양이 감소한 것을 발견했습니다(그림 1, 오존 도식). 설정은 그림 S1 참조) 및 cVA 산화의 잠재적 분해 생성물인 헵탄알(그림 S2)의 양을 증가시켰습니다. 흥미롭게도 생식 행동에 관여하는 것으로 알려진 (Z)-7-트리코센(7-T) 및 (Z)-7-펜타센(7-P)20과 같은 다른 많은 페로몬 화합물은 오존 노출 후에 감소했습니다. 뿐만 아니라 (그림 1c).