Planten communiceren met vluchtige organische stoffen (VOC’s, volatile organic compounds). ‘Dat zijn wat wij noemen gespecialiseerde metabolieten’, zegt Petra Bleeker, onderzoeker plant-insectinteractie aan de Universiteit van Amsterdam. Bij VOC’s kun je denken aan terpenen, aromatische stoffen, vetzuurkatabolieten en afgeleiden van aminozuren. ‘Die maakt een plant in de interactie met zijn omgeving,’ legt Bleeker uit. Bijen, bijvoorbeeld, gebruiken die stoffen voor navigatie naar nectar-bevattende bloemen.

Eenmaal uitgestoten hebben vluchtige stoffen maar een beperkte levensduur. Uv-straling van de zon samen met ozon (O₃) en radicalen in de atmosfeer, zoals hydroxy- (OH) en stikstofoxideradicalen (NO_x), zetten de afbraak in gang. De radicalen reageren met de aanwezige dubbele koolstof-koolstofbindingen. Dit resulteert in een heel scala aan afbraakproducten.

Insectenantenne

‘Op zich hoeft dat geen probleem te zijn’, zegt Bleeker. ‘De vluchtige stof waar ik mee werkte, veranderde na initiële emissie ook na contact met de atmosfeer, en het is juist die veranderde vorm die door een insectenantenne wordt opgepikt.’ Dat beaamt ook Silke Allmann, onderzoeker plant en tritropische interactie aan de Universiteit van Amsterdam: ‘Het hangt ervan af of de reactie op het signaal van zo’n geurstof geërfd is, zoals vaak bij feromonen, of iets is dat ze tijdens hun levensfase leren kennen en gebruiken.’

‘Het is juist die veranderde vorm die door een insectenantenne wordt opgepikt’

Petra Bleeker

Het blijft alleen niet bij die eerste afbraak; naarmate de afbraakproducten van geurstoffen meer en meer geoxideerd raken, beginnen ze ook samen te klonteren tot zogenaamde secundaire organische aerosolen (SOA’s). Luchtvervuiling vergroot het aantal aanwezige radicalen in de atmosfeer, wat weer de afbraak van vluchtige stoffen en de vorming van aerosolen versnelt.

Vervuiling zorgt zo niet alleen voor een snellere afbraak van het signaal, het kaapt ook nog eens het alternatieve signaal weg. Hoe planten en insecten op SOA’s reageren is onbekend. Maar studies naar de invloed van luchtvervuiling op plant-insect- en plant-plantcommunicatie zijn er in overvloed en die beloven weinig goeds.

Luchtvervuiling

Neem bijvoorbeeld de pijlstaartmot . Die kan teunisbloemen al op een kilometer afstand ruiken. De mot gebruikt met name de monoterpenen uit het geurboeket in zijn zoektocht in het donker. Maar in een vervuilde omgeving gaat dit minder goed, daar breken stikstofradicalen de monoterpenen versneld af. Op deze manier verkleint luchtvervuiling de afstand vanaf waar pijlstaartmotten hun bloem kunnen ruiken tot ongeveer 400 meter.

De communicatie tussen de pijlstaartmot en de teunisbloem is niet het enige luchtvervuilingsslachtoffer. ‘Wat we zowel in lab- als veldexperimenten vonden was dat luchtvervuiling in essentie de chemische signalen die insecten gebruiken om hun gastheer of doel te vinden afbreekt’, zegt James Ryalls, onderzoeker chemical ecology aan de University of Reading. Een recente overzichtsstudie uit zijn lab toont aan dat de afbraak van het geurbouquet van de plant voornamelijk nuttige insecten zoals bestuivers en natuurlijke plaagbestrijders hinderen.

‘Het lijkt er dus echt op dat ook SOA’s planten kunnen primen’

Silke Allmann

Luchtvervuiling heeft ook invloed op de communicatie tussen planten zelf. Een plant aangevreten door herbivoren produceert een specifiek geurstofmengsel, zogenoemde herbivore induced plant volatiles (HIPV’s). Een plant die dit mengsel waarneemt zet een signaalcascade voor het aanschakelen van zijn verdediging in werking. Zijn bladeren maken dan stoffen aan die herbivoren afstoten en roof- en parasiterende insecten aantrekken die de herbivoren te lijf kunnen gaan. En als voeding voor de aangetrokken parasiterende insecten stoten planten ook extra-floral nectar uit.

Zo kunnen in een omgeving vrij van luchtvervuiling HIPV’s van limabonen andere planten op tenminste zeventig centimeter afstand waarschuwen. Dit verandert op het moment dat er verhoogde concentraties van ozon aanwezig zijn. Limabonen in een omgeving met lichte luchtvervuiling hebben nog wel een zichtbare reactie op HIPV’s op twintig centimeter afstand, maar niet als de afstand groter is.

Hydroxyradicalen

‘We wilden weten wat er aan de hand was’, zegt Blande, hoogleraar chemical ecology aan de University of Eastern Finland. ‘We wisten dat wanneer VOC’s met ozon reageren, ze op den duur SOA’s gaan vormen.’ De vraag was of en hoe planten op die samengeklonterde stoffen reageren. Om dit te onderzoeken keken Blande en zijn team in zijn recente Science- paper naar de reactie van de grove den op secundaire organische aerosolen. Bij insectenvraat stoot de grove den van nature veel door herbivoren getriggerde vluchtige stoffen uit. ‘We verwachtten dat ozon een negatief effect op de interacties van de grove den had’, zegt Blande.

‘Luchtvervuiling breekt in essentie de chemische signalen af’

James Ryalls

De benodigde SOA’s voor het onderzoek produceerde de onderzoekers op een gecontroleerde manier in het lab. Hiervoor gebruikten ze de uitgestoten vluchtige stoffen van grove dennen die al dan niet waren aangevreten door korenwormen. De geproduceerde vluchtige stoffen vingen ze af en stelden deze vervolgens in een oxidatieve-flowreactor bloot aan uv-licht en een hoeveelheid ozon en hydroxyradicalen die overeenkomt met een lichtvervuilde omgeving. Opvallend was het verschil tussen de door de korenworm aangevreten den en de niet aangevreten variant. Waar de eerste grote hoeveelheden HIPV’s produceerde die de oxidatieve-flowreactor vervolgens omzette in SOA’s, produceerde de laatste zo weinig geurstoffen dat er tijdens de omzetting geen samenklontering was.

Een grove den blootgesteld aan de gevormde aerosolen lijkt er op het eerste gezicht niet op te reageren. De vluchtige stoffen die beschermende insecten aan moeten trekken blijven uit, terwijl je die wel ziet bij een aan HIPV’s blootgestelde grove den. Toch bleek de eerstgenoemde niet geheel onvoorbereid. Net als de laatste, schroefde ook een door aerosolen gewaarschuwde grove den zijn fotosynthese op. Daarnaast at de korenworm minder van zijn stengels en stootte de grove den daarbij meer geurstoffen uit dan een niet gewaarschuwde plant.

‘We verwachtten dat ozon een negatief effect op de interacties had’

James Blande

Niet alle informatie van VOC’s gaat dus bij afbraak en de daarop volgende samenklontering verloren, wat Blande fascinerend vindt. In het artikel suggereren de onderzoekers dat het verschil in reactie van de plant op vluchtige stoffen en aerosolen bijdraagt aan het inschatten van de afstand van de dreiging. ‘Dat is een interessante hypothese waarop mooi onderzoek kan volgen’, zeggen Bleeker en Allmann.

‘Het lijkt er dus echt op dat ook SOA’s planten kunnen primen’, vervolgt Allmann. ‘De vraag is nu wat er in de natuur gebeurt.’ Daar ontvangen planten niet enkel vluchtige stoffen of aerosolen, maar een mengsel. Ook kunnen jagende en parasiterende insecten de planten te hulp schieten. ‘Als je echt wilt zien of SOA’s een netto-positief effect hebben, dan moet je kijken of de volgende generatie meer zaden aanmaakt’, legt Allmann uit. Alles tezamen is het effect van luchtvervuiling op vluchtige plantencommunicatie nog niet zo simpel.

Blande, J.D., et al., Air pollution impedes plant-to-plant communication by volatiles. Ecology Letters, (2010), https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2010.01510.x

Chan, J. K., et al., Olfaction in the Anthropocene: NO₃ negatively affects floral scent and nocturnal pollination, Science (2024), DOI: 10.1126/science.adi0858

Ryalls, J.M.W., et al., Air pollution disproportionately impairs beneficial invertebrates: a meta-analysis. Nat Commun (2024), https://doi.org/10.1038/s41467-024-49729-5

Yu, H., et al., Biogenic secondary organic aerosol participates in plant interactions and herbivory defense, Science (2024), DOI: 10.1126/science.ado6779