تغییرات اقلیمی زندگی را در تمام سطوح، از کلاهک‌های یخی تا بال‌های حشرات، دگرگون می‌کند. اما فراتر از تغییرات شناخته‌شده در دما و الگوهای آب‌وهوایی، یک تغییر کمتر آشکار نیز در حال رخ دادن است.
یافته‌های تازه درباره تهدید یک آفت کشاورزی
یک مطالعه جدید که در مجله National Science Review منتشر شده، نشان می‌دهد که افزایش سطح دی‌اکسیدکربن (CO2) غریزه تولیدمثل یکی از مخرب‌ترین آفات کشاورزی جهان، یعنی کرم غوزه پنبه (Helicoverpa armigera) را مختل می‌کند.
این تغییر باعث می‌شود توانایی این حشرات برای انتخاب بهترین محل تخم‌گذاری کاهش یابد، موضوعی که می‌تواند اثرات زنجیره‌ای بر اکوسیستم‌ها، امنیت غذایی و راهبردهای مدیریت آفات داشته باشد.
چرا CO2 برای حشرات اهمیت دارد؟
حشرات با سازگاری فوق‌العاده خود از انقراض‌های بزرگ، عصرهای یخبندان و زمستان‌های آتشفشانی جان سالم به در برده‌اند. با این حال، سیستم‌های حسی دقیق آن‌ها را نسبت به تغییرات محیطی آسیب‌پذیر می‌کند. بسیاری از گونه‌ها از سیگنال‌های شیمیایی برای پیدا کردن غذا، جفت یا مکان تخم‌گذاری استفاده می‌کنند.
نقش CO2 در انتخاب محل تخم‌گذاری
برای گونه H. armigera، CO2 تنها یک گاز پس‌زمینه در جو نیست، بلکه نقش یک راهنما را دارد. پروانه‌های ماده می‌توانند تفاوت‌های بسیار جزئی در CO2 منتشرشده از گیاهان را تشخیص دهند و به سمت برگ‌های جوان‌تر که مقدار بیشتری از این گاز تولید می‌کنند، جذب شوند. این برگ‌ها معمولاً مواد غذایی بهتری برای رشد لاروها فراهم می‌کنند.
از سال 1750 تا 2023، سطح CO2 جو از 278 قسمت در میلیون (ppm) به حدود 420 ppm رسیده که عمدتاً نتیجه فعالیت‌های انسانی است. پیش‌بینی می‌شود این رقم تا سال 2100 به 1000 ppm برسد. این افزایش می‌تواند سیگنال CO2 را برای حشرات به‌قدری مخدوش کند که به جای یک راهنمای دقیق، تبدیل به یک نویز گیج‌کننده شود.
برگ‌های جوان CO2 بیشتری منتشر می‌کنند
تیم تحقیقاتی به رهبری آکادمی علوم کشاورزی چین ابتدا تأیید کرد که کرم غوزه پنبه برگ‌های جوان پنبه را ترجیح می‌دهد.
نتایج آزمایش‌های نیمه‌طبیعی
- در محفظه‌های نیمه‌طبیعی، پروانه‌های ماده جفت‌گیری کرده، بیشتر تخم‌های خود را روی برگ‌های جوان گذاشتند تا برگ‌های مسن.
- لاروهایی که از برگ‌های جوان تغذیه کردند، نرخ بقا، طول بدن و وزن بیشتری بعد از یک هفته داشتند.
- اندازه‌گیری‌ها نشان داد برگ‌های جوان حدود 200 ppm CO2 بیشتری نسبت به برگ‌های مسن منتشر می‌کنند، سیگنالی که پروانه‌ها قادر به دنبال کردن آن هستند.
این رفتار از نظر تکاملی منطقی است؛ تخم‌گذاری در جایی که غذا تازه و مغذی است، شانس بقای نسل را افزایش می‌دهد.
CO2 بالا باعث گیج شدن پروانه‌ها می‌شود
زمانی که گیاهان و کرم‌های غوزه در شرایط CO2 بالا پرورش یافتند، ماده‌ها ترجیح قوی خود برای برگ‌های جوان را از دست دادند.
تغییر در رفتار تخم‌گذاری
- پروانه‌ها تخم‌های بیشتری را روی برگ‌های مسن و کم‌ارزش گذاشتند.
- این رفتار می‌تواند سلامت لاروها را تهدید کند.
- به گفته پروفسور گوی‌رونگ وانگ، این تغییر مانند از دست دادن یک سیگنال کلیدی در سیستم GPS است؛ بدون سیگنال CO2 دقیق، حشرات نمی‌توانند مکان ایده‌آل تخم‌گذاری را پیدا کنند.
جالب اینکه فقط ماده‌های جفت‌گیری کرده به CO2 واکنش نشان دادند. ماده‌های باکره و نرها اگرچه آن را شناسایی کردند، اما هیچ واکنشی نداشتند که نشان می‌دهد عوامل هورمونی یا تغییرات مغزی در استفاده از این سیگنال نقش دارد.
سه گیرنده CO2 در کرم غوزه
حس CO2 در این آفت از سه ژن گیرنده چشایی – HarmGR1، HarmGR2 و HarmGR3 – ناشی می‌شود که در یک اندام حسی کوچک به نام لبیال پاپ قرار دارند. سیگنال عصبی از اینجا به مرکز پردازشگر خاصی در مغز به نام گلومرولوس اندام حفره لبیال منتقل می‌شود.
آزمایش حذف ژن‌ها با CRISPR
- بیشتر حشرات تنها دو گیرنده CO2 دارند، اما H. armigera به هر سه نیاز دارد.
- حذف هر یک از این گیرنده‌ها با فناوری CRISPR باعث شد حشرات توانایی واکنش به CO2 را از دست بدهند.
- از بین رفتن گیرنده باعث کاهش تعداد کل تخم‌ها نشد، بلکه محل تخم‌گذاری پراکنده و تصادفی شد.
این ساختار سه‌گانه ممکن است حساسیت بیشتر به سطوح مختلف CO2 را فراهم کند و در محیط‌های پیچیده مزیت تکاملی بدهد.
حشرات تنها به CO2 وابسته نیستند
حتی بدون حس CO2، پروانه‌های دستکاری‌شده اندکی تمایل به برگ‌های جوان داشتند. این نشان می‌دهد که سایر سرنخ‌ها مانند بو، طعم، لمس یا نشانه‌های بصری نیز در انتخاب محل تخم‌گذاری نقش دارند. با این حال، CO2 همچنان محرک اصلی است و اختلال آن می‌تواند راهبردهای تولیدمثل را با محیط ناهماهنگ کند.
پیامدهای زیست‌محیطی فراتر از مزارع پنبه
این آفت از بیش از 200 گیاه تغذیه می‌کند و خسارت‌های زیادی به محصولات وارد می‌کند. کاهش تولیدمثل ممکن است جمعیت را کم کند، اما احتمال سازگاری یا گسترش به مناطق جدید وجود دارد.
تغییر در رفتار تخم‌گذاری می‌تواند بر تعادل بین آفات، شکارچیان و گرده‌افشان‌ها اثر بگذارد. همچنین تغییرات شیمی گیاهان در شرایط CO2 بالا می‌تواند اثرات این اختلال را تشدید کند و بر کل جامعه حشرات اثر بگذارد.
هدف‌گیری حس CO2 برای کنترل آفات
دانشمندان سال‌ها در تلاش بوده‌اند تا با دستکاری حواس حشرات، جمعیت آن‌ها را کنترل کنند. CO2 هم‌اکنون برای جذب پشه‌ها و آفات خاکی به تله‌ها استفاده می‌شود.
رویکردهای نوین
به گفته دکتر چیویان چنگ، با هدف قرار دادن گیرنده‌های CO2 می‌توان روش‌های سازگار با محیط‌زیست برای کنترل آفات ایجاد کرد. یکی از روش‌های امیدوارکننده، تداخل RNA (RNAi) است که می‌تواند ژن‌های خاصی را غیرفعال کند و باعث شود کرم‌های غوزه تخم‌های خود را در مکان‌های نامناسب بگذارند.
البته این روش‌ها باید با دقت آزمایش شوند تا به گونه‌های غیرهدف و اکوسیستم آسیب نرسانند.
تغییرات اقلیمی به‌عنوان مختل‌کننده حسی
این مطالعه شواهدی تازه به این ایده می‌افزاید که تغییرات اقلیمی فقط باعث جابه‌جایی جغرافیایی گونه‌ها یا تغییر فصل‌های تولیدمثل نمی‌شود، بلکه می‌تواند به‌طور بنیادی در نحوه درک جهان توسط جانوران اختلال ایجاد کند.
برای حشرات که بقا آن‌ها به نشانه‌های شیمیایی وابسته است، این موضوع می‌تواند به‌شدت مخرب باشد. با رسیدن CO2 به سطوح بی‌سابقه، سیگنال‌هایی که حشرات طی میلیون‌ها سال برای دنبال کردن آن‌ها تکامل یافته‌اند، ممکن است دیگر قابل اعتماد نباشند.
در مورد کرم غوزه پنبه، این اختلال می‌تواند موفقیت تولیدمثلی را کاهش دهد یا الگوهای حمله به محصولات را به‌طور غیرقابل پیش‌بینی تغییر دهد. درک این تغییرات حسی برای کشاورزان و بوم‌شناسان کلیدی است تا بتوانند فشار آفات را در آینده پیش‌بینی کنند.
