我们都见过伴随气候变化讨论的冰川消退和受困北极熊的图像。但二氧化碳水平上升也产生更微妙、不那么为人熟知的影响，并可能对许多动物群体构成福音。例如，在未来高二氧化碳环境中，食草昆虫将大有裨益，因为气体浓度上升会损害它们所食植物的防御能力。
植物和食草昆虫之间正在进行一场我们很少能察觉到的无声战争，其中化学物质既是武器也是信使。咀嚼的下颚会触发茉莉酸等信号分子的产生，这些分子向植物的其他部分、邻近的个体，甚至寄生蜂发出入侵者存在的信号，寄生蜂会攻击害虫，并将它们变成黄蜂卵的活体储藏库。
即使植物的某些部分被吃掉，战斗也尚未结束。例如，甲虫依靠称为半胱氨酸蛋白酶的酶来消化它们吞食的植物蛋白，并释放有价值的氨基酸供昆虫自身生长。但当植物检测到茉莉酸信号时，它们会产生称为“半胱氨酸蛋白酶抑制剂” (CystPIs) 的化学物质，这些物质会阻断昆虫的消化酶，并阻止它们充分消化食物。
但随着二氧化碳水平上升，这些防御可能会崩溃。伊利诺伊大学的豪尔赫·扎瓦拉及其同事发现，二氧化碳水平升高会降低大豆利用茉莉酸信号的能力。这会缩减它们的防御性 CystPIs 储备，使其更容易受到饥饿害虫的侵害，其中包括两种贪婪的甲虫——西方玉米根虫 (Diabrotica virgifera) 和日本金龟子 (Popillia japonica)。鉴于大豆是一种日益重要的粮食作物，阻止昆虫吃掉它们符合我们的利益，这样我们才能取而代之。
防御失败
扎瓦拉的研究是创新性大豆自由空气浓度富集 (SoyFACE) 实验的一部分。在这里，大豆在真实的田间条件下生长，但可以用与未来预测水平相符的二氧化碳进行熏蒸。目前，这些水平为百万分之 380，与工业革命开始时经历的百万分之 280 相比，已经有了相当大的增长。如果我们的排放不减，到 2050 年，大气中的二氧化碳含量将达到惊人的百万分之 550。
此前，扎瓦拉发现，在这些浓度下种植的大豆地块吸引了更多的这些植物捕食者，这些捕食者寿命更长，产卵更多。大豆利用额外的二氧化碳产生更多的糖分，但扎瓦拉发现，这种额外的营养成分不能完全解释饥饿昆虫的涌入。
他通过分析在正常或升高二氧化碳条件下生长的植物叶片中五个基因的水平来解开这个谜团。其中三个——acc、lox7 和 lox8——用于产生防御性信号分子。当受到日本金龟子攻击时，在富含二氧化碳的空气中生长的植物未能像在正常条件下生长的植物那样充分诱导这三个基因。相比之下，大豆暴露于二氧化碳并未影响它们对两个与防御无关的对照基因的使用，无论甲虫是否存在。
由于缺乏通常的信号分子激增，高二氧化碳植物的防御能力比环境二氧化碳植物差。它们微薄的基线 CystPIs 储备大约只有一半，当甲虫入侵时，它们能够调集大约少 40% 的增援。
甲虫的优势
由于这种松懈的防御，甲虫能够消化更多的食物。扎瓦拉发现，如果玉米根虫和日本金龟子以在高二氧化碳水平下生长的大豆为食，它们肠道中消化蛋白酶的活性会高出约 40%。
扎瓦拉坦率地承认，其他植物是否会受到类似影响尚不清楚，但他打算查明。大豆防御能力减弱是否会抵消它们在高二氧化碳水平下享受的增长，也尚不清楚。但它们的问题可能不仅限于甲虫。
茉莉酸等信号分子除了产生 CystPIs 外，还控制着其他防御以及植物内部各种重要的过程。如果二氧化碳水平上升抑制了这些信使分子的水平，它们可能会使植物对更广泛的食草动物毫无防御能力，并加剧任何潜在的损失。
参考文献：doi:10.1073/pnas.0800568105；论文将于本周在 PNAS 发表。
图片由 Evan Delucia 和 PiccoloNamek 提供。
