本文最初发表于 Knowable Magazine。
在 2018 年和 2019 年的夏天，生态学家 James Ryalls 和他的同事们会前往英格兰南部雷丁附近的一片田野，观察围绕着黑芥子属植物嗡嗡作响的昆虫。每当一只蜜蜂、食蚜蝇、蛾、蝴蝶或 其他昆虫 试图获取这些黄色小花中的花粉或花蜜时，他们都会做记录。
这是他们一项不同寻常的实验的一部分。一些黑芥子属植物的生长区域被管道包围，管道释放出臭氧和氮氧化物——这些是发电厂和普通汽车产生的污染性气体。其他区域的管道则释放正常空气。
结果让科学家们大吃一惊。被污染物笼罩的植物，其受到的昆虫访问量比未受污染的区域 总体上减少了高达 70%，花朵的访问量则减少了 90%。污染物浓度远低于美国监管机构认为的安全水平。“我们没想到会如此明显，”该研究的合著者、澳大利亚南昆士兰大学的昆虫学家兼英国雷丁大学客座教授 Robbie Girling 说。
越来越多的研究表明，污染会干扰昆虫对植物的吸引力——而此时，许多 昆虫种群因农业化学品、栖息地丧失和气候变化而遭受严重衰退。大约 75% 的野生开花植物和大约 35% 的粮食作物 依赖动物传播花粉，这样植物才能相互受精并形成种子。即使是实验中使用的黑芥子属植物，它们也可以自花授粉，但据种子荚数量、每荚种子数和种子荚重量的测量，被污浊空气笼罩的植物的成功授粉率仍下降了 14% 至 31%。
科学家们仍在研究污染的这些影响有多大、多普遍，以及它们是如何运作的。他们了解到，污染可能带来令人惊讶的多种影响，从改变吸引昆虫到花朵的气味，到扭曲昆虫的嗅觉、学习和记忆能力。
“这项研究还处于早期阶段，”华盛顿大学的神经科学家 Jeff Riffell 说。“如果我们说这些影响是如何影响这些传粉者的，我们只是触及了冰山一角。”
气味改变
昆虫在行动时常常依靠嗅觉。它们在熟悉的区域嗡嗡飞舞时，会学会将富含花蜜和花粉的花朵与其气味联系起来。虽然一些物种，如蜜蜂，也 利用蜂友的指引 和 像树木这样的视觉地标 来导航，但即使是它们，也极度依赖嗅觉来从远处分辨出喜爱的花朵。夜间活动的传粉者，如 蛾，更是嗅觉高手。“它们能闻到一公里外的花丛，”Riffell 说。
污染的一个影响——也是 Girling 认为导致英格兰地区授粉率下降的主要原因——是它如何扰乱这些花香。每一种香气都是由数十种化学活性化合物组成的独特混合物，这些化合物在空气中会降解。臭氧或氮氧化物等气体很快会与这些分子发生反应，导致气味比平时消失得更快。“对于非常易挥发的香气，当没有污染时，香气羽流的传播距离只有它本应传播距离的三分之一，”宾夕法尼亚州立大学的著名大气科学家 Jose D. Fuentes 说，他曾模拟过臭氧对花香化合物的影响。
如果某些化合物比其他化合物降解得更快，那么昆虫用来识别特定植物的花香组合就会发生变化，可能导致它们变得无法识别。Girling 和他的同事们在风洞实验中观察到了这一点，他们在风洞中输入臭氧。风洞还配备了一个装置，可以稳定地释放合成的花香混合物（作者之一、英国生态与水文中心（UKCEH）的大气化学家 Ben Langford 说，如果是真正的花，早就枯萎了）。利用化学探测器，该团队观察到 花香羽流随着臭氧侵蚀边缘而缩短和变窄，一些化合物完全消失，而另一些则持续存在。
科学家们曾训练 蜜蜂 识别原始花香，方法是让它们闻到气味，然后给它们喂食糖水——直到它们在闻到气味时会自动伸出口器品尝。但当蜜蜂在 6 米或 12 米处（相对于气味源）接触到被臭氧处理过的、代表香气羽流边缘的气味时，只有 32% 和 10% 的蜜蜂伸出了口器。“这时蜜蜂闻到的是一种完全不同的气味，”Langford 说。
研究人员还发现，在一定水平的臭氧浓度下， 条纹黄瓜甲虫 和 黄腹熊蜂 很难识别它们的寄主植物。一些最戏剧性的发现发生在夜间，此时积聚了极具反应性的污染物——硝酸根自由基。Riffell 和同事们最近发现，当植物的气味被这些污染物改变时， 吸引到烟草天蛾的夜见草数量减少了约 50%，而白纹天蛾则完全无法识别这种气味。他们发现，在户外授粉实验中，这导致种子和水果的数量减少了 28%。“这对植物产生种子的能力产生了非常大的影响，”Riffell 说。
感官和思维的混乱
昆虫能否学会识别这些变化后的气味？Girling 说，为了让昆虫将新的气味识别为有益的，它们需要在食用甜美花蜜的同时闻到它们——但问题是，花朵的气味只在离花一定距离时才会改变。也许有些昆虫可以在接近花朵时学会追踪被污染的气味， 但到目前为止，这只在烟草天蛾中得到证实。
污染也会让昆虫更难学习。在 2019 年的一项研究中，Girling 和同事们首先通过糖水-口器伸出法训练蜜蜂识别一种气味。然后，他们让蜜蜂接触柴油废气。之后，他们测试了这些蜜蜂，看有多少蜜蜂保留了它们的训练，并且在接触柴油 72 小时后仍然通过伸出口器来反应气味混合物。令人惊讶的是，与未接触柴油的蜜蜂相比， 能够回忆起气味的蜜蜂减少了 44%。
“看起来它们可能无法很好地形成记忆，也无法很好地保持这些记忆，”Girling 说。原因尚不清楚；也许气体在某种程度上对蜜蜂的大脑造成生理压力，导致神经系统受损。这可能意味着，在被污染的空气中，蜜蜂可能会忘记花朵的原始气味——或者，如果它们确实设法学会了被污染的气味，也可能会忘记它们。
污浊的空气甚至可能影响昆虫的嗅觉。几年前，法国功能与进化生态学中心的化学生态学家 Magali Proffit 和她的团队 将电极连接到黄腹熊蜂和榕小蜂的触角上。他们发现，将昆虫暴露在臭氧中，常常会使这些嗅觉器官对气味反应迟钝。接触中等水平臭氧的蜜蜂和黄蜂会漫无目的地四处乱飞，而不是朝向它们的寄主植物散发的气味。
在高臭氧水平下，榕小蜂甚至会 避开 这种气味。“它们的嗅觉系统肯定发生了什么，”Proffit 说。
悬而未决的问题
德国维尔茨堡大学的生态学家 Laura Duque 说，空气污染物在植物吸收它们时也会产生影响：它们可以改变植物的代谢，从而改变花朵释放出的气味化合物的混合物。根据物种的不同， 臭氧可以增加或减少花朵数量，以及可能的花蜜或花粉的质量和数量。Duque 说，臭氧还可以影响开花时间。“如果开花时间和昆虫活动时间完全不匹配，植物可能根本无法繁殖。”
北卡罗来纳州立大学的城市昆虫生态学家 Elsa Youngsteadt 说，很难评估这些对植物授粉的影响程度。她曾参与撰写过一篇关于城市授粉的 2023 年论文，发表在 《生态学、进化论和系统学年鉴》 上。只有少数研究——包括 Girling 在英国的研究和 Riffell 对蛾的研究——量化了这些影响。
Youngsteadt 说，总的来说，人们会认为影响在城市中最大，因为自工业时代以来，城市一直是污染的重灾区——尽管这可能也导致了适应。对非城市植物和昆虫的研究“可能与研究那些已经暴露在城市污染物中数百年以上的植物和昆虫种群的研究结果不同。”
污染对昆虫的影响也不清楚。当昆虫无法探测到花朵时，它们就会错过为自己、幼虫或蜂群获取花蜜或花粉的机会。Fuentes 说， 它们必须走更远的距离来寻找花香，消耗它们的能量。
花香的转变可能只是众多因素之一。例如， 污染颗粒会干扰家蝇嗅到食物的能力，而 臭氧会改变雄性苍蝇的信息素，使它们闻起来更像雌性，导致雄性追逐其他雄性。
污染还会更普遍地影响昆虫的繁殖和生存；将所有这些影响加在一起，一项近期研究估计， 空气污染导致传粉者表现下降超过 30%。科学家们需要对不同物种、它们对污染的敏感性以及它们与植物的相互作用进行更多的研究——尤其是在全球南方等研究不足的地区。
Girling 说：“从农业化学品到气候变化，‘我们有所有这些其他因素都在一点一点地消耗，降低了它们的适应能力，让这些昆虫更难度过它们正常的生命周期和正常的过程。’ ‘如果再让它们找花变得稍微困难一点，这会不会就是将该特定昆虫或蜂群推向边缘的转折点？’”
本文最初发表于 Knowable Magazine，这是一个独立的、来自《年鉴评论》的新闻报道。注册 时事通讯。
