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A comunicação sexual dos insetos depende significativamente de feromônios, atrativos químicos que permitem especificamente que machos e fêmeas de uma espécie acasalem. Os feromônios sexuais são distintos para machos e fêmeas de uma espécie. Mesmo as menores diferenças, como as observadas na formação de novas espécies, garantem que o acasalamento não ocorra mais, pois machos e fêmeas só se encontram pelo cheiro inconfundível de seus coespecíficos.
A maioria dos feromônios de insetos são moléculas de odor contendo duplas ligações carbono-carbono. Tais ligações duplas são conhecidas por serem facilmente destruídas pelo ozônio. “Já sabíamos que os poluentes ambientais, como o ozônio e o óxido nítrico, degradam os aromas florais, tornando as flores menos atraentes para seus polinizadores. Como os compostos com ligações duplas de carbono são particularmente sensíveis à degradação do ozônio e quase todos os feromônios sexuais de insetos carregam essas ligações duplas, nós questionou se a poluição do ar também afeta o quão bem as fêmeas e os machos dos insetos se encontram e se identificam durante o acasalamento”, diz Markus Knaden, que dirige o Grupo de Comportamento Guiado pelo Odor no Departamento de Neuroetologia Evolutiva e é um dos principais autores do estudo.
Estudar os efeitos do ozônio no comportamento de acasalamento da mosca modelo Drosophila melanogaster, os cientistas desenvolveram pela primeira vez um sistema de exposição ao ozônio para moscas que poderia imitar os níveis de ozônio no ar, já que hoje em dia são frequentemente medidos nas cidades no verão. Para fazer isso, os pesquisadores tiveram que criar uma corrente de ar contínua com níveis de ozônio precisamente definidos, o que é complicado pelo fato de que o ozônio não é um composto químico estável e se decompõe facilmente. Ao mesmo tempo, as moscas geralmente carregam quantidades muito pequenas de feromônios, mesmo em condições normais. “Portanto, precisávamos de uma técnica que nos permitisse medir até mesmo pequenas quantidades de feromônios em moscas individuais que haviam sido expostas ao ozônio ou não antes das medições. Para fazer isso, usamos o que é conhecido como uma unidade de dessorção térmica acoplada a um cromatógrafo a gás/espectrômetro de massa, que nos permitiu medir pequenas quantidades de odores emitidos por moscas individuais”, disse o primeiro autor Nanji Jiang, descrevendo os desafios técnicos.
Ozônio destrói ligações duplas carbono-carbono em feromônios
Nos experimentos, moscas machos foram expostas a concentrações de ozônio ligeiramente elevadas. Os cientistas então mediram se as moscas ainda emitiam seu feromônio. Quando as moscas foram expostas a 100 ppb (partes por bilhão, correspondendo a uma concentração de 10-9) de ozônio por duas horas, os níveis de feromônio medidos diminuíram significativamente em comparação com um grupo de controle que havia sido exposto apenas ao ar ambiente. Além dos machos da mosca modelo Drosophila melanogasteros pesquisadores também testaram moscas machos de oito espécies relacionadas do gênero Drosophila. Em apenas uma espécie, Drosophila busckiia liberação de feromônios masculinos específicos permaneceu inalterada após a exposição ao ozônio, mas esses compostos também não contêm ligações duplas carbono-carbono e, portanto, não reagem tão facilmente com o ozônio.
O ozônio corrompe drasticamente o comportamento de acasalamento das moscas
Os pesquisadores então testaram a atratividade dos machos para seus co-específicos. As observações que fizeram foram preocupantes, o que pode dever-se principalmente ao papel das respetivas feromonas. Estes são emitidos pelos machos em Drosophila espécies e aumentar sua atratividade para as fêmeas. Ao mesmo tempo, os machos usam o odor para distinguir as fêmeas de outros machos: enquanto seu feromônio atrai as fêmeas, ele repele outros machos. Durante o acasalamento, os machos transferem seu feromônio para as fêmeas. As fêmeas recém-casadas que cheiram ao feromônio não são mais atraentes para outros machos nas próximas horas. Conseqüentemente, níveis elevados de ozônio não apenas fizeram com que as fêmeas se sentissem menos atraídas pelos machos; em vez disso, os machos ozonizados tornaram-se subitamente interessantes para os seus homólogos masculinos. “Sabíamos que níveis elevados de ozônio poderiam afetar os sistemas de acasalamento de insetos porque a quebra de ligações duplas de carbono e, portanto, de feromônios, por oxidação não é ciência de foguetes em química. No entanto, ficamos chocados que mesmo concentrações ligeiramente elevadas de ozônio tivessem efeitos tão fortes em voar comportamento. Na verdade, inicialmente queríamos focar nas interações entre machos e fêmeas. Poderíamos explicar que os machos começaram a se cortejar após uma curta exposição ao ozônio, porque obviamente não conseguiam distinguir machos ozonizados de fêmeas. No entanto, não tínhamos pensado nisso isso antes. Portanto, ficamos bastante intrigados com o comportamento dos machos expostos ao ozônio, que se alinharam em longas cadeias de corte”, Nanji Jiang e Markus Knaden resumem os efeitos do ozônio no comportamento de acasalamento.
A equipe de pesquisa também observou os efeitos dos altos níveis de ozônio no ar no comportamento de acasalamento de outros Drosophila espécies. Mesmo os machos da espécie Drosophila busckii tiveram menos sucesso no acasalamento após a exposição ao ozônio, embora o ozônio não altere o feromônio que foi descrito como sendo emitido por D. buskii machos. No entanto, outros compostos químicos sensíveis ao ozônio até agora não identificados também podem desempenhar um papel adicional em seu comportamento de acasalamento. Em oito das outras nove espécies estudadas, a equipe de pesquisa observou um comportamento incomum de corte dos machos em relação a outros machos expostos ao ozônio. Curiosamente, uma espécie, D. suzukiique é conhecido por não ter feromônios, mas é baseado em pistas visuais, não foi afetado pelo aumento dos níveis de ozônio.
A poluição do ar contribui para o declínio global das populações de insetos
A maioria dos feromônios de insetos contém duplas ligações carbono-carbono. Portanto, acredita-se que o ozônio interfira na comunicação sexual em muitas espécies de insetos. “Os insetos e seus feromônios evoluíram ao longo de milhões de anos. Em contraste, a concentração de poluentes atmosféricos só aumentou dramaticamente desde a industrialização. É improvável que os sistemas de comunicação dos insetos, que evoluíram ao longo da evolução, sejam capazes de adaptar-se a novas condições em um curto período de tempo se os feromônios de repente não estiverem mais presentes. A única solução para esse dilema é reduzir imediatamente os poluentes na atmosfera”, diz Bill Hansson, chefe do Departamento de Neuroetologia Evolutiva e cofundador do Max Planck Center next Generation Insect Chemical Ecology (nGICE), que se dedica a estudar os efeitos das mudanças climáticas e da poluição atmosférica sobre os insetos e sua comunicação química. Em particular, a pesquisa se concentra nos efeitos das mudanças climáticas antropogênicas nos serviços ecossistêmicos de insetos, surtos de espécies de insetos invasores e na disseminação de vetores de doenças na Europa.
Os cientistas em Jena querem estudar os efeitos do ozônio em uma gama mais ampla de insetos, incluindo mariposas que geralmente seguem plumas de feromônio por longas distâncias. Os feromônios sexuais também são pistas cruciais para os insetos distinguirem entre espécies da mesma espécie e espécies intimamente relacionadas. “Gostaríamos de descobrir se altos níveis de ozônio levam a taxas de hibridização aumentadas quando espécies de moscas intimamente relacionadas compartilham seu habitat. Finalmente, a comunicação química em insetos não se restringe ao comportamento de acasalamento. Todos os insetos sociais, como abelhas, formigas e vespas , usam pistas químicas para identificar os membros de sua colônia. Também estudamos se a estrutura social dentro das colônias de formigas é afetada, quando as formigas retornam de suas viagens de forrageamento durante as quais foram expostas a níveis elevados de poluentes. Você nem quer imaginar o que acontece se as estruturas sociais em colônias de formigas ou colméias de repente entrarem em colapso porque a comunicação de feromônio não funciona mais”, está preocupado Markus Knaden, que também estuda o comportamento de formigas do deserto.
Altos níveis de ozônio não são apenas prejudiciais à saúde humana. O estilo de vida atual das nações industrializadas tem um custo muito alto para o meio ambiente e o clima; muitos efeitos indiretos nem são conhecidos. O estudo atual fornece uma explicação adicional por que as populações de insetos estão diminuindo drasticamente em todo o mundo, além da aplicação de inseticidas e da eliminação de habitats. Se a comunicação química for interrompida por poluentes no ar, eles não poderão se reproduzir em uma taxa suficiente. Isso também pode afetar muitos polinizadores, como abelhas e borboletas. O fato de que 80% de nossas lavouras precisam ser polinizadas por insetos deixa claro a dimensão que esse problema pode assumir no futuro, se não conseguirmos reduzir drasticamente a poluição do ar.
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