L'exposition à l'ozone perturbe la communication sexuelle des insectes

Jul 03, 2023

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 1186 (2023) Citer cet article

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La communication sexuelle des insectes repose souvent sur des phéromones sexuelles. Cependant, la plupart des phéromones d’insectes contiennent des doubles liaisons carbone-carbone et peuvent se dégrader par oxydation. Nous montrons ici que des niveaux accrus d'ozone anthropocénique fréquemment signalés peuvent oxyder toutes les phéromones spécifiques aux mâles décrites de Drosophila melanogaster, entraînant ainsi une réduction des quantités de phéromones telles que l'acétate de cis-vaccényle et le (Z) −7-tricosène. Dans le même temps, l’acceptation par les femmes des hommes exposés à l’ozone est considérablement retardée. Il est intéressant de noter que les groupes de mâles exposés à l’ozone présentent également des niveaux considérablement accrus de comportements de cour entre mâles. En répétant des expériences similaires avec neuf autres espèces de drosophiles, nous observons une dégradation des phéromones et/ou une perturbation de la reconnaissance du sexe chez huit d’entre elles. Nos données suggèrent que les niveaux anthropocéniques d'ozone peuvent oxyder considérablement les doubles liaisons de diverses phéromones d'insectes, conduisant ainsi à des déviations dans la reconnaissance sexuelle.

Trouver et juger un partenaire approprié est essentiel à la reproduction chez de nombreux animaux. Dans ce contexte, la plupart des insectes utilisent des phéromones sexuelles pour distinguer les congénères des allospécifiques et pour identifier le sexe et le statut d'accouplement d'un partenaire potentiel1,2,3. Une phéromone particulièrement bien étudiée est l’acétate de cis-vaccényle (cVA). Ce composé est produit par le mâle Drosophila melanogaster, régit la reconnaissance du sexe, et il a été démontré que la quantité de cVA présente sur un mâle est en corrélation avec l'attractivité du mâle pour une femelle4,5,6,7. Cependant, lors de la copulation, le mâle, afin d'assurer sa paternité, transfère le cVA à la femelle et réduit ainsi l'attractivité de la femelle pour les autres mâles6,8,9. Le cVA est donc attrayant pour les femmes mais répulsif pour les hommes. De nombreuses espèces de mouches du genre Drosophila sont connues pour produire des composés spécifiques aux mâles qui augmentent leur attrait envers les femelles conspécifiques, sont transférées pendant la copulation et semblent donc remplir des rôles similaires à ceux des phéromones, comme le cVA chez Drosophila melanogaster . Bien qu’elles soient chimiquement diverses, la plupart de ces phéromones potentielles partagent une caractéristique spécifique : elles contiennent des doubles liaisons carbone.

Au cours de l’Anthropocène, les insectes communiquant avec de telles phéromones insaturées sont confrontés à un défi potentiel : l’oxydation des doubles liaisons par des niveaux accrus de polluants oxydants comme l’ozone12. Les systèmes à phéromones ont évolué à l’époque préindustrielle avec des valeurs d’ozone troposphérique aussi basses que 10 ppb13. Cependant, en raison des émissions continues d'oxydes d'azote (NOx), de composés organiques volatils (COV) et du changement climatique, le niveau d'ozone a déjà augmenté pour atteindre une moyenne annuelle mondiale de 40 ppb14. Des événements locaux extrêmes liés à l'ozone ont été signalés dans des zones industrielles et urbaines, par exemple au Mexique, au Bangladesh, au Maroc et en Chine15,16,17,18. L'ozone a atteint au Mexique une concentration allant jusqu'à 210 ppb (cela a duré une heure) et la valeur moyenne la plus élevée mesurée sur 10 heures a dépassé 170 ppb15. Bien que les valeurs d'ozone varient beaucoup tout au long de l'année, la moyenne annuelle mesurée, par exemple dans le nord-est de la Chine, est passée de 45 ppb en 2003 à 62 ppb en 201516 et a atteint un maximum quotidien moyen sur 8 heures (MDA8) de 140 ppb observé. en mars 202019.

Nous montrons ici que même une exposition à court terme à des niveaux d'ozone de 100 ppb entraîne la dégradation de nombreuses phéromones de drosophiles et réduit, par exemple, l'attrait des mâles pour les femelles chez 7 des 10 espèces testées. Il est intéressant de noter que l’exposition à l’ozone augmente considérablement les comportements de cour entre hommes, probablement en raison d’un manque de discrimination sexuelle lorsque les phéromones mâles se dégradent.

Nous avons d'abord étudié si la quantité de cVA des mâles de D. melanogaster (CS) était affectée par l'exposition à l'ozone. En effet, en comparant avec les mouches témoins exposées à l'air ambiant (avec 4,5 ± 0,5 ppb d'ozone) uniquement, nous avons constaté des quantités réduites de cVA sur les mouches exposées à 100 ppb d'ozone pendant 2 h (Fig. 1, pour un schéma de l'ozone). configuration, voir Fig. S1) et des quantités accrues d'heptanal (Fig. S2), un produit de dégradation potentiel de l'oxydation du cVA. Il est intéressant de noter que de nombreux autres composés de phéromones comme le (Z)−7-Tricosène (7-T) et le (Z)−7-Pentasene (7-P)20, connus pour être impliqués dans le comportement reproductif, ont diminué après une exposition à l'ozone, également (Fig. 1c).