オゾンへの曝露は昆虫の性的コミュニケーションを混乱させる

Apr 26, 2023

Nature Communications volume 14、記事番号: 1186 (2023) この記事を引用

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昆虫の性的コミュニケーションは性フェロモンに依存することがよくあります。 しかし、ほとんどの昆虫フェロモンには炭素-炭素二重結合が含まれており、酸化によって劣化する可能性があります。 今回我々は、頻繁に報告されている人新世オゾンレベルの上昇が、記載されているショウジョウバエの雄特異的フェロモンをすべて酸化し、その結果、酢酸シスバセニルや(Z)-7-トリコセンなどのフェロモンの量が減少する可能性があることを示す。 同時に、オゾンにさらされた男性を女性が受け入れるのは大幅に遅れています。 興味深いことに、オゾンに曝露された雄のグループは、雄同士の求愛行動のレベルも大幅に増加しました。 他の9種のショウジョウバエ種で同様の実験を繰り返すと、そのうち8種でフェロモンの分解および/または性認識の混乱が観察されました。 私たちのデータは、人新生レベルのオゾンがさまざまな昆虫フェロモンの二重結合を広範囲に酸化し、それによって性的認識の逸脱を引き起こす可能性があることを示唆しています。

適切な配偶者を見つけて判断することは、多くの動物の生殖にとって極めて重要です。 これに関連して、ほとんどの昆虫は性フェロモンを使用して同種と同種を区別し、潜在的な配偶者の性別と交配状態を識別します1、2、3。 特によく研究されているフェロモンは、cis-Vaccenyl Acetate (cVA) です。 この化合物は雄のキイロショウジョウバエによって産生され、性認識を制御し、雄に存在する cVA 量は雌に対する雄の魅力と相関することが示されています 4,5,6,7。 しかし、交尾中、オスは父性を確実にするためにcVAをメスに移し、それによって他のオスに対するメスの魅力を低下させます6、8、9。 したがって、cVA は女性にとって魅力的ですが、男性にとっては嫌悪感を抱きます。 キイロショウジョウバエ属の多くのハエ種は、同種のメスに対する魅力を増大させるオス特異的化合物を生成することが知られており、交尾中に伝達され、そのためキイロショウジョウバエのcVAと同様のフェロモン様の役割を果たすようである10,11。 これらの潜在的なフェロモンのほとんどは、化学的には多様ですが、炭素二重結合を含むという 1 つの特定の特徴を共有しています。

人新世の間、そのような不飽和フェロモンと通信する昆虫は、オゾンなどの酸化汚染物質のレベルの増加による二重結合の酸化という潜在的な課題に直面しています12。 フェロモン システムは、産業革命以前の時代に、対流圏のオゾン値が 10 ppb13 という低さで進化しました。 しかし、窒素酸化物 (NOx)、揮発性有機化合物 (VOC) の継続的な排出と気候変動により、オゾンレベルはすでに世界の年間平均 40 ppb まで増加しています14。 局地的な極端なオゾン現象は、メキシコ、バングラデシュ、モロッコ、中国などの工業地帯や都市部で報告されています15、16、17、18。 メキシコでは、オゾン濃度は最大 210 ppb (1 時間継続) に達し、10 時間にわたって測定された最高平均値は 170 ppb を超えました15。 オゾン値は年間を通じて大きく変動しますが、例えば中国北東部の年間測定平均値は 2003 年の 45 ppb から 2015 年には 62 ppb に増加し 16、8 時間平均の 1 日最大値 (MDA8) は 140 ppb に達しました。 202019年3月に。

今回我々は、100ppbのオゾンレベルに短期間曝露しただけでも、多くのショウジョウバエのフェロモンが分解され、試験した10種中7種において、例えば雌に対する雄の魅力が低下することを示す。 興味深いことに、オゾン曝露によりオス同士の求愛行動が劇的に増加しますが、これはおそらく男性のフェロモンが劣化すると性差別がなくなるためと考えられます。

我々はまず、キイロショウジョウバエ（CS）雄のcVAの量がオゾンへの曝露によって影響を受けるかどうかを調査した。 実際、周囲空気（4.5 ± 0.5 ppb オゾン）のみに曝露した対照ハエと比較すると、100 ppb オゾンに 2 時間曝露したハエでは cVA の量が減少していることがわかりました（オゾンの概略図については図 1）。セットアップは図S1を参照）、cVA酸化の潜在的な分解生成物であるヘプタナールの量が増加しました（図S2）。 興味深いことに、生殖行動に関与することが知られている (Z)-7-トリコセン (7-T) や (Z)-7-ペンタセ​​ン (7-P)20 などの他の多くのフェロモン化合物は、オゾン曝露後に減少しました。同様に (図 1c)。

a TDU GC-MS 分析プロトコルの概略図。 雄のハエを最初にオゾンまたは周囲空気に曝露した。 次に、それらの化学プロファイルを TDU GC-MS によって分析しました。 b オゾン (ピンク) または周囲空気 (灰色) に曝露した後の D. melanogaster 雄の化学プロファイル。 クロマトグラム (左パネル)、男性フェロモンとクチクラ炭化水素、CHC の化学構造 (右パネル)。 c、男性フェロモンとCHCの定量分析。 (対応のない両側 t 検定; *p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001)。 ソース データはソース データ ファイルとして提供されます。

次に我々は、オスの化学的プロファイルのこれらの変化がメスのハエに対する魅力に影響を与えるかどうかを尋ねた。 そこで我々は、オスのハエを50～200 ppbの範囲のオゾンに30分間曝露するか、対照として周囲空気に曝露し、その後、無選択交尾アッセイで曝露されていないメスとの求愛行動と交尾の成功をテストした（図1）。 2a)。 オゾンに曝露された雄は、求愛潜時（すなわち、雌に求愛を開始するまでの時間、図２ａ）および求愛率（すなわち、雌に求愛した雄の割合、図Ｓ３）に関して対照雄と差がなかった。 、男性の求愛動機はオゾンへの過去の曝露の影響を受けないようであることを示しています。 同時に、ほとんどのオスは10分間の観察以内に最終的に交尾しましたが（図S3）、オゾンに曝露されたオスは対照オスよりも長い交尾潜伏期間を示しました（つまり、メスに受け入れられるまでにより多くの時間を必要としました。図2a）。 。 我々の結果は、オゾンに曝露された雄は求愛する雌にとって魅力が少ないことを示しており、これは前述のオゾン曝露によるフェロモンの減少とよく一致している。 ハエを15分間だけ暴露した場合にはオゾンの影響は観察されませんでしたが、2時間オゾンに暴露した後、またはより高レベルのオゾン（150 ppbおよび200 ppb）に暴露した後、雄の交尾潜伏期間は再び増加しました（図1）。 S4)。 興味深いことに、オゾンに2時間暴露した後、オスは1日後には元の化学プロファイルとメスへの魅力を回復しませんでしたが、5日後には正常なフェロモンレベルと魅力を示しました（図S5）。

a 雄をさまざまなレベルのオゾンに曝露した後の雄/雌の求愛潜時および交尾潜時 (括弧内にサンプルサイズを示し、周囲空気対照との多重比較のためのダネット検定; 対照と有意に異なる群: *p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001)。 b 両方の雄がオゾンに曝露された後の雄同士の求愛行動。 求愛潜伏期間、多重比較のためのダネット検定。 求愛率（雄への求愛をもたらした実験の割合）、対照群との多重比較のためのホルム・ボンフェローニ補正を用いたフィッシャーの直接確率検定。 上で示したコントロールとの大きな違い。 c 雄キイロショウジョウバエの Or67d ニューロン (at1 感覚子) の SSR 用量反応曲線。 上部パネル、SSR 手順の概略図。 データは平均 ± SE、空気またはオゾン暴露のいずれかについて N = 10 として表されます (各濃度の t 検定。NS は有意差がないことを示します)。 ミネラルオイル (MO) を溶媒対照として使用しました。 d 無傷のキイロショウジョウバエの雄の、首を切断された雄に対する求愛行動。 求愛分析の前に、無傷の雄、首を切断された雄、または両方の雄がオゾンに曝露された。 求愛率 (上記を参照)、多重比較のためのホルム・ボンフェローニ補正を使用したフィッシャーの正確確率検定。 求愛指数 (実験中に無傷の雄が求愛した時間)、多重比較のための Tukey の検定。 e ハエのオスは、首を切られたオスまたはメスを好みます。 求愛アッセイの前に、首を切った雄、雌、または両方のハエをオゾンに曝露した。 最初の選択肢は円グラフで表示されます (フィッシャーの直接確率検定)。 好み指数 (女性の求愛時間 – 男性の求愛時間) / 合計求愛時間、求愛選好性の不対 t 検定。 すべての検定は両側検定です。 ソース データはソース データ ファイルとして提供されます。

前に述べたように、男性特有のフェロモンは女性の媚薬として機能するだけでなく、男性の性別の識別にも役立ちます6,7。 したがって、我々は、雄のハエがオゾンにさらされると、その後の雄特有のフェロモンが減少し、性差別が妨げられるのではないかと仮説を立てた。 しかし、男性のグループを 100 ppb のオゾンに曝露したところ、結果は予想を上回りました。 短期間（17.72 ± 1.83 分、N = 10）の曝露後、オスは互いに集中的に求愛し始め、連鎖行動を示しました（補足動画 S1 および S2）。つまり、最初に求愛されたオスの長い連鎖を形成しました。これは、無益な突然変異、つまり、雄の交配の好みを変える無益な遺伝子の突然変異を持つ雄について記載されています21。 オゾンに曝露されたオスのペア（つまり、100 ppbで30分間）のこのようなオス同士の求愛行動を無選択アッセイで定量化した場合（図2b）、実際に、オスの求愛をもたらした試行の数がより多いことがわかりました。空気にさらされた対照雄と比較。 繰り返しますが、オゾンの効果は、暴露時間を延長するか、オゾンのレベルを増加させることによって増加させることができます（図S6）。 これらの実験では両方の雄がオゾンに曝露されたため、観察された雄同士の求愛の増加は、劣化した雄特有のフェロモンによるものなのか、それともフェロモンの検出に関与する感覚ニューロンの潜在的な機能不全によってさらに影響を受けたのかどうか、私たちは疑問に思いました。酸化ストレスによるもの。 cVA7を検出する嗅覚ニューロンを収容することが知られている触角三葉感覚子at1からの単一感覚子記録（SSR）は、オゾンに曝露されたハエでも対照ハエと同様の用量反応曲線を明らかにした（図2c）。 さらに、我々は無傷の雄と首を切断された雄を対峙させ、遭遇する前にそれぞれをオゾンまたは周囲空気に曝露した。 無傷の雄が求愛行動を示すかどうかは、それ自身のオゾンへの曝露には影響されず、首を切られた雄の曝露によってのみ影響されることがわかりました（図2d）。 要約すると、オゾン曝露はフェロモン反応性ニューロンの機能やその他のレベルの信号処理を妨げず、むしろフェロモンの分解を介して雄同士の求愛を誘発します。 次に我々は、オゾン曝露が性差別を完全に妨げるかどうかを尋ね、選択アッセイで、オゾン曝露を受けていない男性の首を切られた男性と女性に対する求愛の好みを分析した。 試験前に、首を切断したハエをオゾンまたは対照空気に曝露した。 対照実験では雄が優先的に雌に求愛したが、首を切ったハエをオゾンに曝露すると、雌と雄のハエが同等に求愛する結果となった（図２ｅ）。 興味深いことに、実験前に首を切られた男性のみがオゾンに曝露された場合でも、選択アッセイでは首を切られた女性が依然として優先的に求愛され（図2e）、これは女性特有の化学物質が性差別には十分であることを示唆しています。 男女のオゾンへの曝露が性差別を妨げるのと同様に、メスのキューもオゾンによる劣化に敏感であるようです。 実際、オゾンに曝露された女性（つまり、100 ppbで2時間）を分析すると、記載されている女性特有の化合物7,11-ヘプタコサジエン（7,11-HD）および7,11-ノナコサジエン（7,11-HD）の量が減少していることがわかりました。 11-ND)22,23 (図S7)。

オゾンへの曝露は、雌に対するキイロショウジョウバエ（CS）の雄の魅力を低下させるだけでなく、性差別を大きく損なうことを示したので、我々は、この影響がキイロショウジョウバエ（CS）に特有のものなのか、それとも他の種にも現れるのかを尋ねた。良い。 99 種のショウジョウバエの雄特異的化合物に関する以前の研究 11 に基づいて、雄特異的化合物を保有することが知られているショウジョウバエをさらに 8 種選択しました。 私たちは彼らの雄を100 ppbのオゾンに2時間暴露し、彼らの化学プロファイルと行動成績を対照の雄と比較しました。 これらの種のうち D.buskii を除く 7 種は、オゾン曝露後に雄特有の化合物の量が減少しました (図 3)。 同時に、それらのすべてが交尾成功率の低下および/または雄同士の相互作用の変化を示しました（図3）。 D.busckiiの記載した男性特異的化合物は炭素-炭素二重結合を含まないため、オゾンによる分解の影響を受けにくい(図3)。 炭素二重結合を欠くハエのクチクラ炭化水素に対するオゾンの劣化効果も示されているが、それらの実験は、実験で使用したものより約106高い45,000 ppmのオゾン濃度で行われた24。 D. ブスキーのオスがメスへの求愛にまだ成功しなかったという事実は、この種の求愛行動を支配する追加の未確認のオゾン感受性化合物によるものである可能性があります。 興味深いことに、試験した両方の D. mojavensis 亜種は、他の種とは対照的に、オゾン曝露後に雄同士の求愛行動の減少を示しました。 ここでも、これらの亜種について記載されている化合物に追加の化合物があれば、これらの結果が説明される可能性があります。 私たちは最終的に、性特異的な化合物を示さず、その行動はかなり視覚的に動かされていると考えられる種である D. suzukii をテストしました 11,25。 予想通り、交尾の成功も雄同士の求愛もオゾン処理の影響を受けませんでした(図3)。

a データは、オゾンに曝露されたハエと対照ハエにおけるフェロモンの正規化されたピーク面積を示しています（対応のない両側 t 検定; * p < 0.05; ** p < 0.01; *** p < 0.001）。 b、c 交配の成功に対する影響（すなわち、交尾をもたらした実験の割合）および雄－雄の求愛行動に対する影響（すなわち、雄－雄の求愛をもたらした実験の割合）。 両側フィッシャーの正確検定、*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001。 ソース データはソース データ ファイルとして提供されます。

オゾンや一酸化窒素などの汚染物質は花の揮発性物質を分解し、そのため植物と受粉昆虫の間の化学伝達を損なうことが示されています26、27、28、29、30、31、32。 ここでは、オゾンがさらに別の状況で昆虫に害を及ぼす可能性があることを示します。 汚染地域ですでに報告されているかなり穏やかなオゾンレベルにハエを曝露すると、ハエの不飽和フェロモンが劣化し、それによって試験したショウジョウバエの10種中9種の性的コミュニケーションに影響を与える。 しかし、炭素二重結合はショウジョウバエのフェロモンに特異的なものではなく、ほとんどの同定されている昆虫フェロモンの主要な特徴です 33。 たとえば、鱗翅目のメスの多くは、長距離にわたってオスを誘引するためにフェロモンを使用するため、信号が受信機に到達する前に、酸化汚染物質によって信号が劣化する可能性がある十分な時間があります。 現在、昆虫の個体数に対する殺虫剤の悪影響は世界中で十分に確立されていますが 34,35、昆虫は明らかに第 2 の問題、つまり酸化性汚染物質のレベルの増加による化学情報チャネルの劣化に直面しています。

この研究で使用した野生型ハエは、ブルーミントン ショウジョウバエ ストック センター (BDSC; https://bdsc.indiana.edu/index.html)、国立ショウジョウバエ種ストック センター (NDSSC; http://blogs.cornell) から入手しました。 edu/drosophila/)、および京都ストックセンター (京都 DGGR; https://kyotofly.kit.jp/cgi-bin/stocks/index.cgi)。 ストック番号は次のとおりです: D. putrida (15081–1401.00 / 15100–1711.01)、D. repletoides (E-17001)、D. funebris (15120–1911.05)、D. pallidipennis (15210–2331.02)、D. Saltans (14028–0571.00 / 15250–2451.01)、D. moj。 リグリー (15081–1352.22)、D. moj。 モハベンシス (15081–1352.47)、D. ブスキー (1300–0081.00)、D. スズキイ (14029–0011.01 / 14011–0131.04)。 D. melanogaster を用いた実験では、野生型株 Canton-S (CS) を使用しました。 すべてのハエは 25 °C、12 時間明所、12 時間暗所、相対湿度 70% で飼育されました。 D. melanogaster (CS) を除いて、他のすべてのハエ種はバナナと混合された標準的な餌で飼育されました。 CO2 麻酔を使用して処女を収集しました。 生後10日目の未使用のハエが求愛の場でテストされました。 すべてのハエの世話と処理は、関連するすべての倫理規制に準拠しました。

(Z)-10-ヘプタデセン-2-オン (Z10-17:2Kt)、(Z)-11-ヘキサデセン-1-イルアセテート (Z11-16:Ac)、rac-2-トリデシルアセテートを含むハエ化合物を合成しました。 (13:2Ac)、酢酸 rac-2-ペンタデシル (15:2Ac)、酢酸 (Z)-11-エイコセン-1-イル (Z11-20:Ac)、酢酸 (Z)-10-ヘプタデセン-2-イル(Z10-17:2Ac) 記載の通り11． 酢酸シスバンセニル (cVA)、(Z)-7-トリコセン (7-T)、(Z)-9-トリコセン (9-T)、(Z)-7-ペンタコセン (7-P)、および(Z)-9-ペンタコセン (9-P) は、Sigma-Aldrich および Cayman Chemical から高純度で購入されました。

(Z)-11-ペンタコセン (11-P) は、ブロモテトラデカン (Sigma-Adrich、ドイツ) とウンデカナール (Sigma-Aldrich、ドイツ) から Wittig 反応によって合成されました。 ブロモテトラデカン(1g、3.6mmol)およびトリフェニルホスフィン(946mg、3.6mmol)を20mlのトルエンに溶解し、20時間加熱還流した。 室温まで冷却した後、トルエン相をピペットで注意深く除去した。 残渣を新鮮なトルエン(各10ml)とともに5分間撹拌し、その後トルエンを再びピペットで取り除いた。 このプロセスをトルエンで３回、ジエチルエーテル（１０ml）で１回繰り返した。 非常に粘稠な残渣を高真空中で一晩乾燥させて、ウィッティヒ塩を非晶質のオフホワイトの固体として得た。

アルゴン下で、ウィッティヒ塩（６００ｍｇ、１．１１ｍｍｏｌ）を無水ＴＨＦ（２０ｍｌ）に溶解／懸濁し、−３０℃に冷却した。 ナトリウムビス(トリメチルシリル)アミドの溶液(1.2ml、THF中1M)を滴下し、混合物を-10℃まで温めた。 30分間撹拌した後、濃いオレンジ色になった懸濁液を再び-30℃に冷却し、その後ウンデカナール(0.23mL、1.11mmol)をシリンジで加えた。 混合物を２０℃で一晩撹拌した。 反応混合物をn-ヘキサン(20ml)で希釈した後、水(40ml)を加えた。 有機相を除去し、水相をn-ヘキサン(2×40ml)で抽出した。 合わせた有機相を水およびブライン(それぞれ40ml)で洗浄し、Mg2SO4で乾燥させた。 濾過後、溶媒をロータバップで除去し、残渣をシリカゲルに吸着させ、溶離液としてn-ヘキサン/EtOAc (50:1)を用いてクロマトグラフィー処理して、(Z)-11-ペンタコセン(130 mg、ウンデカナールに基づく収率34%)を得た。無色の油として。

オゾン曝露システム図 S1 を参照。 圧縮周囲空気 (4.5 ± 0.5 ppb オゾンを含む) を使用して、制御空気 (つまり、相対湿度 70% に加湿された周囲空気)、清浄空気 (つまり、パラジウム オゾン スクラバーを介してすべての自然に発生するオゾンが除去された空気) を生成しました。オゾン富化空気（つまり、最大 100 mg オゾン/h を生成できるオゾン発生器 (Aqua Medic、ドイツ) を通って導かれた周囲空気)。 混合ボックス内で清浄な空気を加湿し、オゾンを豊富に含む空気と混合することにより、さまざまなレベルのオゾンを含む実験用空気を生成できます。 オゾン濃度は、オゾン発生器を通過する流量を 0.7 リットル/分で一定に保ちながら、オゾンスクラバーの前のマスフローコントローラーを通過する流量を減少 (増加) することによって増加 (減少) することができます (たとえば、5 リットル/分)。 。 空気が加湿されるとオゾン濃度が変化するため、オゾン化実験用空気をミックスボックス (100 L プレキシガラス容器) に動的に保管し、そこから空気をオゾンモニター (BMT 932、BMT Messtechnik GmbH、ドイツ) で継続的に検査しました。同時に、ハエが入っている 4 つの 70 ml プラスチックバイアルに各 0.2 リットル/分を導入し、追加のパラジウム オゾン スクラバーを介して余剰空気をオゾンから除去した後、チャンバー空気に放出しました。 4 つの 70 ml バイアルからなる 2 番目のセットを周囲の空気の流れに接続して、実験用の「対照ハエ」を作成しました。 システム全体は、実験ハエと対照ハエの別のセットを並行して準備できるように、2 つのセットアップ間でオゾン富化空気を切り替えるバルブを使用して 2 回構築されました。 たとえば、バルブを左に向かって 5 秒間、右に向かって 10 秒間開くと、異なるオゾン濃度の実験を並行して実行できます。

TDU GC-MS 実験でハエの化学プロファイルを分析するために、まず生後 10 日のハエを一定時間オゾンまたは対照空気に曝露し、その後すぐに -20 °C で 30 分間冷凍しました。 オゾン曝露後の化学プロファイルの回復を調査するために、雄を 100ppb オゾンに 2 時間曝露し、その後標準的な餌の入ったチューブに 1 日または 5 日間移しました。 その後、前述のように冷凍されました。 TDU GC-MS 測定では、個々のハエを熱脱着チューブ (GERSTEL、ドイツ) のマイクロバイアルに入れ、0.5 μl の C10-Br または C16-Br (ヘキサンで 10-3 希釈) を内部標準としてマイクロバイアルに加えました。

脱着チューブは、GERSTEL MPS 2 XL 多目的サンプラーを使用して、GERSTEL 熱脱着ユニット (GERSTEL、ドイツ) に移されました。 サンプルを 250 °C で 8 分間脱着し、冷却に液体窒素を使用して GERSTEL CIS 4 冷却注入システムのライナー内に -50 °C でトラップしました。 プログラム可能な温度気化器インジェクターを 12 °C/s で 270 °C まで加熱し、その後その温度を 5 分間維持することにより、成分を GC カラムに移しました。 GC-MS (MS 5975 C inert XL MSD ユニットを装備した Agilent GC 7890A; Agilent Technologies, USA) には HP5 カラム (Agilent Technologies, USA) が装備されました。 ガスクロマトグラフオーブンの温度を50℃で3分間保持し、その後15℃/分で230℃まで上昇させ、さらに20℃/分で280℃まで上昇させ、20分間保持した。 質量スペクトルは、33 m/z ～ 500 m/z の範囲で EI モード (70 eV) で取得されました。

試験したすべてのショウジョウバエの未処女の雄と雌を羽化後に収集し、それぞれ個別およびグループ (20 個体/バイアル) で飼育しました。 雄雌求愛アッセイでは、15 匹の雄をバイアル内でオゾンまたは周囲空気に曝露しました。 次に、オゾン処理した雄を未処理の雌と一緒に求愛室に入れ、その行動を 1 時間観察して定量化しました。 各求愛アリーナには、プラスチックのスライドで覆われた 4 つのチャンバー (直径 1 cm × 深さ 0.5 cm) が含まれていました。 4 つのチャンバーが同時に記録されました。 ０．２ｍＬ／分の空気流を下から各アリーナに加えた。 求愛行動の記録には、GoPro Camera 4 または Logitech C615 が使用されました。 各ビデオは、求愛潜時（つまり、オスが求愛行動を開始するまでの時間）、求愛パーセンテージ（つまり、求愛行動を示したオスの割合）、求愛指数（つまり、各オスが求愛行動中に求愛行動を行った時間）について手動で分析されました。 10 分の実験時間）、交尾潜伏期間（つまり、交尾が成功するまでの時間）、および交尾の成功（つまり、交尾した雄の割合）。 すべての行動実験は 25 °C、湿度 70% で実行されました。

雄同士の求愛アッセイでは、25 匹の雄をフライチューブ内でオゾンまたは周囲空気に曝露しました。 その後、2 匹の雄を 1 つの部屋に入れ、彼らの行動を 30 分間観察し、定量化しました。 D. melanogaster (CS) については、いくつかのオゾン曝露の組み合わせ (つまり、それぞれ 50、100、150、200 ppb で 15 分、30 分、および 2 時間) をテストしました。 他のショウジョウバエの雄は、100 ppb に 2 時間暴露されました。 首を切断した雄を用いた無選択アッセイでは、雄をオゾンに曝露した後、首を切断しました。 無傷の雄と首を切断された雄を同じ部屋に入れ、無傷の雄の求愛行動を30分間観察し、定量化した。 首を切断したハエを用いた 2 選択アッセイでは、雄および/または雌をオゾンに曝露した後、首を切断しました。 無傷の雄と、首を切断された雄と雌が同じ部屋に入れられました。 求愛する無傷の雄の選好指数は、（無傷の雄が首を切られた雌に求愛するのにかかった時間－無傷の雄が首を切られた雄に求愛するのに要した時間）／３０分として計算された。

雄の D. melanogaster (CS) ハエをオゾンまたは周囲空気に曝露し、ピペット チップ内で固定化しました。 参照電極が目に挿入されました。 別のタングステン電極を標的感覚子に挿入した。 at1 は、その位置と自発的な活動に基づいて特定されました。 信号は Syntech Universal AC/DC Probe (Syntech、ドイツ) によって増幅され、サンプリング (96,000.0 サンプル/秒) され、USB-IDAC (Syntech、ドイツ) 接続を介してフィルター処理 (500 ～ 5000 Hz、50/60 Hz 抑制) されました。コンピュータ。 活動電位は、AutoSpike ソフトウェア (Syntech、ドイツ) を使用して抽出されました。 合成化合物は鉱油 (MO) (Sigma-Aldrich、ドイツ) で希釈されました。 試験前に、希釈した臭気 10 μl を新たに小さな濾紙 (1 cm2) 上に置き、ガラス製のパスツールピペット内に置きました。 試験された臭気用量は、10 -5 ～ 10 -1 希釈 (v/v) の範囲でした。 付臭剤は、アンテナから 1 cm の距離で終わるステンレス鋼管 (直径 8 mm) を通って 600 ml/min で流れる一定の加湿空気流にピペットの先端を挿入することによって送達されました。 神経活動は、0.5 秒の刺激期間の 3 秒前から開始して 10 秒間記録されました。 個々のニューロンからの応答は、刺激前の周波数に対する活動電位周波数 (スパイク/秒) の増加 (または減少) として計算されました。 トレースは、AutoSpike でスパイク振幅をソートし、Excel で分析し、Adobe Illustrator CS (Adobe Systems, USA) でイラストを作成することによって処理されました。

統計分析 (各図の対応する凡例を参照) と予備的な数値は、GraphPad Prism v. 8 (GraphPad Software, USA) を使用して実行されました。 次に、図を Adob​​e Illustrator CS5 で処理しました。

研究デザインの詳細については、この記事にリンクされている Nature Portfolio Reporting Summary を参照してください。

この調査で生成されたすべてのデータは、ソース データ ファイルで提供されます。 ソースデータはこのペーパーに付属しています。

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ハエの繁殖にご協力いただいた I. Alali 氏と S. Trautheim 氏に感謝します。 この研究は、マックス プランク協会による資金提供、特にマックス プランク センター「次世代昆虫化学生態学」への資金提供によって支援されました。

Projekt DEAL によって実現および組織されたオープンアクセス資金調達。

これらの著者は同様に貢献しました: Bill S. Hansson、Markus Knaden。

進化神経行動学部門、マックス・プランク化学生態学研究所、Hans-Knöll-Straße 8、D-07745、イエナ、ドイツ

Nan-Ji Jiang、Hetan Chang、Kerstin Weniger、Bill S. Hansson、Markus Knaden

Next Generation Insect Chemical Ecology、マックス プランク センター、マックス プランク化学生態学研究所、Hans-Knöll-Straße 8、D-07745、イェーナ、ドイツ

ナン・ジ・ジャン、ビル・S・ハンソン、マーカス・クナーデン

質量分析/プロテオミクス研究グループ、マックス プランク化学生態学研究所、Hans-Knöll-Straße 8、D-07745、イェーナ、ドイツ

ジェリット・ワイスフロッグ

マックス プランク化学生態学研究所、Hans-Knöll Straße 8、D-07745、イエナ、ドイツ

フランツィスカ・エベール & ダニエル・ファイト

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NJ.J.、BSH、MK が研究計画を設計し、NJ.J. ほとんどの実験を行った。 HCはSSRの実験を行いました。 FE と DV はオゾン曝露装置を構築しました。 NJ.J と KW はフェロモン化合物を分析し、定量化しました。 JWは合成化合物を合成しました。 ニュージャージー州実験データを分析しました。 NJ.J.、BSH、MK がこの論文を執筆しました。 著者全員が原稿を編集しました。

マルクス・クナーデンへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Communications は、この研究の査読に貢献してくれたシルビア・アントンと他の匿名の査読者に感謝します。 査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

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転載と許可

Jiang, NJ.、Chang, H.、Weißflog, J. 他オゾンへの曝露は昆虫の性的コミュニケーションを妨害します。 Nat Commun 14、1186 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41467-023-36534-9

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受信日: 2022 年 10 月 28 日

受理日: 2023 年 2 月 6 日

公開日: 2023 年 3 月 14 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-36534-9

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