大気汚染により昆虫が花の香りを嗅ぐのを止めてしまうかもしれない

英国レディング大学ソニング農場の研究者たちは、冬小麦畑に一風変わった燻蒸システムを設置した。それは、クロカラシナの群落を囲む8メートルの八角形を8つ設置したシステムだ。それぞれの八角形の「リング」から、オゾン、ディーゼル排気ガス、その両方の混合物、あるいは何も排出しないという仕組みだ。研究者たちの目的は、これらの一般的な大気汚染物質が、カラシナの花に集まる昆虫にどのような影響を与えるかを調べることだった。

近くでは、花粉媒介者観察の訓練を受けたフィールド研究者たちが、できるだけ動かずに、訪れる昆虫の数を熱心に記録していました。1月にEnvironmental Pollution誌に掲載されたこの研究結果によると、汚染物質を排出するリングでは、全く排出しない対照リングと比較して、数値が劇的に低下していることがわかりました。

研究者たちは2つの別々の計測を行った。1つ目は、リングに飛来し、少なくとも1つの花に止まったあらゆる種類の花粉媒介昆虫の総数を数えた。対照群と比較すると、ディーゼル単独の場合は69%、オゾン単独の場合は62%、両者を組み合わせた場合は70%の減少が見られた。2つ目の指標は、ハチ、ガ、チョウ、ハナアブの4つの異なる種による飛来数を数え、それぞれの昆虫が何花に止まったかを考慮した。対照群と比較すると、ディーゼル単独の場合は89%、オゾン単独の場合は83%、両者を組み合わせた場合は90%の減少が見られた。

「私たちの研究結果は、大気汚染が花粉媒介者への増大する圧力に新たな潜在的なストレス要因を加えることを示唆しています」と、植物と昆虫の相互作用に関する化学生態学を研究する研究員で、論文の筆頭著者であるジェームズ・ライアルズ氏は述べています。これは、大気汚染の中で効果的に餌を探すことができない可能性のある花粉媒介者にとって悪いニュースであるだけでなく、繁殖を昆虫に依存している植物にとっても悪いニュースです。人間にとっても非常に悪い状況です。昆虫が作物を受粉できなければ、食糧供給における重要な産物を失う可能性があります。

研究者たちは、昆虫の来訪数が減少した理由は、汚染物質が花の香りを阻害したことにあると考えている。ライアルズ氏らのチームメンバーが行った過去の実験室研究およびモデル化研究では、ディーゼル排気ガスとオゾン汚染物質の両方が、花から放出される香りの分子と相互作用し、分解することが実証されている。

ミツバチやチョウなどの昆虫は、触角を使って匂いを嗅ぎ分けます。触角は嗅覚受容体で覆われており、匂いの成分を感知します。昆虫の嗅覚は鋭敏で、人間よりもはるかに敏感です。花が化学物質を放出すると、昆虫はそれを地図のように花を見つけます。もし、ディーゼルやオゾンと反応して化学物質の1つ、あるいは複数が変化すると、匂いの成分の比率と濃度が変化します。地図は歪んでしまい、昆虫はもはやその匂いの成分と花を関連付けることができなくなります。

大気上層にあるいわゆる「善玉オゾン」は紫外線から私たちを守ってくれますが、地上オゾンは異なります。これは、自動車、発電所、製油所などから排出される汚染物質です。米国では、地上オゾンは環境保護庁（EPA）によって規制されています。心臓や呼吸器系の問題など、人体に有害な健康被害をもたらす可能性があり、EPAが安全レベルの基準を設定する際に考慮する要素の一つに、受粉阻害があります。2020年のEPA報告書では、ある実験室実験で、オゾン濃度が高い環境では、マルハナバチが花の匂いの手がかりに定位する能力が低下したと報告されています。「これらの証拠は、オゾン曝露と植物と昆虫間のシグナル伝達の変化との間に『因果関係がある可能性が高い』ことを裏付けている」と報告書は結論付けています。

EPA（環境保護庁）の基準では、オゾン濃度は70ppb、二酸化窒素濃度は53ppbが安全とされています。ライアルズ氏の実験リング内では、オゾン濃度は約35ppb、ディーゼル排気ガスの成分である二酸化窒素濃度は約21ppbでした。ライアルズ氏によると、実験で使用された濃度は、ロンドンで最も交通量の多い道路の一つの脇のオゾンとディーゼル排気ガスの濃度の約半分に相当します。「一般的な大気汚染物質の中程度の濃度は、自由生活昆虫が花を見つけて受粉する速度を低下させる可能性があります」と、彼は研究の結論について述べています。「野外条件下で観察された減少は、以前の実験室研究やモデル化から予想されていたよりも深刻でした。」

風媒花で受粉する作物もありますが、昆虫に完全に依存している作物もあります。「もし明日、受粉昆虫がすべていなくなれば、カカオ豆、ブラジルナッツ、そして繁殖に受粉が不可欠な果物（リンゴ、クランベリー、メロンなど）を生産できなくなります」とライアルズ氏は言います。ブルーベリー、チェリー、アーモンドといった作物は、ミツバチの受粉にほぼ完全に依存しています。

「より広範な影響も考えられます」と彼は続ける。「例えば、フェロモンは、ある昆虫が同種の交尾相手を引き付けるために空気中に放出する匂いです。もしフェロモンによるコミュニケーションが同じように阻害されれば、昆虫は交尾相手を見つけるのに苦労することになり、昆虫の生物多様性に悪影響を及ぼす可能性があります。」実際、リーディング大学の博士課程のプロジェクトでは現在、大気汚染が昆虫フェロモンにどのような影響を与えるかを調査している。

「ディーゼル排気ガスとオゾンが昆虫の花粉媒介者、そして花粉媒介の全体的な機能に与える影響は、まだ十分に解明されていません」と、フロリダ自然史博物館の昆虫保全准教授で学芸員でもあるジャレット・ダニエルズ氏は述べている。ダニエルズ氏は今回の研究には関わっていない。しかし、光、騒音、化学物質など、あらゆる種類の汚染が何らかの形で花粉媒介者に影響を与えると推測するのは妥当だとダニエルズ氏は付け加えている。

ダニエルズ氏によると、化石燃料関連の排出によって生態系と農業にとって「基幹サービス」である受粉が阻害されると、将来の気候変動へのレジリエンス（回復力）と食料安全保障に影響を及ぼす可能性があるという。こうした研究は「世界人口の増加に伴い特に重要であり、特に汚染が著しく増加する可能性のある都市環境の発展にとって特に重要だ」と彼は言う。

米国農務省カール・ヘイデン蜂研究センターの研究昆虫学者、マーク・キャロル氏は、この研究が大気汚染と花粉媒介者に関する文献に新たな知見をもたらすことに同意する一方で、全体像をより深く理解する必要があると指摘する。例えば、キャロル氏は、昆虫が花の匂いをきちんと嗅ぎ取れなかったために、本当に花粉媒介が阻害されたのか疑問視している。むしろ、汚染物質の匂いが昆虫にとって不快だったため、単に忌避されただけなのではないかとキャロル氏は示唆している。

ライアルズ氏によると、実験では各リング内に明るい黄色のパントラップを設置することでこの可能性を考慮したという。（花粉交配者は特に黄色に引き寄せられる。）昆虫の個体数を減らすために用いられるパントラップには通常、水や油などの粘着性物質か沈降液が入っている。今回の実験では、花の兆候がない場合に各リングに何匹の昆虫が飛来したかを測定するためにパントラップを使用した。各リングのトラップにはほぼ同じ数の捕獲された花粉交配者がいたことから、汚染物質は各エリア内の花粉交配者の全般的な活動やリングに飛来する生理的能力には影響を及ぼしていないようだという結論に至った。言い換えれば、リングとその汚染物質は昆虫を完全に追い払うわけではなく、実際に花に止まる確率を下げただけだった。

ソニング農場の実験設計は、基本的に交通量の多い道路に隣接する畑を模擬したもので、ダニエルズ氏とキャロル氏は共に、今後の研究ではこれらの結果を様々な場所で再現してみることが重要だと述べています。「スモッグに覆われた谷間など、汚染物質が広範囲に渡って常に存在する場合、この結果がどのように現れるかは非常に興味深いでしょう」とキャロル氏は言います。

ライアルズ氏は、チームはより大規模な試験を行うとともに、「なぜ特定の種や昆虫群が他の種や昆虫群よりも影響を受けやすいのか、その具体的なメカニズムを解明するための実験室研究」も計画していると述べた。しかし、これまでのところ、彼の研究は既に産業排出物の危険性を示す新たなデータポイントとなっていると彼は言う。「大気汚染物質が花粉媒介者に及ぼす悪影響は、たとえ比較的低濃度であっても、化石燃料の消費から可能な限り速やかに脱却すべき理由を数多く挙げるに過ぎません」と彼は言う。

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