人类正在改变自然的气味，这对野生动物构成了风险
向日葵生长在建筑工地附近。 图片来源：彭乔·楚科夫 / 盖蒂图片社
（神秘的地球uux.cn）据麻省理工学院出版社（汉娜·托马西）：全球范围内，人类活动正在改变我们星球的气味。在埃及，气温升高导致芳香茉莉花的产量减少;在法国，极端干旱减少了香气浓郁、夜间绽放晚香玉的产量，而晚玉是许多香水的主要成分;在意大利，极端气候正在改变佛手柑特有的花香柑橘香。
但人为因素也在重塑环境气味景观，这个词在20世纪80年代被创造，用来描述某一地理区域内所有气味的整体，方式更加微妙——而且可能更具危害性。
虽然人类在彼此间以及与周围世界的互动中主要依赖视觉和听觉，但许多其他生物则依赖嗅觉。例如蚂蚁需要气味来促进群体凝聚力;火鸡秃鹫靠气味引导远处的腐肉;雄蛾则利用气味在数百米外寻找雌蛾。芬兰东部大学化学生态学家詹姆斯·布兰德说：“气味非常重要，因为它介导生态系统中的许多相互作用。”
这些基于气味的互动对于维护直接惠及人类的生态系统服务至关重要，从为作物授粉的蜜蜂和蛾子，到回收死去和腐烂物质养分的苍蝇和粪金龟。完整的气味传播渠道对生物多样性的保护也可能非常重要。例如，许多稀有兰花物种利用气味吸引它们繁殖所需的共同进化传粉者，气味帮助帝王蝶引导它们选择产卵的植物类型。
越来越多的科学家正在记录人类如何改变植物和动物的化学信号。
但正如我们发现这些化学通讯渠道对自然界结构的重要性——以及我们从中获得的诸多益处——我们也在了解它们可能被我们的活动（包括气候变化和空气污染）严重破坏。
现在，科学家们正努力记录全球人为引起的气味景观变化——了解这些变化如何影响不同生物之间的交流，并试图弄清哪些系统具备适应能力，哪些可能面临失效风险。
华盛顿大学感官生物学家杰夫·里费尔表示，历史上感官污染领域的研究人员主要关注噪声和光线。而气味污染“非常难以掌握，因为你需要这些昂贵数十万美元的大型化学分析设备来进行表征。”而且，他说，“我们嗅觉不够灵敏。”
尽管面临这些挑战，越来越多的科学家正在记录人类如何改变植物和动物的化学信号。例如，研究人员发现空气污染会分解许多组成薰衣草特有香气的挥发性有机化合物（VOCs），而温度升高则显著减少草莓植物和野生白色矮牵牛花释放的花香。农业化学品如化肥和杀菌剂会在全球田地和果园中增加挥发性有机化合物（VOC）。
但要弄清楚这些变化如何影响生物之间的交流——以及这是否影响它们授粉、繁殖或其他生存的能力——可能很棘手，因为气味化学成分的客观差异并不总能预测它们被感知的不同。
为了进入传粉者的思维，分析气味需要变化多少才能变得难以辨认，研究人员通常使用一种叫做“口器伸展反应”的简单测试——这是一种对蜜蜂的巴甫洛夫犬。巴甫洛夫教狗将食物与铃声联系起来，从而诱发它们流口水，而研究人员则教蜜蜂将特定气味与糖的味道联系起来。一旦它们学会了这种关联，就会伸出喙——昆虫的舌头。
研究人员发现，空气污染会分解薰衣草独特香气的化合物。图片来源：Kathrin Ziegler / Getty Images凯瑟琳·齐格勒
利用这一范式，石溪大学传粉生物学家乔丹娜·斯普雷贝里及其同事教大黄蜂识别特定的花香气味，然后测试三种不同的杀菌剂如何影响蜜蜂识别这种气味的能力。“我们发现每一种测试的杀菌剂都有负面影响，”她说。每种杀菌剂在每种浓度下都会造成干扰。这对水果和蔬菜生产尤其成问题，因为这些作物通常需要昆虫授粉，且常常被大量杀菌剂处理。
在污染严重的地区，蛾子感知花朵的距离仅为工业化前的四分之一。
英国的一组研究人员也利用这种测试研究氧化性空气污染物——如臭氧和硝酸盐自由基（NO3）——对蜜蜂识别气味能力的影响。这些污染物在空气中自然存在，但由于汽车、发电厂以及石油天然气生产的排放，污染物会大幅增加。氧化污染物不仅会在现有香味上添加新的气味分子，而是与花香的不同成分发生反应，从而降解其气味。
研究人员教蜜蜂识别花香混合后，将这种气味释放到臭氧污染的空气中。距离气味源六米处，只有大约30%的蜜蜂还能辨认出气味。这种污染可能严重影响蜜蜂寻找花朵的能力，令人担忧的是，据估计蜜蜂贡献了全球约一半的农作物授粉。
虽然白天传粉者最受关注，但夜间传粉者对作物和野生植物也很重要。为了了解夜间授粉是否也会受到污染物的影响，里弗尔将注意力转向一种芳香、夜间开花的野花——淡晚樱草及其天蛾传粉者。
他和团队测量了报春花香氛中的化合物在暴露于夜间增加的NO3时的变化。虽然某些气味化合物对这些污染物相对耐受，但其他如β松烯（木质绿色气味）和更花香草本的β-奥西墨烯，在几秒钟内就开始降解。
接着，研究人员在华盛顿东部的实地地点设置了气味陷阱。在整晚，他们记录了传粉者访问真花的频率、纸质松果释放模拟花香的频率，以及因暴露于氮氧化物而降解的花香的松果。传粉者以相似的速度停留在真花和花香松果旁，但退化的香气访问量减少了约70%。这对双方来说都是坏消息：随着自然气味的分解，传粉者可能无法获得食物，而植物的繁殖机会也可能降低。
利用包括污染水平和天气条件在内的大气条件模型，结合氧化污染物分解关键花香的速度数据，里弗尔和同事绘制了蛾类在地球不同地点能够探测报春花的距离。团队发现，在污染更严重的地区，蛾子感知花朵的距离已降至前工业时代的四分之一。类似的建模策略可用于识别最易发生沟通中断和关键授粉服务损失的农田和宝贵生态系统。
研究显示，臭氧污染会分解信息素，对寻求交配的昆虫造成严重后果。
关于气味变化生态学的研究大多集中在授粉上——这是有充分理由的。里弗尔说：“当你去加拿大或美国的超市时，近70%的食物实际上是授粉的结果。”绝大多数野花植物还依赖昆虫和其他动物的授粉。
但植物与传粉者的互动只是气味构成我们世界的一小部分。人类活动如何影响其他类型的化学信息尚未被广泛探讨，但现有少数研究显示存在令人担忧的干扰。马克斯·克纳登，马克斯·普朗克化学生态研究所的研究员，正在探索臭氧如何改变昆虫间的化学传递。“问题在于[气味]分子对氧化剂非常敏感，”他说。“过去几百万年这都不是问题，但因为我们，问题越来越严重。”
克纳登的研究显示，臭氧污染会分解信息素，对寻求交配的昆虫造成严重后果。例如，臭氧改变的费洛蒙使雄蝇对雌蝇吸引力降低，雄性求偶行为增加。克纳登说，交配过程会让昆虫容易受到捕食，所以如果雄性浪费时间追求其他雄性，可能会在繁殖前被吃掉。
信息素分解还会以其他方式干扰交配：当Knaden团队将果蝇暴露在富含臭氧的空气中时，雌性更可能与不同物种的雄性交配，产生常常不育的杂交后代。
昆虫种群已经在全球范围内下降，这一现象已知由栖息地丧失和农药的广泛使用引发，但克纳登表示，氧化性污染物可能会加速这一下降。“如果你减少30%或50%的数量，昆虫之间定位已经更难了，”他说。“但如果你通过氧化他们的费洛蒙切断他们的通讯通道，这可能会带来额外效果。”
对于依赖气味来交流的生物来说，未来改变的气味景观会是什么样子？
“根据关系的不同，一些动植物能够应对这些变化，”印度塔塔基础研究所自然主义启发的化学生态实验室负责人香农·奥尔森说。“我们看到了系统的稳健，但也见过系统中的失败。”
有些昆虫学习很快：大黄蜂和蜜蜂只需几次训练就能学会吸引新的气味。虽然传粉食蚜蝇似乎天生被某些花香和颜色吸引，但奥尔森的研究显示它们也能学会避免这些气味，这表明有些昆虫对环境变化具有高度适应能力。
污染会改变地中海无花果的气味，使其对唯一的传粉者无花果蜂失去吸引力。
但有些昆虫可能活不过有意义的学习时间。研究人员发现，臭氧污染会改变地中海无花果的气味，使其对唯一的传粉者——无花果蜂失去吸引力。在野外，黄蜂寿命大约只有两天——很可能还不足以学会与它数百万年来共同进化的树木不同的气味。
学习也可能无法帮助昆虫抵御污染改变的性信号。“研究昆虫交配和昆虫信息素的人，”克努森说，“通常认为这是一个非常硬接线的系统。”
里弗尔说，好消息是，近几十年实施的空气质量法规对减少氧化性空气污染物产生了显著影响。在美国，臭氧和氮氧化物的水平——这些对人体健康有害——自1980年以来一直在缓慢但稳步下降。尽管如此，美国和欧洲许多地区仍经常面临这些污染物的不健康水平，全球臭氧暴露估计也在增加。
“我希望情况正在好转，”里弗尔说。“但我非常清楚，事情可能会发生非常剧烈且迅速的变化。我们都经历过这种情况——尤其是在美国，在过去一两年里。”为了防止这些人为污染物进一步影响动物通信系统，他补充道，“我们需要加强监管。”
对于农业化学品，如杀菌剂，Sprayberry表示，还需要更多研究来确定何时以及使用多少，以最大限度地减少作物因病害而损失，同时减少对蜜蜂造成干扰的嗅觉污染。最终，奥尔森说：“我们必须学会以对植物和动物破坏最小的方式共存。”
