قام فريق من الباحثين من معهد ماكس بلانك للإيكولوجيا الكيميائية في جينا بألمانيا وجامعة فيرجينيا بالولايات المتحدة الأمريكية، بدراسة تأثير تلوث هواء الأوزون المرتفع على التواصل الكيميائي بين الزهور والملقحات. أظهروا أن حشرات التبغ فقدت جاذبيتها لرائحة أزهارها المفضلة، عندما تم تغيير تلك الرائحة بواسطة الأوزون. وبالتالي، فإن هذا الملوث المؤكسد يزعج التفاعل بين النبات والملقِّح، وهي علاقة تطورت على مدى ملايين السنين. ومع ذلك، عندما تُمنح الفرصة، يتعلم العث بسرعة أن الرائحة الملوثة غير المستحبة قد تؤدي إلى رحيق مغذي.
التلقيح في الأنثروبوسين”Anthropocene”
يعتبر التلقيح من الخدمات الحيوية للنظام البيئي، والتي تقوم بها الحشرات بشكل أساسي. حيث تجذب الأزهار الحشرات باستخدام روائح الأزهار، ويتم ذلك عن طريق إشارات كيميائية يمكن أن تفضلها الملقحات فطريًا. هذا التفضيل هو نتيجة العلاقة التطورية المشتركة بين الأزهار وملقحاتها التي تطورت على مدى ملايين السنين.
فقبل أن نبدأ، لابد أن نعرف أولًا ما هو الأنثروبوسين “Anthropocene”؟
لمدة 20 عامًا تقريبًا، تم استخدام مصطلح الأنثروبوسين”Anthropocene” في المجتمع العلمي للإشارة إلى العصر الجيولوجي الذي يكون فيه البشر مسؤولين عن العديد من التغييرات في العمليات البيولوجية والجوية. ومع ذلك، وحتى وقت قريب، لم يُعرف الكثير عن تأثيرات تغير المناخ، الذى كان البشر سببًا فيه، وتلوث الغلاف الجوي على الروائح البيئية الطبيعية، التي توّلد الاتصالات الكيميائية بين الكائنات الحية.
قام فريق من الباحثين من معهد ماكس بلانك “Max Planck Institute” للبيئة الكيميائية وجامعة فيرجينيا “University of Virginia” بالتحقيق فيما إذا كان تلوث الهواء الناتج عن الأوزون الناتج عن الإنسان يؤثر على جذب عثة أو فراشة التلقيح لرائحة إحدى أزهارهم المفضلة.
فما هو الأوزون أولًا؟ الأوزون هو مادة مؤكسدة، ورمزه الكيميائي “O3″، وهي مادة كيميائية شديدة التفاعل وملوثة معروفة بأنها تسبب أمراض الجهاز التنفسي لدى البشر. الآن، يُعتقد أيضًا أن الأوزون يغير رائحة الأزهار التي تنبعث منها لجذب الملقحات.
في تجاربهم؛ استخدم العلماء دودة التبغ ذات القرون “Manduca sexta”. يقول قائد الدراسة ماركوس كنادين “Markus Knaden”؛ الذي يرأس مجموعة بحثية في قسم علم التشريح العصبي التطوري في معهد ماكس بلانك: دودة التبغ ذات القرون “Manduca sexta” هي النموذج المثالي لدراستنا.
على الرغم من أنها تنجذب بشدة إلى روائح الزهور، إلا أنها تستخدم أيضًا نظامها البصري، لتحديد موقع الأزهار. غالبًا ما تشترك الأزهار التي تجذب عثة الصقر في مركبات محددة في مزيجها، وتكون واضحة جدًا من الناحية المرئية بسبب لونها الأبيض الناصع”.
حدد فريق البحث أولًا التركيبات الدقيقة لرائحة الأزهار -مع زيادة محتوى الأوزون وبدونه- والتركيزات الخاصة بمكونات الرائحة الفردية باستخدام كروماتوغرافيا الغاز (Gas Chromatography)، بالنسبة للروائح المعدلة بالأوزون؛ استخدم الباحثون تركيزات الأوزون التي يمكن قياسها في الأيام الحارة في الموائل الطبيعية لعثة التبغ.
اختبروا استجابات العث في المقايسات السلوكية في نفق الرياح؛ مما سمح للحشرة بالتحقيق في كل من رائحة الأزهار الأصلية ورائحة الأزهار المعدلة بالأوزون.
قال كنادين “Markus Knaden” واصفًا ما لُوحظ خلال التجارب: “لقد فُوجِئنا، بل صُدمنا، من أن الانجذاب الفطري لرائحة أزهار التبغ فُقد تمامًا في ظل وجود زيادة في مستويات الأوزون”.
حشرات التبغ قادرة على التعلم
بقيّ السؤال ما إذا كان الأوزون الموجود في الهواء سيفسد شهية الجوع والبحث عن عثة التبغ، أم أنه سيمنع الحشرات من العثور على مصدر غذائها. هل ستكون الحشرات قادرة على اكتشاف أنه حتى روائح الزهور الملوثة يمكن أن تقدم مكافآت؟ للإجابة على هذا السؤال، اختبر الباحثون ما إذا كان بإمكان صقور التبغ أن يتعلموا قبول رائحة غير جذابة في البداية كإشارة غذائية إذا شموا رائحتها، مع تقديم مكافأة محلول السكر في نفس الوقت. قام الباحثون بتقييم العديد من الطرق المختلفة التي يمكن أن تتعلم بها العثة التعرف على الأزهار بناءً على رائحة الأزهار المعدلة بالأوزون. كان هذا أمرًا بالغ الأهمية لربط هذه التجارب بالتعلم في العالم الحقيقي. في العالم الحقيقي، لا تتأثر رائحة الأزهار بالأوزون إلا عندما تتحرك في اتجاه الريح وتختلط مع الأوزون. لمعرفة ما إذا كان بإمكان العث تعلم الروائح الزهرية المعدلة بالأوزون حتى عند فصلها عن مكافأة السكر عند الزهرة (الرحيق، وهو يتكون من واحد أو أكثر من السكريات، ويعمل كمكافأة لتعزيز التلقيح)، طور الباحثون تجربة حيث كان على العثة أن تتبع الرائحة المعدلة بالأوزون للزهرة، ولكن تم تقديمها مع الأصل. رائحة الزهرة التي تحتوي على مكافأة السكر.
بينما كنا نتوقع أن يتمكن Manduca sexta من تعلم روائح الأزهار الجديدة، ونأمل أن يتمكنوا من تعلم رائحة الأزهار الملوثة للزهرة المضيفة، فقد اندهشنا لرؤية أن Manduca sexta يمكن أن يتعلم مزيج الأزهار الملوثة بعدد من الطرق المختلفة، بما في ذلك تعلم الرائحة الملوثة التي تم فصلها عن مكافأة السكر. هذا النوع من التعلم، الذي فوجئنا بالعثور عليه في Manduca sexta يمكن أن يكون مهمًا جدًا في قدرة الحشرات على استخدام التعلم، للتعامل مع بيئاتها سريعة التغير”، هذا ما قاله المؤلف الأول برين كوك من جامعة فيرجينيا. وأيضًا ما هو جدير بالملاحظة ووثيقة الصلة بهذا النوع من الاستجابة لبيئة متغيرة، هو أنه يحدث في الوقت الفعلي، وليس على فترات زمنية تطورية.
القدرة على التعلم من Manduca sexta ليست واضحة تمامًا
على الرغم من أن الدراسة تُظهر أن حشرات التبغ يمكنها تعلم الاعتماد على روائح غير جذابة في البداية للتعرف على أزهارها، إلا أن تلوث الهواء لا يزال يُشكّل خطرًا جسيمًا على التلقيح والملقحات. قد يكون التعلم مفتاحًا للتعرف على النباتات المضيفة في البيئات الملوثة، ولكن أحد الأسئلة الرئيسية المتبقية من الدراسة، هو ما إذا كانت الملقحات قادرة على العثور على أزهارها في المقام الأول، وبدون التعرف على الروائح في البداية، لن يكون للملقحات سوى تلميحات بصرية، لمساعدتهم على تحديد موقع الزهور المضيفة من أجل معرفة الرائحة الزهرية المعدلة للتلوث، هناك جانبًا مهمًا آخرًا يجب مراعاته، وهو أن الملقحات الأخرى قد لا يكون لديها نفس السهولة، لتعلم الروائح الجديدة الموجودة في Manduca sexta. الملقحات المتخصصة، على سبيل المثال، قد لا تتمتع بهذه المرونة في التعلم. تلك الدراسة هي مجرد نقطة بداية. وستكون الدراسات الميدانية حاسمة، لفهم الأزهار والحشرات الأكثر تأثراً بالملوثات.
إن تلوث الهواء وتغير المناخ لهما عواقب بعيدة المدى على نظامنا البيئي؛ لم يتم دراسة وفهم كل هذه العواقب بأي حال من الأحوال. على سبيل المثال، ما زلنا نعرف القليل عن تأثير التغيرات الجوية على التواصل الكيميائي بين النباتات والحشرات. لا يتم تغيير روائح النباتات فحسب، بل يتم أيضًا تغيير فرمون الجنس الذي تستخدمه أنثى الحشرات لجذب الذكور.
التغيرات في الغلاف الجوي لديها القدرة على إحداث تغييرات في الفيرومونات، والتي يمكن أن تؤدي إلى فشل التزاوج. ارتفع معدل وفيات الحشرات بشكل كبير في السنوات الأخيرة، ويبحث الباحثون في جميع أنحاء العالم عن الأسباب. منذ عام 2020، يلعب مركز ماكس بلانك للجيل القادم من البيئة الكيميائية للحشرات، وهو تعاون بين جمعية ماكس بلانك وجامعتين سويديتين، يلعب فيه معهد ماكس بلانك للبيئة الكيميائية والمؤلفان المشاركان للدراسة، بيل هانسون وماركوس كنادين “Bill Hansson and Markus Knaden”، دور رئيسي، تم تخصيصه لهذا المجال من البحث.
المصادر: 1
كتابة: زهرة عابدين
مراجعة: رؤى غريب
تدقيق لغوي: سعاد حسن
