农用化学品分析与昆虫数量下降有关

很少有人喜欢臭虫、蚊子或棉铃象鼻虫，但昆虫在构成地球环境的生命循环中发挥着关键作用。事实上，世界著名生物学家 EO Wilson 曾说过，如果昆虫消失，我们的环境就会崩溃。

科学家注意到，昆虫的行为一直在变化，其数量也在减少——平均每年减少 2-3%。这促使他们调查这种变化的潜在原因，例如由于过度开发、气候变化和化学品使用而导致的栖息地丧失。

EMBL 的研究人员及其合作者最近研究了杀虫剂、除草剂和其他农用化学品对昆虫种群的影响。他们系统地将果蝇幼虫暴露于 EMBL 独特化学库中包含的 1,000 多种分子，该化学库以易于大规模筛选的形式存储了各种农用化学品。

这些果蝇幼虫来自多个地理位置，研究人员跟踪了它们的发育时间、行为和生命周期内的长期生存情况。他们发现，57% 的测试化学物质会显著改变果蝇幼虫的行为，即使已知剂量不会致命。较高剂量的化学物质会损害果蝇在接触相同剂量后的长期生存。

“我们发现，当我们将幼虫暴露于极低剂量的化学物质时，这种暴露会引起生理过程的广泛变化，而这些变化是它们发育和行为的核心，”在《科学》杂志上报告这些研究结果的论文的第一作者、EMBL 克罗克研究小组的博士后研究员 Lautaro Gandara 说道。

“当我们将生长室的温度提高四度时，这些变化更加严重——这一决定源于这样一种想法：全球气温一直在上升，可能会影响杀虫剂对幼虫的影响。”

科学家们首先将生长环境的温度提高两度(从 25°C/77°F 提高到 27°C/80.6°F)。当他们没有看到太大变化时，他们将温度进一步提高到 29°C/84.2°F，这仍然代表了世界上大部分地区夏季的温度范围。此时，他们看到了明显的影响。

“此外，我们混合了一些最常见的空气传播化学物质，剂量与生态相关，再次暴露于刚孵化时的果蝇。然后我们看到了更强烈的影响，”EMBL 小组负责人兼最近科学论文的资深作者贾斯汀·克罗克说。“我们观察到产卵率下降了 60%，预示着种群数量下降，但也出现了其他行为改变，例如更频繁地驼背，这种行为在未经治疗的组中很少见。”

“驼背”是指幼虫以夸张的方式弯曲或卷曲身体。这可能是压力或不适的表现，但更重要的是，可能存在潜在问题，例如毒性、神经系统影响或生理过程被破坏。

“从表面上看，驼背似乎无关紧要，但即使是很小的行为变化也会影响适应性，例如，如果它们对进食、交配和迁徙产生不利影响，”克罗克补充道。“科学家需要了解动物之间以及与环境之间的相互作用，以预测栖息地破坏或气候变化等变化对生态系统的影响。”

科学家们承认，他们还不知道这种驼背行为是否与他们发现的其他变化有关，比如产卵率降低。这两种行为可能毫无关联。尽管如此，花大量时间驼背而不是进食的幼虫很可能不会在自然环境中茁壮成长。

Gandara 和 Crocker 与其他几位科学家合作开展了这项研究。巴斯德研究所的 Jean-Baptiste Masson 和 François Laurent 以及 EMBL 的 Christian Tischer 团队提供了 AI 驱动的方法，以高统计分辨率了解行为效应。EMBL 的其他合作者包括拥有化学库的 Zimmermann 集团、拥有蛋白质组学专业知识的 Savitski 集团以及拥有计算生物学专业知识的 Zimmermann-Kogadeeva 集团。

合作者海德堡大学医院的研究组长 Vicky Ingham 和乔治华盛顿大学生物学副教授 Arnaud Martin 分别帮助 EMBL 的研究人员扩大了实验范围，将蚊子和红蝶纳入其中，他们发现了相似的模式，从而能够验证实验方法和结论。

“昆虫——即使是那些看起来像害虫的昆虫——对地球来说也至关重要。它们为我们食用的植物授粉，是食物网的重要组成部分，”甘达拉说。“长期以来，人们一直在推测昆虫行为变化的各种原因，但现在这项研究有助于澄清一个重要的促成因素。这项研究最大的收获之一是，即使是少量的某些化学物质也会产生影响。”

动物行为在维持生态系统平衡方面发挥着至关重要的作用。此外，随着昆虫种群的减少，遗传多样性也随之减少，而遗传多样性对于物种适应当前和未来的环境变化至关重要。

“这项研究的积极方面是，我们获得了关于哪些化学物质可以引起某些分子变化以及相关行为和发育变化的新知识，”克罗克说。“通过提供有关化学物质影响和毒性的数据，这些检测可以转化为更好地保护人类健康和环境的监管和工业实践。”

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