روش جنسی دانشمندان برای حذف آفت‌کش‌ها

زومیت: با تلاش گروهی از دانشمندان، امکان تولید انبوه فرومون‌هایی که مانع از تولیدمثل حشرات در نزدیکی محصولات کشاورزی می‌شود، امکان‌پذیر شده است.

کرم غوزه پنبه که رنگ کرمی دارد و طول آن فقط چند سانتی‌متر است، چندان به‌چشم نمی‌آید؛ اما این شب‌پره پرتحرک کشاورزان سراسر جهان را به‌ستوه آورده است. ماده‌ها می‌توانند هربار صدها تخم بگذارند که از آن‌ها کرم‌های پیله‌ساز سیری‌ناپذیری خارج می‌شوند. آن‌ها فقط محصول پنبه را نمی‌بلعند؛ بلکه به سویا، گوجه‌فرنگی، ذرت شیرین، فلفل و بسیاری از محصولات دیگر نیز حمله می‌کنند و گل‌ها، بافت‌های تولیدمثلی، میوه‌ها و هسته‌ها را می‌بلعند. آن‌ها می‌توانند کل محصول را به‌سرعت نابود کنند.

هرساله حشراتی مانند کرم غوزه پنبه بیش از ۲۰ درصد محصولات کشاورزی را در سراسر جهان از بین می‌برند. کشاورزان با استفاده از آفت‌کش‌ها با آن‌ها مبارزه می‌کنند؛ اما برخی از آفت‌کش‌ها برای سلامتی انسان خطرناک هستند و بسیاری از آن‌ها به اکوسیستم‌های اطراف آسیب می‌زنند. در این شرایط، واضح است که به رویکردهای سازگارتر با محیط‌زیست برای کنترل آفات نیاز داریم و یکی از راه‌حل‌ها می‌تواند هدف قراردادن غریزه جنسی این آفات باشد.

حشرات ماده می‌توانند در تاریکی مطلق و بدون هیچ‌گونه سیگنال شنیداری و از صدها متر و گاهی از بیشتر از یک کیلومتر، با استفاده از فرومون‌های جنسی حشرات نر را جذب کنند. نرها بوی این سیگنال‌های شیمیایی را دنبال می‌کنند و با ماده‌هایی که به آن‌ها می‌رسند، جفت‌گیری می‌کنند. سپس، ماده‌ها تخم‌هایی می‌گذارند که لاروهای گرسنه‌ای از آن‌ها بیرون می‌آید. این قدرت شیمیایی شگفت‌انگیز و چیزی است که می‌توان از آن برای اهداف خود بهره‌برداری کرد. هونگ لی وانگ، پژوهشگر گروه فرومون در دانشگاه لاند سوئد می‌گوید:

می‌توانیم ترکیبات فرومون مصنوعی را در مزرعه‌ای استفاده کنیم که در هوا آزاد می‌شوند و سیگنال اصلی حشرات ماده‌ را می پوشانند.

وانگ توضیح می‌دهد پوشاندن بوی جنسی موجب می‌شود که برای حشره نر پیداکردن حشره‌های ماده و جفت‌گیری با آن‌ها سخت‌تر شود. بنابراین، جمعیت حشره مدنظر کاهش پیدا می‌کند؛ یعنی آفات کمتری در آن ناحیه وجود خواهند داشت تا به محصولات آسیب بزنند. ده‌ها سال است که کشاورزان از فرومون‌های مصنوعی به این روش استفاده می‌کنند؛ اما تابه‌حال هزینه‌ها مانع از استفاده گسترده از آن‌ها شده است. تولید فرومون‌های مصنوعی بسیار پرهزینه بوده است؛ ازاین‌رو، استفاده از آن‌ها فقط برای حفاظت از محصولات گران‌قیمتی مانند میوه‌ها منطقی بوده است.

اکنون وانگ و همکارانش با کشف روشی برای تولید مقرون‌به‌صرفه و پایدار فرومون‌هایی که جذب‌کننده آفات نابودگر محصولات ارزان‌تر مانند کلم و لوبیا هستند، مسیر استفاده گسترده‌تر از فرومون‌ها برای کنترل آفات را هموارتر کرده‌اند. در مقاله‌ای که در مجله‌ی Nature Sustainability منتشر شد، این گروه نشان داد که چگونه می‌توان مقادیر قابل‌توجهی از دو فرومون مهم این حشره را از گیاه دانه روغنی کتان‌کش (Camelina sativa) تولید کرد. سپس، آن‌ها نشان دادند که فرومون‌های مصنوعی در آزمایش‌های شکار انبوه و ایجاد اختلال در جفت‌گیری کرم غوزه پنبه به‌خوبی عمل می‌کنند. کریستر لوفستد، یکی از نویسندگان مطالعه و استاد جانورشناسی کاربردی در دانشگاه لاند می‌گوید:

اولین کاری که باید انجام می دادیم، این بود که مسیرهای تولید فرومون را در حشرات مشخص کنیم.

کار گروه لوفستد با بررسی ژن‌های حشرات انجام شد تا ژن‌هایی را پیدا کنند که تولید فرومون جنسی مدنظر را کنترل می‌کنند. سپس، پژوهشگران این ژن‌ها را به بستر زیستی متفاوتی وارد کردند؛ به‌طوری‌که بتواند مقدار زیادی فرومون جنسی تولید کند (در این مطالعه گیاه کتان‌کش استفاده شد؛ اگرچه مخمر نیز کارآمد بود.

درنهایت، ترکیب مدنظر جداسازی و خالص‌سازی شد تا برای آزمایش در مزرعه آماده شود. فرومون‌های جدید مشتق‌شده از گیاه با استفاده از پخش‌کننده‌های فرومون در مزرعه‌ای آزمایش شدند و کارآیی آن‌ها با فرومون‌های مصنوعی مرسوم مقایسه شد. هر دو نسخه به یک اندازه در به‌دام‌انداختن حشرات و ایجاد اختلال در جفت‌گیری آن‌ها مؤثر بودند.

کارآیی فرومون‌های مصنوعی به‌شکل کاهش جمعیت حشرات نر در طول زمان نشان داده شد. این نتایج ثابت کرد که فرومون‌های مشتق‌شده از گیاه می‌توانند جایگزین مناسبی برای فرومون‌های مصنوعی باشند که معمولاً استفاده می‌شوند. اثبات اینکه روش جدید تولید فرومون کارآمد و مؤثر است، حدود یک دهه طول کشیده است. لوفستد می‌گوید:

اکنون به‌دنبال افزایش مقیاس این فرایند و عرضه آن‌ به بازار هستیم.

پژوهش گروه لوفستد راه را برای استفاده از ایجاد اختلال جنسی برای محافظت از محصولات دیگر دربرابر آفات نبز باز می‌کند. لوفستد می‌گوید:

باید بتوان از فرومون‌ها در تولید نیشکر و سویا نیز استفاده کرد.

حُسن فرومون‌ها این است که حشرات را نمی‌کشند و فقط بر رفتار آن‌ها تأثیر می‌گذارند. طبق توضیحات سرینیواسان راماسامی، حشره‌شناس مؤسسه تحقیقاتی World Vegetable Center، این امر موجب می‌شود که آن‌ها درمقایسه‌با آفت‌کش‌ها که اغلب گونه‌های زیادی را نابود می‌کنند که هدف نیستند، ازنظر زیست‌محیطی سازگارتر باشند.

آفت‌کش‌ها معمولاً در خاک، هوا، آب و روی ارگانیسم‌های غیرهدف در اکوسیستم‌های ما یافت می‌شوند. آن‌ها می‌توانند به گیاهان و حیوانات مختلف از میکروارگانیسم‌های خاک و حشرات مفیدی مانند زنبورها و گرده‌افشان‌ها گرفته تا عنکبوت‌ها و مایت‌ها و گیاهان، ماهی‌ها، پرندگان و سایر اشکال حیات‌وحش آسیب بزنند.

همچنین، حشرات تشخیص می‌دهند که آیا سیگنال فرومون خاصی از گونه خودشان است یا نه. این یعنی می‌توانید چرخه زندگی آفات خاصی را هدف قرار دهید؛ درحالی‌که حشرات دیگر را تحت‌تأثیر قرار ندهید. وانگ می‌گوید:

اختصاصی‌بودن یکی از ویژگی‌های بسیار واضح سیستم فرومونی است.

این سیستم نه‌تنها برای بسیاری از حشرات موجود در آن محیط، بلکه برای کشاورزان و مصرف‌کنندگان نیز مناسب است. فرومون‌های حشرات برای انسان‌ها سمی نیستند که مزیت واقعی برای کارگران مزارع به‌شمار می‌رود. لوفستد توضیح می‌دهد:

حشره‌کش‌های مرسوم تأثیر منفی روی باروری کارگران مزرعه می‌گذارند.

برخی از آفت‌کش‌ها سیستم‌های بدنی حشرات را هدف قرار می‌دهند که شباهت‌های فیزیولوژیکی با انسان دارند؛ مانند ناقل‌های عصبی. راماسامی می‌گوید:

وقتی درمعرض این آفت‌کش‌ها قرار گیرید، می‌توانند روی فیزیولوژی شما اثر بگذارند.

لوفستد می‌گوید مهم‌تر این که حشرات دربرابر سیگنال‌های ارتباطی خود مقاومت کسب نمی‌کنند؛ درحالی‌که دربرابر آفت‌کش‌ها مقاوم می‌شوند.

استفاده مکرر از خانواده آفت‌کش‌ها معمولاً به سازگارشدن حشرات منجر می‌شود و آن‌ها دیگر به همان مواد شیمیایی واکنش نمی‌دهند؛ بنابراین، برای اینکه شاهد تأثیر آن‌ها باشیم، باید مقادیر بیشتری را به‌کار ببریم که پیامدهای زیست‌محیطی وحشتناکی دارد. حتی اگر این تکنیک افزایش مقیاس پیدا کند، محدودیت‌هایی برای نحوه استفاده از آن وجود خواهد داشت. در این مورد، همکاری میان کشاورزان مجاور نیز بسیار مهم است؛ زیرا اگر منطقه‌ی بزرگ‌تری در نظر گرفته شود، اختلال در جفت‌گیری بهتر عمل می‌کند. آفات ماده ممکن است در بیرون مزارع جفت‌گیری و سپس سفر و در جای دیگری تخم‌گذاری کنند. لوفستد می‌گوید:

معمولاً استفاده از فرومون‌ها برای کنترل حشرات در باغچه خانه چندان موفقیت‌آمیز نیست.

مقرراتی نیز وحود دارد که باید از آن عبور کرد. راماسامی هشدار می‌دهد که این واقعیت که فرومون‌های مصنوعی که به شیوه توصیف‌شده تولید می‌شود، نوعی محصول دست‌کاری‌شده ژنتیکی (GMO) است، می‌تواند مانع بزرگی باشد و هزینه‌ها را افزایش دهد. لوفستد می‌گوید قوانین سخت‌گیرانه استفاده از GMOها در اروپا می‌تواند به این معنا باشد که اروپا این محصولات را از دست می‌دهد. درنهایت، محدودیت‌های زیستی برای میزان استفاده از فرومون‌ها نیز وجود دارد. آن‌ها گزینه‌ی مناسبی برای همه آفات نیستند. لوفستد توضیح می‌دهد:

همه حشرات فرومون جنسی ندارند.

برخی از حشرات ترکیبات پیچیده‌ای را تولید می‌کنند که مهندسی زیستی آن‌ها ساده نیست. در برخی موارد، فرومون جنسی از دو یا سه ترکیب تشکیل شده است. راماسامی می‌گوید:

در این صورت، به دو یا سه گیاه دست‌کاری‌شده ژنتیکی نیاز دارید و همه این‌ها باید بتوانند از مقررات عبور کنند.

واقعیت این است که برای پایداری کشاورزی ممکن است به ترکیبی از تکنیک‌های کنترل آفت نیاز داشته باشیم؛ مانند آفت‌کش‌های ساخته‌شده از قارچ‌ها یا ویروس‌ها و واریته‌های گیاهی مقاوم دربرابر آفات که درکنار فرومون‌های مهندسی‌شده استفاده شوند. بااین‌حال، درحال‌حاضر رقابت برای کنترل آفات شدید است: آفت‌کش‌ها به‌راحتی دردسترس قرار دارند، به‌سادگی قابل‌استفاده هستند، چندین حشره را هدف قرار می‌دهند و نسبتاً ارزان هستند. راماسامی می‌گوید:

اگر برنامه مدیریت تلفیقی آفات شامل پنج مؤلفه مختلف باشد، کشاورزان با آن موافقت نخواهند کرد.

به‌گفته‌ی او، کلید این مسئله پیداکردن راه‌حلی است که پایدار و درعین‌حال ساده باشد. با‌این‌حال، لوفستد معتقد است که فرومون‌های تولیدشده گیاه می‌تواند در آینده بخش بزرگی از رویکرد کنترل آفات باشد. او می‌گوید این شیمی سبز است که انرژی خورشیدی هدایتش می‌کند؛ بنابراین، اگر می‌خواهیم به شیوه پایدار عمل کنیم و از حیات‌وحش، محصولات کشاورزی و سلامت انسان محافظت کنیم، باید روش‌های کنترل آفاتی مانند این مورد را پیدا کنیم که به‌طور واقع‌بینانه بتوانند افزایش مقیاس پیدا کنند تا میزان استفاده از آفت‌کش‌ها کاهش پیدا کند.