L’esposizione all’ozono interrompe la comunicazione sessuale degli insetti

Nature Communications volume 14, numero articolo: 1186 (2023) Citare questo articolo

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La comunicazione sessuale degli insetti spesso si basa sui feromoni sessuali. La maggior parte dei feromoni degli insetti, tuttavia, contengono doppi legami carbonio-carbonio e potenzialmente si degradano per ossidazione. Qui, mostriamo che livelli aumentati di ozono antropocenico frequentemente segnalati possono ossidare tutti i feromoni specifici maschili descritti di Drosophila melanogaster, con conseguente quantità ridotta di feromoni come cis-Vaccenyl Acetate e (Z) −7-Tricosene. Allo stesso tempo, l’accettazione da parte delle donne dei maschi esposti all’ozono è notevolmente ritardata. È interessante notare che i gruppi di maschi esposti all’ozono mostrano anche livelli significativamente aumentati di comportamento di corteggiamento maschio-maschio. Ripetendo esperimenti simili con altre nove specie di drosofilidi, osserviamo la degradazione dei feromoni e/o il riconoscimento interrotto del sesso in otto di essi. I nostri dati suggeriscono che i livelli antropocenici di ozono possono ossidare ampiamente i doppi legami in una varietà di feromoni di insetti, portando così a deviazioni nel riconoscimento sessuale.

Trovare e giudicare un compagno adatto è fondamentale per la riproduzione in molti animali. In questo contesto, la maggior parte degli insetti utilizza i feromoni sessuali per discriminare i conspecifici dagli allospecifici e per identificare il sesso e lo stato di accoppiamento di un potenziale compagno1,2,3. Un feromone particolarmente ben studiato è il cis-Vaccenyl Acetate (cVA). Questo composto è prodotto dal maschio di Drosophila melanogaster, regola il riconoscimento del sesso ed è stato dimostrato che la quantità di cVA presente su un maschio è correlata all'attrattiva del maschio per una femmina4,5,6,7. Durante l'accoppiamento, tuttavia, il maschio, per garantire la propria paternità, trasferisce il cVA alla femmina e riduce così l'attrattiva della femmina verso gli altri maschi6,8,9. Il cVA è quindi attraente per le femmine ma ripugnante per i maschi. È noto che molte specie di mosche del genere Drosophila producono composti specifici maschili che aumentano la loro attrattiva nei confronti delle femmine conspecifiche, vengono trasferiti durante l'accoppiamento e, quindi, sembrano svolgere ruoli simili a feromoni come il cVA in Drosophila melanogaster10,11. Sebbene siano chimicamente diversi, la maggior parte di questi potenziali feromoni condividono una caratteristica specifica: contengono doppi legami di carbonio.

Durante l’Antropocene, gli insetti che comunicano con tali feromoni insaturi si trovano ad affrontare una potenziale sfida: l’ossidazione dei doppi legami da parte dell’aumento dei livelli di inquinanti ossidanti come l’ozono12. I sistemi di feromoni si sono evoluti in epoca preindustriale con valori di ozono troposferico bassi fino a 10 ppb13. Tuttavia, a causa della continua emissione di ossidi di azoto (NOx), composti organici volatili (COV) e del cambiamento climatico, il livello di ozono è già aumentato fino a raggiungere una media annuale globale di 40 ppb14. Eventi estremi legati all'ozono sono stati segnalati in aree industriali e urbane, ad esempio, in Messico, Bangladesh, Marocco e Cina15,16,17,18. In Messico l'ozono ha raggiunto una concentrazione fino a 210 ppb (per un'ora) e il valore medio più alto misurato su 10 ore ha superato i 170 ppb15. Sebbene i valori dell'ozono varino molto durante l'intero anno, la media annuale misurata, ad esempio, nella Cina nord-orientale è aumentata da 45 ppb nel 2003 a 62 ppb nel 201516 e ha raggiunto un massimo giornaliero medio di 8 ore (MDA8) di 140 ppb osservati nel marzo 202019.

Qui mostriamo che anche l'esposizione a breve termine a livelli di ozono di 100 ppb provoca la degradazione di molti feromoni drosofilidi e riduce, ad esempio, l'attrattiva dei maschi per le femmine in 7 delle 10 specie testate. È interessante notare che l’esposizione all’ozono aumenta notevolmente il comportamento di corteggiamento maschio-maschio, probabilmente a causa della mancanza di discriminazione sessuale quando i feromoni maschili si degradano.

Per prima cosa abbiamo studiato se la quantità di cVA dei maschi di D. melanogaster (CS) viene influenzata dall'esposizione all'ozono. Infatti, confrontando le mosche di controllo esposte solo all'aria ambiente (con 4,5 ± 0,5 ppb di ozono), abbiamo riscontrato quantità ridotte di cVA sulle mosche esposte a 100 ppb di ozono per 2 ore (Fig. 1, per uno schema dell'ozono configurazione vedere Fig. S1) e maggiori quantità di eptanale (Fig. S2), un potenziale prodotto di decomposizione dell'ossidazione del cVA. È interessante notare che molti altri composti feromonici come (Z)−7-tricosene (7-T) e (Z)−7-pentasene (7-P)20, noti per essere coinvolti nel comportamento riproduttivo, sono diminuiti dopo l'esposizione all'ozono, anche (Fig. 1c).