L’inquinamento atmosferico compromette il successo dell’accoppiamento degli insetti
La comunicazione sessuale degli insetti si basa in misura significativa sui feromoni, attrattivi chimici che consentono specificamente ai maschi e alle femmine di una specie di accoppiarsi. I feromoni sessuali sono distintivi per maschi e femmine di una specie. Anche le più piccole differenze, come quelle osservate nella formazione di nuove specie, fanno sì che l'accoppiamento non avvenga più, perché maschi e femmine si ritrovano solo attraverso l'odore inconfondibile dei loro conspecifici.
Ora, lo studio “Ozone exposure disrupts insect sexual communication”, pubblicato su Nature Communications da un team di ricercatori guidato dal Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, di Jena, dimostra che «L'aumento dei livelli di ozono derivante dall'inquinamento atmosferico antropogenico può degradare i feromoni sessuali degli insetti, che sono segnali di accoppiamento cruciali, e quindi impedire la riuscita della riproduzione. L'effetto ossidante dell'ozono provoca la rottura dei doppi legami carbonio-carbonio presenti nelle molecole di molti feromoni degli insetti. Pertanto, il segnale di accoppiamento chimico specifico è reso disfunzionale. La cosa più notevole è che la comunicazione sessuale interrotta ha anche portato i machi dei moscerini a mostrare comportamenti di accoppiamento insoliti nei confronti dei maschi ozonizzati della loro stessa specie».
La maggior parte dei feromoni degli insetti sono molecole odorose contenenti doppi legami carbonio-carbonio che possono essere facilmente distrutti dall'ozono. Markus Knaden, co-autore principale dello studio e che dirige il gruppo Abteilung Evolutionäre Neuroethologie del Max-Planck-Institut für chemische Ökologie conferma: «Sapevamo già che gli inquinanti ambientali come l'ozono e l'ossido nitrico degradano i profumi floreali, rendendo i fiori meno attraenti per i loro impollinatori. Poiché i composti con doppi legami di carbonio sono particolarmente sensibili alla degradazione dell'ozono e quasi tutti i feromoni sessuali degli insetti portano questi doppi legami, ci chiedevamo se l'inquinamento atmosferico influisse anche sul modo in cui le femmine e i maschi degli insetti si trovano e si identificano a vicenda durante l'accoppiamento».
Per studiare gli effetti dell'ozono sul comportamento di accoppiamento del moscerino della frutta (Drosophila melanogaster), gli scienziati hanno prima sviluppato un sistema di esposizione all'ozono per i moscerini che potesse imitare i livelli di ozono nell'aria come vengono spesso misurati attualmente nelle città in estate. Per farlo, i ricercatori hanno dovuto creare un flusso d'aria continuo con livelli di ozono definiti con precisione, il che è complicato dal fatto che l'ozono non è un composto chimico stabile e si decompone facilmente. Allo stesso tempo, le mosche spesso trasportano quantità molto piccole di feromoni anche in condizioni normali. "Avevamo quindi bisogno di una tecnica che ci permettesse di misurare anche minuscole quantità di feromoni su singole mosche che erano state esposte o meno all'ozono prima delle misurazioni. Per fare ciò, abbiamo utilizzato quella che è nota come unità di desorbimento termico accoppiata a un gascromatografo/spettrometro di massa, che ci ha permesso di misurare minuscole quantità di odori emessi dalle singole mosche,
Negli esperimenti, i moscerini maschi sono stati esposti a concentrazioni di ozono leggermente elevate. Poi gli scienziati hanno misurato se i moscerini emettevano ancora il loro feromone. Quando i moscerini sono state esposti per due ore a 100 parti per miliardo (ppb, corrispondenti a una concentrazione di 10-9) di ozono, i livelli di feromoni misurati sono diminuiti significativamente rispetto a un gruppo di controllo che era stato esposto solo all'aria ambiente. Oltre ai maschi della moscerino modello Drosophila melanogaster , i ricercatori hanno testato anche moscerini maschi di 8 specie correlate del genere Drosophila e «In una sola specie, la Drosophila busckii, il rilascio di specifici feromoni maschili è rimasto inalterato dopo l'esposizione all'ozono, ma questi composti non contengono doppi legami carbonio-carbonio e quindi non reagiscono così facilmente con l'ozono».
Quindi, i ricercatori hanno testato l'attrattiva dei moscerini maschi per i loro conspecifici e hanno fatto scoperte inquietanti che potrebbero essere dovute principalmente al ruolo dei rispettivi feromoni. Al Max-Planck-Institut für chemische Ökologie sottolineano che nelle specie Drosophila questi feromoni sono emessi dai maschi e aumentano la loro attrattiva per le femmine. I maschi usano l'odore anche per distinguere le femmine dagli altri maschi: mentre il loro feromone attrae le femmine, respinge gli altri maschi. Durante l'accoppiamento, i maschi trasferiscono il loro feromone alle femmine. Le femmine appena accoppiate che odorano di feromone maschile non sono più attraenti per gli altri maschi per le due ore successive. Quindi, «I livelli elevati di ozono non solo facevano sì che le femmine fossero meno attratte dai maschi, ma i maschi ozonizzati erano improvvisamente interessanti per le loro controparti maschili – dicono i ricercatori - Sapevamo che livelli elevati di ozono potevano influenzare i sistemi di accoppiamento degli insetti perché la rottura dei doppi legami di carbonio, e quindi dei feromoni, per ossidazione, in chimica non è scienza missilistica. Tuttavia, siamo rimasti scioccati dal fatto che anche concentrazioni di ozono leggermente elevate abbiano avuto effetti così forti sulla mosca comportamento. In realtà, inizialmente volevamo concentrarci sulle interazioni tra maschi e femmine. Avremmo potuto spiegare che i maschi hanno iniziato a corteggiarsi a vicenda dopo una breve esposizione all'ozono, perché ovviamente non potevano distinguere i maschi ozonizzati dalle femmine. Tuttavia, non avevamo pensato a questo prima. Pertanto, siamo rimasti piuttosto perplessi dal comportamento dei maschi esposti all'ozono».
Il team di ricerca ha anche osservato gli effetti degli alti livelli di ozono nell'aria sul comportamento di accoppiamento di altre specie di Drosophila e ne è emerso che «Anche i maschi della specie Drosophila busckii hanno avuto meno successo nell'accoppiamento dopo l'esposizione all'ozono, sebbene l'ozono non alteri il feromone che è stato descritto essere emesso dai maschi di D. busckii. Tuttavia, anche altri composti chimici sensibili all'ozono finora non identificati possono svolgere un ruolo aggiuntivo nel loro comportamento di accoppiamento». Il team di ricerca ha osservato comportamenti di corteggiamento insoliti da parte dei maschi nei confronti di altri maschi esposti all'ozono in 8 delle altre 9 specie studiate. I ricercatori dicono che «E’ interessante notare che una specie, D. suzukii, che è nota per essere priva di feromoni ma che giudica in base a segnali visivi, non è stato affatto influenzato dall'aumento dei livelli di ozono».
La maggior parte dei feromoni degli insetti contiene doppi legami carbonio-carbonio e l'ozono probabilmente interferisce con la comunicazione sessuale in molte specie di insetti. Bill Hansson, capo dell’Abteilung Evolutionäre Neuroethologie e fondatore del Max Planck Center next Generation Insect Chemical Ecology (nGICE), spiega a sua volta: «Gli insetti e i loro feromoni si sono evoluti nel corso di milioni di anni. Al contrario, la concentrazione di inquinanti atmosferici è aumentata drammaticamente solo dall'industrializzazione. E’ improbabile che i sistemi di comunicazione degli insetti, che si sono evoluti nel corso dell'evoluzione, siano in grado di adattarsi a nuove condizioni in un breve periodo di tempo se i feromoni improvvisamente non ci sono più. L'unica soluzione a questo dilemma è ridurre immediatamente gli inquinanti nell'atmosfera».
Hansson studia gli effetti dei cambiamenti climatici e dell'inquinamento atmosferico sugli insetti e sulla loro comunicazione chimica e, in particolare, la sua ricerca si concentra sugli effetti del cambiamento climatico antropogenico sui servizi ecosistemici degli insetti, sulle epidemie di specie di insetti invasive e sulla diffusione di vettori di malattie in Europa.
Gli scienziati di Jena vogliono studiare gli effetti dell'ozono su una gamma più ampia di insetti, comprese le falene che di solito seguono scie di feromoni su lunghe distanze. Per gli insetti i feromoni sessuali sono anche segnali cruciali per distinguere tra conspecifici e specie strettamente imparentate. Knaden conclude: «Vorremmo scoprire se alti livelli di ozono portano a un aumento dei tassi di ibridazione quando specie di moscerini strettamente imparentate condividono il loro habitat. Infine, la comunicazione chimica negli insetti non è limitata al comportamento di accoppiamento. Tutti gli insetti sociali come api, formiche e vespe, usano segnali chimici per identificare i membri della loro colonia. Studiamo anche se la struttura sociale all'interno delle colonie di formiche ne è influenzata, quando le formiche tornano dai loro viaggi di foraggiamento durante i quali sono state esposte a livelli aumentati di sostanze inquinanti. Alti livelli di ozono non sono solo dannosi per la salute umana. L'attuale stile di vita delle nazioni industrializzate comporta costi molto elevati per l'ambiente e il clima; molti effetti indiretti non sono nemmeno noti. L'attuale studio fornisce un'ulteriore spiegazione del motivo per cui le popolazioni di insetti stanno diminuendo drasticamente in tutto il mondo, a parte l'applicazione di insetticidi e l'eliminazione degli habitat. Se la comunicazione chimica viene interrotta dagli inquinanti nell'aria, non possono riprodursi a una velocità sufficiente. Questo può interessare anche molti impollinatori, come api e farfalle. Il fatto che l'80% delle nostre colture debba essere impollinato dagli insetti chiarisce quale portata potrebbe assumere in futuro questo problema, se non riusciremo a ridurre drasticamente l'inquinamento atmosferico».
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