Оксиды азота способны окислить порядка 80 процентов монотерпенов в цветочном шлейфе, в результате чего к цветущим ночью растениям энотеры бледной прилетает на 70 процентов меньше бражников и сумеречных пчел, и на их цветках завязывается на 28 процентов меньше плодов. Это говорит о том, что распространенные поллютанты городского воздуха представляют большую угрозу для ночного опыления растений. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Science.
В опылении более 90 процентов дикорастущих растений и более 75 процентов сельскохозяйственных культур задействованы насекомые-опылители. Сейчас в биосфере наблюдается их кризис — они страдают от изменения климата, применения пестицидов и неустойчивого землепользования, которое разрушает их местообитания (подробнее об этом можно почитать в нашем материале «Проблема жъжъь»). Все более серьезной проблемой становится загрязнение воздуха, способное нарушать обонятельную коммуникацию насекомых — то есть их способность различать, запоминать запахи и находить по ним цветки.
Сейчас уже известен механизм, по которому озон препятствует опылению: он окисляет органические молекулы в цветочном шлейфе и делает его более коротким, из-за чего медоносные пчелы способны учуять его только на близком расстоянии. Однако в роли окислителя обычно выступает не сам озон, а гидроксил ОН-, который образуется из молекулы азота под действием солнечного света в присутствии водяного пара, то есть в светлое время суток. С пониманием того, что мешает работать ночным опылителям, пока дело обстоит сложнее. Предполагается, что ключевую роль в этом играют оксиды азота.
Ученые под руководством Джоэла Торнтона (Joel Thornton) и Джеффри Риффелла (Jeffrey Riffell) из Вашингтонского университета исследовали опыление бледной энотеры (Oenothera pallida) в пустынях США. Ее цветки источают сильный шлейф, который привлекает большое разнообразие опылителей не только днем, но и ночью, при этом некоторые участки пустынь находятся вблизи крупных городов, и ветер приносит на них основные поллютанты городского воздуха — озон (O3) и нитрат-ион (NO3-). Авторы наблюдали за 300 цветами в течение 200 часов — 110 днем и 90 ночью.
Основными ночными и сумеречными опылителями энотеры оказались бабочки-бражники Hyles lineata и Manduca, причем их работа имела большое значение: эксперимент с изоляцией части цветков в пакеты на ночное время показал, что на них образовалось меньше завязей плодов, чем у нетронутых цветков из контрольной группы (p = 0,0082). С помощью газовой хроматографии с масс-спектрометрией ученые установили, что наиболее привлекательными компонентами в цветочном шлейфе для бражников являются монотерпены цис-β-оцимен и β-пинен. Синтезировав эти соединения в лаборатории, они пронаблюдали за их разложением в присутствии О3 и NO3- в концентрациях, соответствующих городским условиям и сопредельным участкам пустынь с подветренной стороны (120 и 60 частей на миллиард соответственно). Озон окислял до 30 процентов монотерпенов, а оксиды азота — до 67 процентов β-пинена и до 84 процентов цис-β-оцимена (p < 0,001).
Эксперимент с использованием аэродинамической трубы показал, что для бражников в присутствии оксидов азота запах цветков стал менее привлекательным — частота посещений цветов ими снизилась по сравнению с контролем на 50 процентов (p = 0,0047), и полевые наблюдения с использованием обработанных поллютантами и нетронутых цветов подтвердили эту тенденцию (p = 0,0027). Обработанные оксидами азота цветы посещались бражниками и сумеречными пчелами на 70 процентов меньше, что с учетом наличия дневного опыления снижает общее число завязей на 28 процентов. Авторы отметили, что полученные ими данные говорят о серьезной угрозе загрязнения воздуха соединениями азота для ночного опыления растений.
Азот может попадать в воздух не только в городах, но и в сельской местности, где его крупнейшим источником становится сельское хозяйство. Например, закись азота поступает в атмосферу из посевов сахарного тростника для биотоплива, а еще его неожиданным источником становятся лужи на пашнях, возле которых техника роняет излишки азотных удобрений.