آنچه در نگاه اول یک مزرعه آرام ذرت بهنظر میرسد، در واقع یک کارخانه زیستی بسیار فعال است. لاروهای «کرم غوزه ذرت» در میان دانهها تغذیه میکنند، سپس در خاک تغییر شکل میدهند و بعد در جریانهای گرم شبانه بهعنوان مهاجرانی قدرتمند در مسافتهای طولانی ظاهر میشوند.
دانشمندان اکنون دریافتهاند که این حشرات در کشاورزی مدرن، سریعتر از حد تصور تکامل پیدا میکنند. تنها یک نسل که با رژیمهای ترکیبی ذرت امروزی تغذیه شده باشد، میتواند با بالهایی بسیار متفاوت ظاهر شود؛ بالهایی با تواناییهای جدید برای پرواز، مهاجرت و گسترش مقاومت.
رژیم غذایی ذرت چگونه بالهای کرم غوزه را تغییر میدهد
رشد و توسعه کرم غوزه ذرت به کیفیت مواد مغذی درون بلالها بستگی دارد. دانههای غیرسمی معمولاً باعث شکلگیری بالهایی فشرده و استاندارد میشوند. اما دانههای حاوی سم Bt نوعی فشار رشدی ایجاد میکنند که روی چندین ویژگی مرتبط با پرواز تأثیر میگذارد.
ترکیب دانههای غیرسمی و Bt در کنار هم شرایطی به وجود میآورد که بسیاری از پژوهشگران را شگفتزده کرده است. لاروهایی که با این ترکیب تغذیه میشوند، بالهای باریک، بلند و نوکتیز ایجاد میکنند.
چنین بالهایی شبیه لبههای هواپیماهای تندرو هستند و نیروی برا را در سفرهای طولانی فصلی افزایش میدهند.
تحلیل «مورفومتریک هندسی» نشان میدهد که میان گروههای تغذیهشده با انواع مختلف ذرت، تفاوتهای آشکاری وجود دارد. فشار انتخابی متوسط بیشترین تغییرات ظاهری را ایجاد میکند. خطوط کاملاً غیرسمی، بالهایی گردتر دارند.
خطوط کاملاً Bt با دو یا سه سم، بالهایی کوتاه و پهن تولید میکنند. اما دانههای ترکیبی پناهگاه (Refuge) به شکلگیری بالهای کشیده و نوکتیز منجر میشوند. اندازه بدن این نتایج را توضیح نمیدهد و جنسیت نقش قابل توجهی در تنوع دارد.
باد چگونه رفتار بال را شکل میدهد
مدلهای المان محدود نشان میدهند هر نوع بال تحت فشار باد چگونه خم میشود. میزان تغییر شکل الاستیک، میزان سختی رگبالها را نشان میدهد.
فشار انتخابی متوسط، بالهایی ایجاد میکند که در سرعتهای هوایی بالا بیشتر خم میشوند، نشانهای از کاهش سختی.
جمعیتهای بدون انتخاب، خمیدگی متوسطی دارند. انتخاب شدید، ساختارهای مقاومتری با خمیدگی کمتر ایجاد میکند. اما بالهای پناهگاه ترکیبی کمترین خمیدگی را دارند و این موضوع از توانایی تأمین برا در پروازهای بلندمدت حکایت دارد.
با افزایش سرعت باد، میزان خمشدن بالها در همه گروهها بیشتر میشود، اما هر گروه الگوی جداگانهای از واکنش نشان میدهد. بالهای ماده در برابر خمشدن مقاومت بیشتری نسبت به نرها دارند.
زاویههای رگبال باریکتر در بالهای پناهگاه ترکیبی باعث کاهش خمیدگی در بادهای شدید میشود و این ویژگی میتواند نقش مهمی در جابهجاییهای فصلی داشته باشد.
پرواز نیروی محرک مهاجرت کرم غوزه ذرت است
کرم غوزه یکی از مهمترین آفات محصولات کشاورزی در ایالات متحده است. بخش وسیعی از مزارع به هیبریدهای Bt برای کنترل آن متکی هستند. اما این مواجهه گسترده طی دههها، الگوهای مقاومت را در بسیاری از مناطق شکل داده است.
توانایی مهاجرتی این آفت، سرعت گسترش آن را افزایش میدهد. شبپرههای خانواده Noctuid میتوانند صدها کیلومتر را با کمک باد طی کنند. بالهای جلویی نقش مهمی در صعود به لایههای هوایی دارند که جریانهای قویتر در آنها وجود دارد.
بالهای باریک شکلگرفته در رژیم پناهگاه ترکیبی، بهترین سازگاری را برای پرواز در ارتفاعات بالا دارند. ردیابی ژنتیکی نشان میدهد که در چنین شرایطی، فرکانس آللهای مرتبط با مقاومت به سرعت تغییر میکند.
گردهافشانی میان گیاهان سمی و غیرسمی، فشار انتخابی را در مزارع ترکیبی تقویت میکند.
کرم غوزه سریع تکامل یافته است
حرکت طولانیمدت مسیرهایی میسازد که برای گسترش مقاومت ایدهآل هستند. بالهای کشیده با لبههای باریک، پرواز طولانی با مصرف انرژی کمتر را ممکن میسازند.
حشراتی که بالهای بزرگتر و نوکتیزتر دارند، از جریانهای هوایی لایههای بالاتر نیروی برا بیشتری دریافت میکنند. این ویژگیها در نسلهای بعد منتقل میشود و جبهههای جدید جمعیتی را با توان پرواز بالا بهوجود میآورد.
گونههای مرتبط نیز الگوهای مشابهی نشان میدهند. قرار گرفتن لاروها در معرض سم Bt، رفتار پروازی در ارتشکرمها و بولوُرمها را تغییر میدهد.
سختی بال با تاریخچه مقاومت در کرم سیب و ریشهخوار ذرت مرتبط است. قدرت رگبالها نیز توان حرکت و سرعت استقرار را تحت تأثیر قرار میدهد.
هیبریدهای ذرت ویژگیهای آفتها را بازطراحی میکنند
پژوهشگران میان شرایط پناهگاه ترکیبی و تغییرات سریع مورفولوژیک ارتباط یافتهاند. هیبریدهای کاملاً Bt فشارهایی متفاوت با خطوط کاملاً غیرسمی ایجاد میکنند. رژیمهای ترکیبی، قرارگیری ناهماهنگ در معرض سم را بهوجود میآورند.
این نوع مواجهه باعث بقای دودمانهای مقاوم میشود و بالهایی مناسب سفرهای طولانی شکل میدهد.
«بالهای حشراتی که از رژیم ترکیبی سمدار و غیرسمی تغذیه میکردند، سختتر بود و امکان پرواز در بادهای قویتر را فراهم میکرد»
— دومینیک رایزیگ، دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی
الگوهای فصلی نشان میدهد که نرخ مهاجرت کرم غوزه در بسیاری از ایالتهای جنوب شرقی بسیار بالا است. بخش قابل توجهی از حشرات بالغی که در تابستان وارد مناطق پنبه و سویا میشوند، از مزارع دوردست جنوب آمدهاند.
بالهای کرم غوزه چگونه ساخته میشوند
تحلیل رگبالها تفاوتهای قابل توجهی میان گروههای آزمایشی نشان میدهد. فرمهای باریک و نوکتیز ناشی از رژیم پناهگاه ترکیبی، سختی را در لبههای پیشین متمرکز میکنند.
خطوط کاملاً غیرسمی بالهایی کوتاه و گرد ایجاد میکنند که سختی یکنواختتری دارند. خطوط کاملاً Bt الگوهای میانی دارند و پهنتر میشوند، اما کارایی آیرودینامیکشان کاهش مییابد.
مدلسازی با استفاده از شبیهسازی اسکلت میلهای نشان میدهد که تنش چگونه در رگبالها توزیع میشود.
بالهای پناهگاه ترکیبی در سرعتهای باد بالا تغییر شکل کمتری تجربه میکنند، درحالیکه انتخاب متوسط در خطوط Bt باعث خمیدگی بیشتر میشود. انتخاب شدید نتایج میانی ایجاد میکند.
گسترش مقاومت در حرکت
لاروهای مواجهشده با سم Bt تحت انتخاب شدید قرار میگیرند. تحلیل ژنومی نشان میدهد که تنها در یک فصل، امضاهای ژنتیکی مرتبط با مقاومت در مزارع ترکیبی افزایش چشمگیری پیدا میکند.
چندین ناحیه نزدیک ژنهای خانواده Vip3A و Cry تغییرات قابل توجهی در فراوانی آللها نشان میدهد.
حشرات مهاجر قادرند ژنهای مقاوم را به مناطق دوردست منتقل کنند. بالهای باریک امکان صعود به لایههای هوایی بالا را فراهم میکنند.
جریانهای صعودی و بادهای قوی شبانه این حشرات را طی زمانی کوتاه در مسافتهای طولانی جابهجا میکند. این موضوع برنامهریزی منطقهای برای مدیریت مقاومت را پیچیدهتر میکند.
راهکارهای کنترل گسترش کرم غوزه
پژوهشهای جدید نشان میدهد که در راهبردهای پناهگاه کنونی شکافهایی وجود دارد. طرحهای بذر ترکیبی، دانههای سمی و غیرسمی را در یک مزرعه مخلوط میکنند.
گردهافشانی متقابل، غلظت سم را در دانههایی که لاروها مصرف میکنند کاهش میدهد. این مواجهه ناهماهنگ، فشار انتخابی قدرتمندی ایجاد میکند و ویژگیهای مرتبط با پرواز را شکل میدهد.
تحلیل مورفومتریک همراه با مدلسازی بیومکانیکی، بینش دقیقتری نسبت به آزمایشهای پرواز فراهم میکند.
نسبتهای بدنی، وزن شفیره و محیط رشد لاروها نیز بر توان پراکنش تأثیر دارند. رفتار پرواز حاصل برهمکنش چندین عامل است، نه فقط شکل بال.
جمعیتهای کرم غوزه در سیستمهای کشاورزی در حال تغییر همچنان تکامل پیدا میکنند. یک نسل میتواند تغییرات قابل توجهی در شکل بال ایجاد کند که به سفر طولانیتر کمک میکند. ادامه پژوهشها برای تفسیر روند مقاومت در مقیاس چشماندازی ضروری است.
این مطالعه در مجله Environmental Entomology منتشر شده است.
