มลพิษทางอากาศทำให้ผึ้งผสมเกสรรู้สึกสับสนอย่างไร ?

อากาศที่ปนเปื้อนไม่เพียงแต่เป็นอันตรายต่อมนุษย์เราเท่านั้น แต่ยังสามารถรบกวนประสาทสัมผัสอันละเอียดอ่อนของผึ้งในการหาดอกไม้ได้ด้วย

ในช่วงฤดูร้อนของปี 2018 และ 2019 นักนิเวศวิทยา เจมส์ ไรอัลส์ และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ออกไปที่ทุ่งใกล้กับเมืองเรดดิ้งในภาคใต้ของอังกฤษเพื่อสังเกตแมลงที่บินหึ่ง ๆ อยู่รอบต้นมัสตาร์ดดำ ทุกครั้งที่ผึ้ง แมลงวัน ผีเสื้อกลางคืน ผีเสื้อ หรือแมลงอื่น ๆ พยายามเข้าหาละอองเกสรหรือเกสรน้ำหวานในดอกไม้สีเหลืองเล็ก ๆ พวกเขาจะจดบันทึกไว้

นี่เป็นส่วนหนึ่งของการทดลองที่แปลกประหลาด เพราะแปลงปลูกต้นมัสตาร์ดบางแปลงถูกล้อมรอบด้วยท่อที่ปล่อยโอโซนและไนโตรเจนออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซมลพิษที่เกิดขึ้นรอบ ๆ โรงไฟฟ้าและรถยนต์ทั่วไป ส่วนแปลงอื่น ๆ มีท่อปล่อยอากาศปกติ

ผลการทดลองทำให้นักวิทยาศาสตร์ตกใจ ในภาพรวมนั้น พืชที่ถูกปกคลุมด้วยมลพิษมีแมลงมาเยือนน้อยลงถึง 70% และดอกไม้ของพวกมันได้รับการมาเยือนน้อยลง 90% เมื่อเทียบกับแปลงที่ไม่มีมลพิษ ระดับความเข้มข้นของมลพิษนี้ยังต่ำกว่าที่หน่วยงานกำกับดูแลของสหรัฐอเมริกาพิจารณาว่าปลอดภัยมาก "เราไม่คาดคิดว่ามันจะรุนแรงขนาดนั้น" ร็อบบี เกอร์ลิง ผู้ร่วมเขียนงานวิจัย นักกีฏวิทยาจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นควีนส์แลนด์ในออสเตรเลียและศาสตราจารย์พิเศษที่มหาวิทยาลัยเรดดิ้งกล่าว

งานวิจัยจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ ชี้ให้เห็นว่า มลพิษสามารถรบกวนการดึงดูดแมลงสู่พืช ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ประชากรแมลงหลายชนิดกำลังลดลงอย่างมากจากสารเคมีทางการเกษตร การสูญเสียที่อยู่อาศัย และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ พืชดอกไม้ป่าประมาณ 75% และพืชอาหารประมาณ 35% ต้องพึ่งพาสัตว์ในการเคลื่อนย้ายละอองเกสร เพื่อให้พืชสามารถผสมเกสรซึ่งกันและกันและก่อให้เกิดเมล็ด แม้กระทั่งต้นมัสตาร์ดดำที่ใช้ในการทดลองซึ่งสามารถผสมเกสรด้วยตัวเองได้ก็มีอัตราการผสมเกสรลดลง 14% ถึง 31% โดยวัดจากจำนวนฝักเมล็ด เมล็ดต่อฝัก และน้ำหนักฝักเมล็ดจากพืชที่ถูกปกคลุมด้วยอากาศสกปรก

นักวิทยาศาสตร์ยังคงศึกษาว่าผลกระทบของมลพิษเหล่านี้มีความรุนแรงและแพร่หลายเพียงใด และมันทำงานอย่างไร พวกเขากำลังเรียนรู้ว่า มลพิษอาจมีผลกระทบที่หลากหลายอย่างน่าประหลาดใจ ตั้งแต่การเปลี่ยนกลิ่นที่ดึงดูดแมลงมาสู่ดอกไม้ไปจนถึงการบิดเบือนความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการดมกลิ่น เรียนรู้ และจดจำ

เจฟฟ์ ริฟเฟลล์ นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันกล่าวว่า การวิจัยเหล่านี้ยังคงเป็นเรื่องใหม่ "เราเพิ่งแตะจุดเล็ก ๆ ของภูเขาน้ำแข็งในแง่ของผลกระทบเหล่านี้ที่มีต่อแมลงผสมเกสรเหล่านี้"

แมลงมักพึ่งพาการดมกลิ่นเพื่อนำทาง ในขณะที่พวกมันบินวนไปมารอบบริเวณที่อยู่อาศัย พวกมันจะเรียนรู้ที่จะเชื่อมโยงดอกไม้ที่เป็นแหล่งน้ำหวานและละอองเกสรที่ดีกับกลิ่นของมัน แม้ว่าบางสายพันธุ์ เช่น ผึ้งน้ำหวาน จะใช้ทิศทางจากเพื่อนในรังและสถานที่สำคัญที่มองเห็นได้ เช่น ต้นไม้ในการนำทาง แต่ผึ้งเหล่านี้ก็ยังต้องพึ่งพาประสาทสัมผัสในการดมกลิ่นอย่างมากในการค้นหาดอกไม้ที่ชื่นชอบจากระยะไกล กลุ่มที่ผสมเกสรในเวลากลางคืน เช่น ผีเสื้อกลางคืน มีความสามารถพิเศษในการดมกลิ่น "พวกมันสามารถดมกลิ่นกลุ่มดอกไม้เหล่านี้ได้จากระยะห่างหนึ่งกิโลเมตร" ริฟเฟลล์กล่าว

หนึ่งในผลกระทบของมลพิษ และสิ่งที่เกอร์ลิงสงสัยว่าเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้อัตราการผสมเกสรลดลงในสถานที่ที่อังกฤษ คือวิธีที่มันรบกวนกลิ่นหอมของดอกไม้เหล่านี้ กลิ่นหอมแต่ละชนิดเป็นการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของสารประกอบหลายสิบชนิดที่มีปฏิกิริยาเคมีและเสื่อมสลายในอากาศ ก๊าซต่าง ๆ เช่น โอโซนหรือไนโตรเจนออกไซด์ จะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลเหล่านี้อย่างรวดเร็วและทำให้กลิ่นหายไปเร็วกว่าปกติ "สำหรับกลิ่นที่มีปฏิกิริยาสูง กลิ่นสามารถเดินทางได้เพียงหนึ่งในสามของระยะทางที่ควรจะเดินทางได้เมื่อไม่มีมลพิษ" โฮเซ่ ดี ฟวนเตส นักวิทยาศาสตร์ด้านชั้นบรรยากาศจากมหาวิทยาลัยเพนน์สเตทในสหรัฐฯ ผู้จำลองอิทธิพลของโอโซนต่อสารประกอบกลิ่นดอกไม้ กล่าว

หากสารประกอบบางชนิดเสื่อมสภาพเร็วกว่าอีกสารประกอบหนึ่ง ช่อกลิ่นที่แมลงเชื่อมโยงกับพืชบางชนิดก็อาจเปลี่ยนแปลงไป ทำให้แมลงไม่สามารถจดจำได้ นักวิจัยและเพื่อนร่วมงานของเขาสังเกตเห็นสิ่งนี้ในการทดลองในอุโมงค์ลมที่พวกเขาใส่โอโซนเข้าไป อุโมงค์ยังติดตั้งอุปกรณ์ที่ปล่อยส่วนผสมของกลิ่นดอกไม้สังเคราะห์อย่างสม่ำเสมอ (ดอกไม้จริงจะเหี่ยวเฉา เบ็น แลงฟอร์ด ผู้ร่วมเขียนงานวิจัย นักเคมีบรรยากาศจากศูนย์นิเวศวิทยาและอุทกวิทยาแห่งสหราชอาณาจักรกล่าว)

เมื่อใช้เครื่องตรวจจับสารเคมี ทีมงานสังเกตเห็นกลุ่มกลิ่นดอกไม้สั้นลงและแคบลงเมื่อโอโซนกัดกินขอบของกลุ่มกลิ่น โดยที่สารประกอบบางอย่างหายไปทั้งหมด ในขณะที่บางสารยังคงอยู่

นักวิทยาศาสตร์ได้ฝึกผึ้งน้ำผึ้งให้ตรวจจับกลิ่นดอกไม้ช่อเดิมโดยการให้ผึ้งได้สัมผัสกลิ่นนั้น แล้วให้ผึ้งกินน้ำหวานผสมน้ำตาล จนกระทั่งผึ้งยื่นงวงออกมาโดยอัตโนมัติเพื่อรับรสเมื่อได้กลิ่นนั้น แต่เมื่อทดสอบผึ้งด้วยกลิ่นที่ถูกโอโซนทำให้เปลี่ยนไป ซึ่งเป็นกลิ่นที่แสดงถึงขอบของกลุ่มกลิ่นที่อยู่ห่างจากแหล่งกำเนิด 6 เมตร หรือ 12 เมตร มีเพียง 32% และ 10% ของผึ้งตามลำดับ ที่ยื่นงวงออกมา "ผึ้งกำลังดมกลิ่นที่แตกต่างไปอย่างสิ้นเชิงในตอนนั้น" แลงฟอร์ดกล่าว

นักวิจัยยังสังเกตว่า ด้วงลายแตงกวาและผึ้งหางอ้วนลายเหลืองดำมีปัญหาในการจดจำพืชที่เป็นเจ้าบ้านเมื่อระดับโอโซนเกินระดับหนึ่ง การสังเกตการณ์ที่น่าทึ่งที่สุดบางประการเกิดขึ้นในตอนกลางคืน ตอนที่มลพิษที่ทำปฏิกิริยาสูงมากที่เรียกว่าหมู่ไนเตรตสะสมปริมาณมากขึ้น ริฟเฟลล์และเพื่อนร่วมงานเพิ่งพบว่ามีผีเสื้อกลางคืนยาสูบฮอร์นเวิร์มจำนวนน้อยลงประมาณ 50% ที่ถูกดึงดูดไปยังต้นอีฟนิ่งพริมโรสที่มีสีซีดเมื่อกลิ่นของพืชถูกเปลี่ยนแปลงด้วยมลพิษเหล่านี้ และผีเสื้อกลางคืนสฟิงซ์ลายเส้นขาวไม่สามารถจดจำกลิ่นได้เลย นอกจากนี้ยังพบว่าจำนวนเมล็ดและผลลดลง 28% ในการทดลองผสมเกสรกลางแจ้ง "มันส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถของพืชในการผลิตเมล็ด" ริฟเฟลล์กล่าว

แมลงสามารถเรียนรู้ที่จะจดจำกลิ่นที่ถูกเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้หรือไม่ ? เพื่อให้แมลงสามารถจำแนกกลิ่นใหม่ ๆ ว่าเป็นสิ่งที่ให้รางวัล พวกมันจำเป็นต้องดมกลิ่นเหล่านั้นในขณะที่กำลังกินน้ำหวาน แต่ปัญหาคือกลิ่นของดอกไม้จะเปลี่ยนแปลงไปเฉพาะที่ระยะห่างจากดอกไม้บางระยะเท่านั้น เกอร์ลิงกล่าว บางทีแมลงบางชนิดอาจเรียนรู้ที่จะติดตามกลิ่นที่มีมลพิษในขณะที่พวกมันเข้าใกล้ดอกไม้ แต่จนถึงขณะนี้ก็มีแค่ในผีเสื้อกลางคืนยาสูบเท่านั้น

นอกจากนี้ มลพิษยังทำให้แมลงเรียนรู้ได้ยากขึ้นอีกด้วย ในการศึกษาปี 2019 เกอร์ลิงและเพื่อนร่วมงานได้ฝึกผึ้งน้ำหวานให้รู้จักกลิ่นโดยใช้วิธีน้ำหวานผสมน้ำตาล จากนั้นพวกเขาก็ให้ผึ้งสัมผัสกับควันไอเสียจากเครื่องยนต์ดีเซล หลังจากนั้น พวกเขาทดสอบผึ้งเพื่อดูว่ามีกี่ตัวที่ยังคงจำการฝึกได้และยังคงตอบสนองต่อกลิ่นนั้นโดยการยื่นงวงออกมา ที่น่าทึ่งคือ ผึ้งน้ำหวานเหล่านั้นจำกลิ่นได้น้อยลง 44% เมื่อผ่านไป 72 ชั่วโมงหลังจากสัมผัสไอเสียจากเครื่องยนต์ดีเซลเมื่อเทียบกับผึ้งที่ไม่ได้สัมผัส

"ดูเหมือนว่าพวกมันอาจจะไม่สามารถจดจำนั้นได้ดีนักและไม่สามารถเก็บความทรงจำนั้นได้ดี" เกอร์ลิงกล่าว สาเหตุยังไม่ชัดเจน อาจเป็นไปได้ว่าก๊าซทำให้เกิดความเครียดทางสรีรวิทยาในสมองของผึ้งซึ่งนำไปสู่การขัดขวางทางประสาทวิทยา ซึ่งอาจหมายความว่าผึ้งอาจลืมกลิ่นดั้งเดิมของดอกไม้ในอากาศที่มีมลพิษ หรืออาจลืมกลิ่นที่มีมลพิษหากพวกมันสามารถเรียนรู้ได้

อากาศที่สะอาดไม่เพียงส่งผลกระทบต่อประสาทการดมกลิ่นของแมลงได้ เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักนิเวศวิทยาเคมี มากาลี ปรอฟฟิต จากศูนย์นิเวศวิทยาการเชิงวิวัฒนาการและเชิงหน้าที่แห่งฝรั่งเศส (French Center for Functional and Evolutionary Ecology) และทีมงานของเธอได้เชื่อมอิเล็กโทรดเข้ากับหนวดของผึ้งหางเหลืองและตัวต่อมะเดื่อ พวกเขาพบว่า การให้แมลงสัมผัสกับโอโซนมักทำให้อวัยวะรับกลิ่นเหล่านี้ตอบสนองต่อกลิ่นได้น้อยลงอย่างมาก ผึ้งและตัวต่อที่สัมผัสกับระดับโอโซนปานกลางเคลื่อนไหวไปอย่างไร้ทิศทางแทนที่จะเคลื่อนไหวไปยังกลิ่นของพืชเจ้าถิ่น

ในจุดที่ระดับโอโซนสูง ตัวต่อมะเดื่อถึงกับหลีกเลี่ยงกลิ่น "มีบางอย่างเกิดขึ้นในระบบการดมกลิ่นของพวกมัน" ปรอฟฟิต กล่าว

มลพิษทางอากาศยังมีอิทธิพลเมื่อพืชดูดซับมลพิษเหล่านั้นด้วย ลอร่า ดูเก้ นักนิเวศวิทยาจากมหาวิทยาลัยเวิร์ซบวร์ก (Würzburg) ในเยอรมนีกล่าวว่า มลพิษสามารถเปลี่ยนแปลงกระบวนการเผาผลาญของพืชและส่งผลให้สารประกอบกลิ่นที่ดอกไม้ปล่อยออกมาเปลี่ยนไปได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช โอโซนอาจเพิ่มหรือลดจำนวนดอกไม้และอาจส่งผลต่อคุณภาพและปริมาณของน้ำหวานหรือละอองเกสรได้ นอกจากนี้ โอโซนยังสามารถมีอิทธิพลต่อเวลาการออกดอกได้อีกด้วย ดูเก้ กล่าว "เป็นไปได้ว่าอาจไม่มีการสืบพันธุ์ของพืชเลย หากช่วงเวลาการออกดอกและกิจกรรมของแมลงไม่ตรงกันโดยสิ้นเชิง"

เป็นเรื่องยากที่จะประเมินขนาดของผลกระทบเหล่านี้ต่อการผสมเกสรของพืช เอลซา ยังสเตดนักนิเวศวิทยาแมลงในเมืองจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนากล่าว เธอเป็นผู้ร่วมเขียนบทความในปี 2023 เกี่ยวกับการผสมเกสรในเมืองในวารสารประจำปีด้านนิเวศวิทยา วิวัฒนาการ และระบบวิทยา (Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics) แท้จริงแล้วมีงานศึกษาไม่กี่ชิ้นที่ได้วัดผลกระทบเหล่านี้อย่างชัดเจน ซึ่งรวมไปถึงการศึกษาของเกอร์ลิงในสหราชอาณาจักรและการศึกษาของริฟเฟลล์เกี่ยวกับผีเสื้อกลางคืน

โดยทั่วไปแล้ว คาดกันว่าผลกระทบจะรุนแรงที่สุดในเมืองใหญ่ ซึ่งได้รับผลกระทบจากมลพิษมาตั้งแต่ยุคอุตสาหกรรม แม้ว่าสิ่งนี้อาจทำให้เกิดการปรับตัวได้เช่นกัน ยังสเตดท์กล่าว การศึกษาพืชและแมลงที่อยู่นอกเมือง “อาจให้ภาพที่แตกต่างออกไป หากเราได้ศึกษาพืชและประชากรแมลงที่ได้รับมลพิษในเมืองมาเป็นเวลาหลายร้อยปีแล้ว”

ผลกระทบของมลพิษต่อแมลงยังไม่ชัดเจนเช่นกัน เมื่อแมลงไม่สามารถตรวจจับดอกไม้ได้ พวกมันจะพลาดโอกาสในการเก็บน้ำหวานหรือละอองเกสรสำหรับตัวเอง ลูก ๆ หรือรังของพวกมัน ฟวนเตสกล่าวว่าพวกมันต้องบินไปไกลขึ้นเพื่อค้นหากลิ่นดอกไม้ ทำให้เสียพลังงานมากขึ้น

และการเปลี่ยนแปลงของกลิ่นดอกไม้อาจเป็นเพียงปัจจัยหนึ่งในหลาย ๆ ปัจจัย อนุภาคมลพิษสามารถรบกวนความสามารถของแมลงวันบ้านในการดมกลิ่นอาหารได้ ตัวอย่างเช่น โอโซนยังเปลี่ยนฟีโรโมนของแมลงวันตัวผู้ ทำให้มีกลิ่นคล้ายตัวเมียมากขึ้น ทำให้ตัวผู้ไล่ตามตัวผู้ด้วยกันเอง

มลพิษยังสามารถส่งผลกระทบต่อการสืบพันธุ์และการอยู่รอดของแมลงโดยทั่วไปอีกด้วย เมื่อนำผลกระทบเหล่านี้มารวมกัน การศึกษาล่าสุดประมาณว่ามลพิษทางอากาศทำให้ประสิทธิภาพของแมลงผสมเกสรลดลงมากกว่า 30% นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องทำวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับสายพันธุ์ต่าง ๆ เกี่ยวกับความไวต่อมลพิษและการมีปฏิสัมพันธ์กับพืช โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่ยังไม่ได้รับการศึกษามาก เช่น ภูมิภาคทางใต้ของโลก

ตั้งแต่สารเคมีเกษตรไปจนถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ "เรามีปัจจัยอื่น ๆ ทั้งหมดเหล่านี้ที่ค่อย ๆ ลดความสมบูรณ์แข็งแรงของแมลง ทำให้ยากขึ้นสำหรับแมลงเหล่านี้ที่จะดำเนินวงจรชีวิตและกระบวนการตามปกติของพวกมัน" เกอร์ลิงกล่าว “ถ้าคุณทำให้การหา ดอกไม้ยากขึ้นไปอีก นั่นจะเป็นจุดเปลี่ยนที่ทำให้แมลงหรือรังผึ้งนั้นเข้าใกล้จุดเสี่ยงหรือไม่”