空氣污染如何影響花與蛾的古老舞蹈

 

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氮氧化物（NO_x），包括二氧化氮（NO₂）和一氧化氮（NO），是空氣污染的主要來源之一，它們主要來自於車輛排放、工業活動、發電廠和家庭取暖系統。NO_x在大氣中與其他化合物反應會生成臭氧（O₃）和細懸浮粒子（PM2.5），這些污染物對人類健康和環境都有重大影響。在城市和工業化地區，NO_x的污染尤其嚴重，不僅對人類健康構成威脅，還能對生態系統，包括植物-授粉者互動產生負面影響。

氮氧化物對環境的影響包括酸雨形成、水體優養化、土壤酸化以及生物多樣性的減少。此外，NO_x在降低空氣品質方面扮演著關鍵角色，對於促進城市霧霾和臭氧層破壞有直接作用。

以動物為授粉媒介的植物有非常多種。為了完成傳宗接代，這些植物可說是費盡心機：有些散放香氣、有些模擬昆蟲。而散放香氣的植物，許多是合成萜類（terpene）。

由於萜類會被氮氧化物氧化，這使得科學家們想到：從工業革命開始後大氣中就有愈來愈多的氮氧化物，會不會對昆蟲的嗅覺造成什麼影響呢？

因為氮氧化物（NO_x）主要在夜間積聚於大氣中，而這種情況對於夜間活動的授粉者，如蛾，影響更為顯著。於是科學家們以一種夜間開花的Oenothera pallida與它的授粉者Hyles lineata（一種蛾）為模型，進行了許多研究。

首先，研究團隊對花香進行不同氧化處理，包括未處理花香、經NO₃降解的花香、不散發花香的人造花等。另外，他們也觀察訪花率和結果果實數量的變化，以評估氧化花香對授粉者訪問行為和植物果實結實的影響。

實驗結果顯示，未處理花香和真實花朵的訪問率沒有顯著差異，而經NO₃氧化處理的花香訪問率顯著低於未處理花香，且與清潔空氣對照組無顯著差異。未處理的花朵每晚被夜間蛾訪問約兩次，而經氧化處理的花香訪問率下降至每晚0.57次，訪問率下降了70％，這導致了果實結實量的減少。

這些結果意味著，氧化花香對授粉者的訪問行為和植物果實結實有顯著影響，進一步強調了氮氧化物對生態系統中植物-授粉者互動的重要性。

接著，研究團隊進行了花香敏感度的實驗，包括使用合成花香模擬氧化過程，並透過化學方程式和實驗設置來研究NO₃對花香的分解過程和影響。

研究團隊發現蛾對花香中的單萜烯等化合物具有敏感度，特別對cis-b-ocimene和b-pinene等單萜烯敏感。蛾對經NO₃氧化處理的合成花香（稱為NO₃-proxy混合物）的反應明顯較少，與未處理花香和清潔空氣對照組的反應相同。控制實驗顯示，暴露於二氧化氮（NO₂）或單獨暴露於O₃的花香對蛾的反應與未處理花香無顯著差異。

總而言之，蛾對合成花香的反應主要受到NO₃氧化處理的影響，而不是單獨氧化產物的影響。這意味著蛾對花香的感知主要受到特定化合物的分解影響，進一步強調了氮氧化物對植物-授粉者互動的影響。

研究團隊發現，由於NO₃對花香的分解速率相當快，會導致產生無法被蛾檢測到的反應產物。因此，在高度污染的城市環境中，O₃和NO₂的濃度對花香的氧化速率有顯著影響，進一步影響了授粉者對花的訪問行為。

這些結果都強調了氮氧化物對花香敏感度和植物-授粉者互動的重要性，並提供了對於現代生態系統中氮氧化物影響的深入理解。

研究團隊之所以選擇專注於夜間授粉者的原因是因為氮氧化物（NO₃）主要在夜間積聚於大氣中，而這種情況對於夜間活動的授粉者，如蛾，影響更為顯著。NO₃與花香化合物反應，導致花香迅速分解，這對於依賴嗅覺尋找花朵的夜間授粉者來說，是一大挑戰。白天，光化學反應主要由臭氧（O₃）驅動，而O₃對花香化合物的影響與NO₃不同。因此，雖然白天的授粉者，如蜜蜂，也可能受到大氣污染物的影響，但這種影響的機制和程度可能與夜間授粉者不同。

此外，進行關於夜間授粉者的研究有助於我們理解人類活動對生態系統，特別是授粉的影響。由於夜間授粉者對許多植物的生存和繁衍至關重要，瞭解氮氧化物等污染物如何影響這一過程，對於保護生物多樣性和維持生態系統健康具有重要意義。

參考文獻：

J. K. Chan et al. ,Olfaction in the Anthropocene: NO3 negatively affects floral scent and nocturnal pollination.Science383,607-611(2024).DOI:10.1126/science.adi0858