空気中のオゾンのせいで、彼らは間違った人に恋をした

制作：中国科学普及協会

著者: 季 喬喬 (農学博士)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：生命科学の最新の謎を解くために、中国科学普及の最先端技術プロジェクトは「生命の新知識」と題する一連の記事を立ち上げ、独自の視点から生命現象を解釈し、生物学の謎を明らかにしました。人生の世界を探求し、無限の可能性を探求しましょう。

青い空と白い雲の下、一見きれいな空気の裏には「目に見えない殺人者」、オゾン汚染が隠れています。オゾンは紫外線から私たちを守ってくれるのではないのか？と思うかもしれません。この発言は半分だけ真実です。

成層圏のオゾンは太陽光に含まれる生物に有害な紫外線の一部を吸収しますが、大気の地表近くの層ではオゾンは環境や生物に悪影響を及ぼす汚染物質となります。

『ネイ​​チャー・コミュニケーションズ』誌に最近発表された研究によると、オゾンは人間の健康に有害であるだけでなく、フェロモンを通じて昆虫間の化学的コミュニケーションを妨害し、交尾行動にも影響を与えることが示されています。

昆虫フェロモンとは何ですか？

昆虫フェロモンは昆虫が情報を伝達するために放出する化学物質であり、特に交尾行動において重要な役割を果たします。たとえば、オスのショウジョウバエは、メスを引き付けるためにシス-バクセニルアセテート (cVA) と呼ばれるフェロモンを放出します。

cVA はメスがオスを見つけやすくなるだけでなく、交尾中にメスに伝染し、メスが他のオスにとって魅力がなくなることもあります。それは、オスが子孫の父親になることを確実にするために、メスに自分自身を「刻印」するようなものです。

フェロモンは昆虫の行動に影響を与える

(画像出典: Engl & Kaltenpoth、2018)

オゾン汚染の原因と危険性

オゾンは主に上層大気に存在し、オゾン層を形成して地球を紫外線から守っています。しかし、地表近くではオゾンは有害な汚染物質となります。これは、太陽光の作用により化石燃料の燃焼、輸送、工業生産によって排出される窒素酸化物 (NOx) と揮発性有機化合物 (VOC) によって形成されます。近年、工業化の発展と気候変動により、地球上のオゾン濃度が大幅に上昇し、生態系に深刻な影響を及ぼしています。

オゾン濃度に影響を与える主な要因とプロセス

（画像出典：中国の大気オゾン汚染防止と制御に関するブルーブック（2020年））

研究により、オゾンは昆虫フェロモンの炭素-炭素二重結合を酸化し、これらのフェロモンを分解することが判明しました。例えば、オスのショウジョウバエのフェロモン cVA と (Z)−7-トリコセンの含有量はオゾンにさらされると大幅に減少し、メスに対する魅力が弱まり、オスのショウジョウバエの交尾成功率が低下します。

科学者たちは実験を通じて、100ppbのオゾン濃度に短期間さらされただけでもショウジョウバエのフェロモンが分解され、交尾行動に影響を及ぼす可能性があることを発見した。実験では、オゾンにさらされた雄のショウジョウバエは交尾潜伏期間が長くなり、雌を受け入れるまでに時間がかかったことが示された。これは、オゾンがフェロモンを破壊し、メスがこれらのオスを認識して受け入れることが困難になるためです。

さらに興味深いことに、オゾンにさらされた雄のショウジョウバエでは、雄同士の求愛行動も大幅に増加しました。これは、オゾンがオスのフェロモンを破壊し、オスが性別を区別しにくくなり、誤って他のオスに求愛を始めてしまうためです。実験では、オゾンにさらされた雄のショウジョウバエは長い求愛の連鎖を形成したが、これは通常、遺伝子変異を持つショウジョウバエにのみ見られる行動である。

オゾンはショウジョウバエの性別認識能力を阻害する

(画像出典: Jiang et al.、2023)

研究者らはショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）を研究しただけでなく、他の9種のショウジョウバエでも同様の実験を行い、そのうち8種のフェロモンもオゾンへの曝露によって分解され、それが交尾行動に影響することを発見した。ショウジョウバエの 1 種 (D. busckii) だけが、そのフェロモンに炭素-炭素二重結合が含まれていないため、オゾンに対する感受性が低い。

ショウジョウバエのさまざまな種に特有のフェロモンとオゾン曝露後の性行動の変化

(画像出典: Jiang et al.、2023)

オゾンによって雄と雌のショウジョウバエのフェロモンが酸化されるだけでなく、雌のフェロモンも影響を受けます。例えば、メスのショウジョウバエに特有の7,11-ヘプタコサジエン（7,11-HD）と7,11-ノナコサジエン（7,11-ND）のレベルはオゾンにさらされると減少します。つまり、メスのショウジョウバエはフェロモンをオスに適切に伝達できないため、交尾の際にも困難に直面することになります。

工業化の発展と汚染の増加に伴い、オゾン濃度が大幅に増加し、昆虫のフェロモンシステムは新たな課題に直面しています。炭素-炭素二重結合が存在するため、フェロモンはオゾンによって容易に酸化され、昆虫の交尾行動や個体群の繁殖に影響を与えます。

さらに、植物と花粉媒介昆虫間の化学的なコミュニケーションも影響を受け、オゾン汚染によって生態系のバランスが崩れることになります。例えば、オゾンは花から放出される揮発性物質を分解し、花粉を媒介する昆虫が花を見つけにくくし、植物の受粉や繁殖に影響を与えます。こうした影響は昆虫に限らず、食物連鎖を通じて生態系全体に波及する可能性があります。

昆虫や生態系を保護するためには、窒素酸化物や揮発性有機化合物の産業排出の削減、クリーンエネルギーの推進、輸送の排出基準の改善など、オゾン汚染を削減するための対策を講じる必要があります。さらに、環境監視と保護対策を強化し、オゾン汚染とその影響に関する研究を増やすことも非常に重要です。

この記事を通じて、オゾン汚染が昆虫に与える影響をより深く理解し、環境保護の重要性を認識していただければ幸いです。みんなの努力が地球に良い変化をもたらすことができます。環境を守るために一緒に取り組みましょう！

参考文献:

1. Jiang NJ、Chang H、Weißflog J、他。オゾンへの曝露は昆虫の性的コミュニケーションを阻害する[J]。ネイチャーコミュニケーションズ、2023年、14(1):1186。

2.Engl T、Kaltenpoth M.微生物共生者による昆虫フェロモンへの影響[J]。ナチュラルプロダクトレポート、2018年、35(5):386-397。