Yüksek düzeyde ozon, böceklerin kimyasal çiftleşme sinyalini yok eder ve bu nedenle böceklerin küresel olarak azalmasına katkıda bulunabilir.
Böcek cinsel iletişimi, büyük ölçüde, bir türün erkek ve dişilerinin çiftleşmesine özellikle izin veren kimyasal cezbedici maddeler olan feromonlara dayanır. Cinsiyet feromonları, bir türün erkek ve dişilerine özgüdür. Yeni türlerin oluşumunda gözlemlenenler gibi en küçük farklılıklar bile çiftleşmenin artık gerçekleşmemesini sağlar, çünkü erkekler ve dişiler birbirlerini yalnızca türdeşlerinin kusursuz kokusu aracılığıyla bulurlar.
Böcek feromonlarının çoğu, karbon-karbon çift bağları içeren koku molekülleri. Bu tür çift bağların ozon tarafından kolayca yok edildiği bilinmektedir. “Ozon ve nitrik oksit gibi çevresel kirleticilerin çiçek kokularını bozarak çiçekleri tozlayıcıları için daha az çekici hale getirdiğini zaten biliyorduk. Karbon çift bağına sahip bileşikler ozon bozulmasına karşı özellikle hassas olduğundan ve neredeyse tüm böcek cinsiyet feromonları bu tür çift bağlar taşıdığından, hava kirliliğinin böceklerin dişi ve erkek böceklerinin çiftleşme sırasında birbirlerini ne kadar iyi bulup tanımladıklarını da etkileyip etkilemediğini merak ettik” diyor Markus Knaden. Evrimsel Nöroetoloji Bölümü’nde Koku Güdümlü Davranış Grubu’nun başkanı ve çalışmanın baş yazarıdır (ayrıca bkz. “Hava kirliliği çiçek kokularını güveler için itici kılar“).
Model sinek Drosophila melanogaster’ın çiftleşme davranışı üzerinde ozonun etkilerini incelemek için, bilim adamları ilk olarak sinekleri taklit edebilen sinekler için bir ozona maruz kalma sistemi geliştirdiler. Havadaki ozon seviyeleri günümüzde şehirlerde yaz aylarında sıklıkla ölçüldüğü şekliyle. Bunu yapmak için araştırmacılar, kesin olarak tanımlanmış ozon seviyelerine sahip sürekli bir hava akımı oluşturmak zorunda kaldılar; bu, ozonun kararlı bir kimyasal bileşik olmadığı ve kolayca ayrıştığı gerçeğiyle karmaşık bir hal alıyor. Aynı zamanda sinekler, normal koşullar altında bile genellikle çok az miktarda feromon taşırlar. “Bu nedenle, ölçümlerden önce ozona maruz kalmış olan veya olmayan bireysel sinekler üzerindeki küçük miktarlardaki feromonları bile ölçmemize izin verecek bir tekniğe ihtiyacımız vardı. Bunu yapmak için, bir gaz kromatografı/kütle spektrometresi ile birleştirilmiş bir termal desorpsiyon ünitesi olarak bilinen şeyi kullandık, bu da tek tek sineklerin yaydığı küçük miktarlardaki kokuları ölçmemize olanak sağladı”, teknik zorlukları açıklayan birinci yazar Nanji Jiang.{ 4}
Ozon, feromonlardaki karbon-karbon çift bağlarını yok eder
Deneylerde, erkek sinekler biraz yüksek ozon konsantrasyonlarına maruz bırakıldı. Bilim adamları daha sonra sineklerin feromonlarını hala yayıp yaymadığını ölçtüler. Sinekler iki saat boyunca 100 ppb (milyarda parça, 10-9’luk bir konsantrasyona karşılık gelen) ozona maruz bırakıldığında, ölçülen feromon seviyeleri, yalnızca ortam havasına maruz kalmış bir kontrol grubuna kıyasla önemli ölçüde azaldı. Araştırmacılar, model sinek Drosophila melanogaster’ın erkeklerine ek olarak, Drosophila cinsinin sekiz akraba türünün erkek sineklerini de test ettiler. Yalnızca bir tür olan Drosophila busckii’de, belirli erkek feromonların salınımı ozona maruz kaldıktan sonra etkilenmedi, ancak bu bileşikler ayrıca karbon-karbon çift bağları içermez ve bu nedenle ozonla o kadar kolay reaksiyona girmez.
{16
Erkek Drosophila ortam havasında uçar. Kur yapma davranışı gözlenemez. Kredi: Nanji Jiang, Max Planck Kimyasal Ekoloji Enstitüsü
Ozon, sineklerin çiftleşme davranışını büyük ölçüde bozar
Araştırmacılar daha sonra erkek sineklerin türlerine karşı çekiciliğini test ettiler.Bunlar Drosophila türündeki erkekler tarafından salınır ve dişiler için çekiciliğini artırır. Aynı zamanda erkekler kokuyu dişileri diğer erkeklerden ayırmak için kullanırlar: Feromonları dişileri çekerken diğer erkekleri iter. Çiftleşme sırasında erkekler feromonlarını dişilere aktarır. Feromon kokan yeni çiftleşmiş dişiler, sonraki birkaç saat boyunca artık diğer erkekler için çekici değildir. Sonuç olarak, yüksek ozon seviyeleri yalnızca kadınların erkeklerden daha az etkilenmesine neden olmakla kalmadı; bunun yerine, ozonlanmış erkekler birdenbire erkek meslektaşları için ilgi çekici hale geldi. “Yükseltilmiş ozon seviyelerinin böcek çiftleşme sistemlerini etkileyebileceğini biliyorduk çünkü karbon çift bağlarının ve dolayısıyla feromonların oksidasyon yoluyla parçalanması kimyada roket bilimi değildir. Yine de, biraz yüksek ozon konsantrasyonlarının bile sinek davranışı üzerinde bu kadar güçlü etkilere sahip olması bizi şok etti. Aslında, başlangıçta erkekler ve kadınlar arasındaki etkileşime odaklanmak istedik. Erkeklerin kısa bir süre ozona maruz kaldıktan sonra birbirlerine kur yapmaya başladıklarını açıklayabiliriz, çünkü ozonlanmış erkekleri dişilerden açıkça ayırt edemiyorlardı. Ancak bunu daha önce düşünmemiştik. Bu nedenle, uzun kur yapma zincirlerinde sıralanan ozona maruz kalan erkeklerin davranışları bizi oldukça şaşırttı.” Nanji Jiang ve Markus Knaden, ozonun çiftleşme davranışı üzerindeki etkilerini özetliyor.
Araştırma ekibi, havadaki yüksek ozon seviyelerinin diğer Drosophila türlerinin çiftleşme davranışları üzerindeki etkilerini de gözlemledi. Drosophila busckii türünün erkekleri bile ozona maruz kaldıktan sonra çiftleşmede daha az başarılıydı, ancak ozon, D. busckii erkekleri tarafından yayıldığı açıklanan feromonu değiştirmedi. Bununla birlikte, şimdiye kadar tanımlanmamış diğer ozona duyarlı kimyasal bileşikler de çiftleşme davranışlarında ek bir rol oynayabilir. Araştırma ekibi, incelenen diğer dokuz türün sekizinde, erkeklerin ozona maruz kalan diğer erkeklere karşı alışılmadık kur yapma davranışlarını gözlemledi. İlginç bir şekilde, feromonlardan yoksun olduğu bilinen ancak görsel ipuçlarına dayanan D. suzukii türü, artan ozon seviyelerinden hiç etkilenmedi.
Hava kirliliği, böcek popülasyonlarındaki küresel düşüşe katkıda bulunuyor
Çoğu böcek feromonları, karbon-karbon çift bağları içerir. Bu nedenle ozonun birçok böcek türünde cinsel iletişimi engellediği düşünülmektedir. “Böcekler ve onların feromonları milyonlarca yılda evrim geçirdi. Buna karşılık, hava kirleticilerin konsantrasyonu sanayileşmeden bu yana yalnızca önemli ölçüde arttı. Böceklerin evrim sürecinde gelişen iletişim sistemlerinin, feromonların bir anda ortadan kalkması durumunda yeni koşullara kısa sürede uyum sağlaması pek olası değildir. Evrimsel Nöroetoloji Departmanı başkanı ve kendisini incelemeye adamış Max Planck Merkezi Yeni Nesil Böcek Kimyasal Ekolojisi’nin (nGICE) kurucu ortağı Bill Hansson, “Bu ikilemin tek çözümü atmosferdeki kirleticileri derhal azaltmaktır” diyor. iklim değişikliklerinin ve atmosferik kirliliğin böcekler ve kimyasal iletişimleri üzerindeki etkileri. Araştırmalar özellikle antropojenik iklim değişikliğinin böcek ekosistemi hizmetleri üzerindeki etkilerine, istilacı böcek türlerinin salgınlarına ve Avrupa’da hastalık vektörlerinin yayılmasına odaklanmaktadır.
Jena’daki bilim adamları, ozonun böcekler üzerindeki etkilerini incelemek istiyor. genellikle uzun mesafelerde feromon tüylerini takip eden güveler dahil olmak üzere daha geniş bir böcek yelpazesi. Cinsiyet feromonları aynı zamanda böcekler için türdeş türler ile yakından ilişkili türler arasında ayrım yapmak için çok önemli ipuçlarıdır. “Yakın akraba sinek türleri yaşam alanlarını paylaştığında, yüksek ozon seviyelerinin hibridizasyon oranlarının artmasına neden olup olmadığını öğrenmek istiyoruz. Son olarak, böceklerdeki kimyasal iletişim çiftleşme davranışıyla sınırlı değildir. Arılar, karıncalar ve eşek arıları gibi tüm sosyal böcekler, kolonilerinin üyelerini belirlemek için kimyasal ipuçları kullanır. Ayrıca, karıncalar artan düzeyde kirleticiye maruz kaldıkları yiyecek arama gezilerinden döndüklerinde, karınca kolonilerindeki sosyal yapının etkilenip etkilenmediğini de inceliyoruz. Feromon iletişimi artık işe yaramadığı için karınca kolonilerindeki veya arı kovanlarındaki sosyal yapılar aniden çökerse ne olacağını hayal bile etmek istemezsiniz,” diye düşünüyor çöl karıncalarının davranışlarını da inceleyen Markus Knaden.
Yüksek Ozon seviyeleri sadece insan sağlığına zararlı değildir.Mevcut çalışma, böcek ilaçlarının uygulanması ve habitatların ortadan kaldırılması dışında, böcek popülasyonlarının dünya çapında neden önemli ölçüde azaldığına ek bir açıklama sağlıyor. Havadaki kirleticiler tarafından kimyasal iletişim bozulursa yeterli oranda çoğalamazlar. Bu, arılar ve kelebekler gibi birçok tozlayıcıyı da etkileyebilir. Ekinlerimizin %80’inin böcekler tarafından tozlanması gerektiği gerçeği, hava kirliliğini önemli ölçüde azaltmayı başaramazsak, bu sorunun gelecekte ne boyutlara ulaşabileceğini açıkça ortaya koyuyor.
Referans: “Ozona maruz kalma bozar böcek cinsel iletişimi” 14 Mart 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-36534-9
.