И это еще не все. Насекомые являются основой питания многих птиц, поэтому пернатым не хватает пищи. Может ли уменьшение численности насекомых быть вызвано воздействием газов и загрязнения на запахи и обоняние? Это кажется вероятным, по крайней мере частично. Несколько исследований различных систем показали, что запахи меняются из-за выделяемых нами газов.

Например, опыление насекомыми. Коэволюция на протяжении миллионов лет настраивала взаимодействие цветов и насекомых к их взаимной выгоде (ну, в большинстве случаев; см. главу 13). Насекомые используют внешний вид цветов в первую очередь для ориентирования на больших расстояниях, а запах – при приближении. Если насекомое находит цветок, оно опыляет растение и получает в награду нектар и пыльцу. Однако здесь мы имеем дело с уязвимой системой. Мы можем доказать эту уязвимость, нарушив близкое обонятельное взаимодействие между цветком и насекомым (подробнее об этом исследовании см. в главе 7).

Если аромат цветка исчезает, то и опыление не происходит, и насекомое не может собрать нектар. Но поскольку это очень уязвимая система, для прерывания связи достаточно не полного исчезновения, а просто изменения запаха. И именно это происходит в результате загрязнения атмосферы газами, особенно озоном.

Воздействие озона

Озон обладает сильным окислительным действием, то есть он запускает химические реакции в других молекулах. В ходе эксперимента в моей лаборатории табачные бражники летели к определенному цветку в аэродинамической трубе. Сначала мы смоделировали условия, существующие сегодня в природе. Бражники быстро нашли цветок, опылили его и забрали нектар. Затем мы подвергли цветок воздействию озона в повышенной концентрации и снова наблюдали за поведением бабочек. Теперь насекомые явно потеряли ориентацию и уже не могли найти цветы. Когда мы проанализировали, какие молекулы выделяются из бутонов, оказалось, что вместо некоторых из них возникло другое вещество с совершенно другим запахом.

При таких концентрациях озона, которые возникают в теплые дни в ряде регионов мира, эффективность опыления растений насекомыми заметно снижалась. В ходе наших экспериментов мы исследовали, может ли воздействие озона уменьшить умение насекомых приспосабливаться. Именно это мы и обнаружили.

Если бы мы предложили мотыльку «новый» цветочный запах вместе с мощными визуальными сигналами, однократного восприятия нового запаха вместе с наличием нектара было бы достаточно, чтобы бабочка в будущем летела к богатому озоном запаху и воспринимала его как сигнал присутствия пищи^{11}. Как сказал Ян Малкольм в «Парке юрского периода»: «Жизнь всегда находит выход».

Однако в большинстве случаев выяснялось, что высокий уровень озона оказывает пагубное влияние на эффективность опыления пчелами, шмелями, мотыльками и другими насекомыми. То же самое относится и к другим газам – например, к выхлопным газам дизельных двигателей^{12}. Очевидно, что мы должны сделать все возможное, чтобы ограничить выбросы таких газов и максимально сократить их количество.

В другом исследовании моя коллега Джеральдин Райт изучала воздействие современных пестицидов на пчел-опылителей. Неоникотиноиды, в настоящее время наиболее широко используемые в мире инсектициды, менее вредны для птиц и млекопитающих, чем старые карбаматы и фосфорорганические соединения. Считалось, что меньшие количества менее вредны для полезных пчел. Однако, когда Джеральдин изучала обонятельные способности у медоносных пчел, подвергшихся воздействию неоникотиноидов в очень низких концентрациях, было обнаружено, что они серьезно нарушены^{13}. И в этом случае обонятельная коммуникация и навыки, лежащие в ее основе, пострадали от действий людей.

Роль температурных колебаний

Температура также влияет на жизнь насекомых. При более высоких температурах все молекулы запаха испаряются намного быстрее и все пахнет сильнее. Поскольку у насекомых отсутствует терморегуляция – им не хватает способности поддерживать стабильную температуру тела, – их физиологические функции обычно точно настроены на температуру их среды обитания. Обоняние не является исключением. Жук, живущий в пустыне, может лучше всего ощущать запахи при 40 ℃. Тогда как мои измерения обонятельных нейронов в усиках зимней моли показывают, что оптимальная температура для этих бабочек составляет около 10 ℃ и система практически не функционирует при 20 ℃. Таким образом, постоянное повышение температуры, вызванное изменением климата, напрямую влияет на обоняние насекомых и, предположительно, многих других нетеплокровных животных.

Кроме того, повышение температуры позволяет насекомым продвигаться в новые регионы. Хотя их распространение не имеет прямого отношения к восприятию запахов, очевидно, что несколько общеизвестных видов насекомых, ориентирующихся на запахи, стремительно развиваются. В главе 9 речь пойдет о малярийном комаре. Это всего лишь один из многих видов, распространяющих болезни по всему миру. В настоящее время мы наблюдаем, как он перемещается на новые территории – в Европу и Северную Америку. Распространение вируса Зика из Южной и Центральной Америки на юг США также произошло благодаря комарам рода Aedes. Другие болезни, такие как лихорадка Западного Нила и лихорадка Чикунгунья, также распространяются по мере проникновения комаров-переносчиков в новые регионы^{14}.

В главе 10 мы рассмотрим обоняние жука-короеда. Всего десять лет назад эти жуки каждый год производили одно поколение потомства, то есть каждая самка оставляла шестьдесят новых жуков. Сегодня в Центральной Европе мы имеем дело с тремя поколениями в год, то есть на одну самку приходится три тысячи потомков, которые впадают в спячку, уничтожив большое количество елей.

Исследования насекомых продолжаются

Если мы хотим знать, что именно, когда, как и где происходит, нам, безусловно, нужны дополнительные исследования. Решив лучше понять, как антропоцен влияет на обоняние насекомых, я основал Центр химической экологии насекомых нового поколения Общества Макса Планка (NGICE), где объединил для исследований в этой области специалистов из трех учреждений: из моего отдела эволюционной нейроэтологии в Институте химической экологии Общества Макса Планка в Германии, Шведского университета сельскохозяйственных наук и группы, исследующей феромоны на кафедре биологии университета Лунда (также в Швеции).

Наша общая цель – изучить влияние изменения климата, парниковых газов и загрязнения воздуха на химическую коммуникацию между насекомыми. Таким образом мы хотим внести свой вклад в решение глобальных проблем, связанных с климатическим кризисом, голодом и болезнями^{15}.

Запах пластика

В 1907 году в Нью-Йорке бельгийский химик Лео Бакеланд изобрел бакелит – первый пластик, изготовленный из синтетических компонентов. С тех пор производство пластмасс приняло огромные масштабы. Сегодня мировое производство пластика оценивается в 360 миллионов тонн в год. Но почему это имеет значение для обонятельного восприятия?

Как подробно рассказывается в главе 4, птицы используют обоняние для разных целей. Для морских птиц способность чувствовать запах диметилсульфида (ДМС) – важная часть их обонятельной функции. Это соединение высвобождается из измельченного фитопланктона, часто при потреблении зоопланктоном. Так что для птиц сернистый газ – верный признак того, что поблизости много еды.

К сожалению, то, что животные воспринимают ДМС как сигнал о наличии корма, в век пластика создает проблему. Когда пластик плавает в воде в течение нескольких месяцев, он также выделяет ДМС, тем самым обманывая морских обитателей и заставляя их поверить, что он съедобен^{16}. По данным Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), мы ежегодно выбрасываем восемь миллионов тонн пластика в мировой океан^{17}, и это, по примерным оценкам, более пяти триллионов крупных и мелких пластиковых частиц, и количество только увеличивается… Птицы по ошибке едят пластик, который забивает их пищеварительный тракт и в конечном итоге убивает их. Каждый год умирает около миллиона морских птиц, потому что их желудки полны наших пластиковых отходов.

Способность находить пищу в океане с помощью ДМС развилась не только у птиц. Тюлени и киты (см. главу 5), вероятно, используют ту же стратегию, подвергая себя таким же опасностям. При исследовании детенышей черепах у ста процентов этих крошечных существ уже был пластик в желудках^{18}. Таковы серьезные экологические последствия массового производства одноразовых пластиковых предметов.

В Большом тихоокеанском мусорном пятне (одной из пяти свалок, обнаруженных в наших океанах) течения и ветра сгоняют выброшенный мусор (включая пластмассу и рыболовные снасти) на площадь примерно в два раза больше Техаса, или в три раза больше Франции, если сравнивать в масштабах Европы^{19}. Поверхность воды в основном покрыта микропластиком. Согласно исследованиям, таких частиц уже может быть больше, чем зоопланктона, и они определенно нашли свой путь в Марианскую впадину, самую глубокую точку мирового океана^{20}. Нетрудно представить, какую роль играет эта негативная тенденция в жизни птиц и других морских существ, которых привлекает запах.

Изменение обоняния

Помимо запаха диметилсульфида в воздухе, воздействующего на птиц и других животных, существует также антропогенное химическое загрязнение, распространяющееся по водным путям, океанам, озерам и рекам. Рыбы, ракообразные и другие обитатели водной стихии плавают в бульоне из искусственных молекул. Некоторые из этих молекул наносят ущерб животным и их экологическим системам.

Подобно нашим обонятельным нейронам, нейроны рыб подвержены прямому воздействию окружающей воды и всех растворенных в ней веществ. В том числе меди. Согласно исследованиям, высокая концентрация меди пагубно влияет напрямую на функцию обонятельных нейронов рыб, морских и речных ракообразных. При продолжительном воздействии нарушается нормальное поведение при спаривании и поиске пищи, обусловленное запахом^{21}.

Чтобы защитить наши посевы, мы распыляем разнообразные пестициды, которые рано или поздно попадут в водоемы. Большинство владельцев садов для борьбы с сорняками используют гербициды, содержащие глифосат. В экспериментах это соединение препятствовало поиску корма рыбами даже в тех концентрациях, которые встречаются в природе, а функция обоняния у кижуча была нарушена^{22}. Многие другие химические вещества также оказывают прямое влияние на поведение рыб. Поскольку некоторые виды лосося чрезвычайно важны с экономической точки зрения, было проведено множество исследований того, как пестициды влияют на это семейство рыб. Как выяснилось, большое количество промышленных химикатов, которые мы используем в сельском и лесном хозяйстве, влияет на сексуальное поведение рыб и на поиск ими корма (см. главу 5). Интересно, что циперметрин, который используется для защиты лосося от лососевых вшей в рыбоводной промышленности, также оказывал влияние на его поведение.

Другой пример – 4-нонилфенол, который широко используется в качестве смачивающего агента как в промышленности, так и на очистных сооружениях. Это соединение в настоящее время можно обнаружить почти в каждом водоеме по всему миру. Когда ученые подвергли социальные виды рыб воздействию 4-нонилфенола в концентрациях, встречающихся в природе, эксперимент имел серьезные последствия. Рыба больше не реагировала на феромоны, которые обычно вызывают образование косяков, и вместо этого демонстрировала противоположное поведение. По-видимому, загрязнение этим веществом напрямую влияет на поведение, касающееся как избегания хищников, так и поиска пищи^{23}.