دشمنِ دشمن یک گیاه

گیاهان از مواد شیمیایی برای مبارزه با آفات استفاده می کنند.
برخی از گیاهان زمانی که توسط کرم خورده می شوند، می توانند موادی شیمیایی تولید کرده و از گونه‌های خاصی از حشرات تقاضای کمک کنند. هنگامی که فرا خوانده شوند، این حشرات تخم خود را درون این کرم ها باقی می گذارند.
گیاهان هنگامی که مورد حمله آفات قرار می گیرند بایستی در جای خود بایستند. هیچ راه فراری وجود ندارد. برخی از گیاهان می توانند با استفاده از خارهای خود، پوست ضخیم و طعم تلخ، حشرات و سایر مهاجمان را دفع کرده و از خود دفاع نمایند. اما برای بسیاری از گیاهان، بهترین دفاع یک حمله خوب است. این گیاهان – از جمله برخی از انواع ذرت‌ها و پنبه‌ها- درخواست کمک می کنند. و موجودات محافظ اغلب پاسخ داده و مهاجمان گیاه را شکار می کنند.
البته، گیاهان به معنای واقعی کلمه فریاد نزده و این گونه درخواست کمک نمی کنند. در عوض، موادی شیمیایی تولید کرده که مواد فرار نامیده می شود. چنین مواد شیمیایی به راحتی تبخیر شده و با باد حرکت می کنند. بوی این بخارها حشرات و دیگر کمک کننده‌ها را جذب کرده که محققان آنها را "محافظان" نامیده‌اند.
این موجودات محافظ آفاتی که به گیاه حمله کرده اند را می خورند. بنابراین، در صورتی که گیاهان دشمنی داشته باشند، محافظان دشمن دشمن گیاهان خواهند بود. گیاهان توانایی تولید این مواد شیمیایی را مدت ها پیش پیدا کردند. با این حال دانشمندان تنها این سیگنال دهی مخفی را در سال 1988 کشف کردند. از آن زمان به بعد، محققان به کاوش در خصوص چگونگی استفاده گیاهان از این مواد شیمیایی برای برقراری ارتباط با حیوانات نموده‌اند. یافته‌های غیر منتظره آنها به کشاورزان در افزایش مقدار محصولات تولیدی آنها کمک کرده است – آنها اکنون نیاز کمتری به استفاده از آفت کش‌های سمی دارند.
فریاد قوی
با "تلاش برای تصور این که گیاه بودن چه حسی دارد"، 25 سال پیش، Marcel Dicke چگونگی برقراری ارتباط گیاهان با استفاده از مواد فرار را کشف کرد. به عنوان یک حشره شناس، دیک حشرات را در دانشگاه واگنینگن (Wageningen University) در هلند مورد مطالعه قرار داد. در 1980، او و یک زیست شناس به نام Maurice W. Sabelis در دانشگاه آمستردام به مطالعه‌ی گیاهان لوبیا و کنه‌های عنکبوت که برروی آنها ظاهر شده بودند، پرداختند.
کنه‌ها حشره نبوده اما از خانواده دور عنکبوت ها هستند. سایز هر کنه در حدود یک دانه‌ی فلفل است. اما هنگامی که تعداد آنها زیاد شود می توانند یک گیاه لوبیا را از بین ببرند. گیاه خوش شانس است زیرا شکارچیان کنه از خوردن کنه عنکبوت لذت می برند.
یک شکارگر کنه دشمن طبیعی کنه عنکبوت است. همچنین دوست گیاه لوبیا می باشد.
پس از آزمایشات بسیار، دیک و سابلیس نشان دادند که گیاهان لوبیا در هنگام حمله‌ی کنه مواد فراری آزاد می کنند. اگرچه، انسان نمی تواند بوی این مواد را حس کند، شکارچیان کنه می توانند. مانند یک زنگ شام، این بوها می توانند محافظان لوبیا را به خوردن فرا خوانده که می تواند موجب نجات گیاه شود.
از زمان اولین اکتشاف، دانشمندان دریافته‌اند که تقریبا تمامی گیاهان می توانند چنین مواد فراری برای درخواست کمک ایجاد نمایند. بنابراین حال که محافظان در دسترس هستند، چرا کشاورزان نیازمند استفاده از آفت کش‌های شیمیایی برای گیاهان خود هستند؟ دیک توضیح داد: "درخواست کمک برخی از گیاهان قوی‌تر از دیگران است. در واقع او اشاره کرد "برخی از گیاهان تنها زمزمه می کنند (درخواست کمک آنها ضعیف است)".
در سال 2012، حشره شناس Thomas Degen در دانشگاه نوشاتل سوئیس در آزمایشات خود با شش نوع ذرت این مسأله را نشان داد. تیم او از دستگاهی با نام مستعار "بازوکا" برای انداختن تعداد بسیاری از آفت های ذرت، کرم های ارتشی ، در میان گیاهان استفاده کرد. این دانشمندان همچنین دو نوع حشره که کرم های ارتشی را می خوردند، آزاد نمودند. سپس زیست شناسان مواد شیمایی فرار که هر نوع ذرت پس از شروع آفات به خوردن برگ‌های گیاه، تولید کرده بود را اندازه گیری نمودند. آنها همچنین آفات هر بوته را وزن نمودند.
ذرتی با درخواست قوی، بویی 15 برابر نسبت به ذرتی با درخواست ضعیف انتشار داد. گیاهان ذرت که قوی‌ترین درخواست را از لحاظ شیمایی داشتند، کمترین تعداد کرم های ارتشی را دارا بودند (اندازه گیری شده توسط وزن). بنابراین تولید مواد فرار به گیاهان ذرت برای جلوگیری از خورده شدن کمک نمود.
مارسل دیک در سل 1988 راز سیگنال های شیمیایی که گیاهان برای درخواست کمک در زمان حمله‌ی حشرات انتشار می‌دهند را کشف نمود.
شروع حمله‌ی اولیه
متأسفانه زمانی که گیاه محافظان را به سمت خود جلب می کند، ممکن است خیلی دیر شده باشد. آفات ممکن است تا آن زمان گیاه را مجروح کرده باشند. این اتفاقی است که برای گیاهان ذرت تخریب شده توسط کرم های ساقه خوار می افتد. بیدهای بالغ این گونه، تخم های خود را برروی گیاهان در حال رشد قرار می دهند. هنگامی که کرم‌ها از تخم بیرون می آیند، شروع به تونل زدن به ساقه گیاه می کنند. گیاهان با پمپاژ مواد شیمیایی و جذب حشره کوچک واکنش نشان می دهند.
پس از اغوا شدن توسط بوی این ترکیبات، حشرات محافظ تخم خود را این بار برروی کرم قرار می دهد. قبل از آن که این کرم ها از تخم بیرون بیایند لارو حشره شروع به خوردن آنها می کند. در حالی که این مسأله ممکن است قبل از تولید مثل آفات را از بین ببرد، گیاه ذرت ممکن است در این زمان در حال مردن باشد.
این مسأله ممکن است خبر بدی در کنیا، شرق آفریقا، باشد. در آن‌جا، میلیون‌ها کشاورز ذرت های خود را در قطعاتی کوچکتر از زمین فوتبال می کارند. این تولید کنندگان می توانند 88 درصد محصول خود را در نتیجه‌ی زیان های وارده به ساقه‌های خود از دست بدهند. هنگامی که چنین اتفاقی بیفتد، خانواده گرسنه می ماند.
پس از احضار، یک حشره به لارو پروانه سفید حمله می کند.
اما چه می شد اگر گیاهان ذرت می توانستند خیلی زودتر پیغام کمک بفرستند – قبل از این که سوراخ های ساقه آنها را نابود کند؟ دو سال پیش، تیمی از دانشمندان به رهبری Amanuel Tamiru و Zeyaur Khan یافته‌هایی ارائه دادند که برخی از ذرت ها می توانند این کار را انجام دهند.
در مرکز بین المللی فیزیولوژی حشرات و اکولوژی (ICIPE) در نقطه امبیتا (Mbita) در کنیا، آنها در حال مطالعه‌ی برخی از انواع ذرت بودند که به طور سنتی در آمریکای لاتین رشد می یافته‌اند. این گیاهان پیغام های تنش را به سرعت زمانی که آفت‌ها شروع به تخم گذاری می کنند، ارسال می کنند. سال گذشته، آنها یافته هایی را گزارش کردند که برخی از ذرت‌هایی که در آفریقا رشد می یافتند نیز همین کار را انجام می دادند. این محصولات ذرت پیغام های تنش خود را قبل از این که کرم ساقه‌خوار از تخم درآمده و شروع به تغذیه نماید ارسال می کردند.
در آمریکای لاتین و آفریقا، یک جفت زنبور محافظ به پیغام تنش شیمیایی گیاه پاسخ می دهند. یکی از حشرات تخم های خود را برروی گیاهی می‌گذارد که تخم ها برروی آن سریع تر رشد می کنند. هنگامی که لارو آنها ظاهر شد، آنها از تخم های ساقه خوار تغذیه می کنند. حشره دیگر نیز همین کار را انجام می دهد، اما هدف لارو آن خوردن خود کرم ساقه خوار است. در همکاری با هم، این دوگونه زنبور با موفقیت ساقه خوار ها را قبل از این که آفات بتوانند گیاه ساقه خوار را از بین ببرند، نابود می‌نماید.
هنگامی که یک همسایه پیغام می فرستد
آیا درخواست کمک از یک گیاه تحت حمله، باعث بهره مندی گیاهان نزدیک و از همان گونه خواهد شد؟ این مساله ای است که Ali Zakir از دانشگاه علوم کشاورزی در آلنارپ سوئد، می خواست بداند. به عنوان یک اکولوژیست، او رابطه میان موجودات زنده و محیط زیست را مورد مطالعه قرار داد.
بید کرم برگ پنبه مصری، تخم های خود را برروی گیاهان پنبه قرار می دهد. پس از این که لارو آن پدید آمد، کرم‌ها برگ‌های گیاهان را می خورند. گیاه واکنش نشان داده و بویی که حشرات محافظ را به خوردن کرم های برگ جذب کند، ساطع می نماید.
تجهیزات، مواد شیمیایی فرار که از هر دو گیاه سالم و آسیب دیده ساطع می شود را جمع آوری می کنند.
ذاکر و تیم او سال گذشته گزارش دادند، اما بیدهای کرم برگ نیز به این بو واکنش نشان داده و از گیاه دور می شوند. این بو به این معناست که دیگر لارو کرم برگ شروع به خوردن گیاه پنبه کرده است. این چیزی است که بیدهای آفتی که تازه به آنجا رسیده اند آن را درک می کنند.
آنها نگران این هستند که آفات موجود بسیاری از برگ ها را قبل از این که تخم بید فرصتی برای از تخم بیرون آمدن داشته باشد، خورده باشند. این می تواند باعث شود که نوزادان او از گرسنگی بمیرند. یا ممکن است آفات وارد شده نگران آمدن حشرات محافظ بسیار باشند. این امر همچنین می تواند بقای نوزادان او را تهدید نماید.
هر دلیلی که برای تصمیم آفات ورودی وجود داشته باشد، گروه ذاکر دریافتند، بید کرم های علف خوار بالغ که مواد شیمیایی تنش را برروی گیاهان اطراف حس کرده باشند فرار کرده و تخم های خود را در جای دیگری می گذارند.
بیدهای آفت تخم کمتری در پنبه های نزدیک گیاهی که بو ساطع کرده و سیگنال می داد که مورد حمله واقع شده است، گذاشتند. بنابراین بله، ذاکر نشان داد، گیاهان سالم از پیغام تنش همسایگان خود سود می برند.
دیک همچنین نشان داده است هنگامی که گیاه پیغام های فرار کمکی تولید می کند، گیاهان همسایه‌ی آن گونه برای انجام همان کار آماده می شوند. دانشمندان این عمل را "آماده سازی" نامیده اند. قرار گرفتن یک گیاه در معرض سیگنال دهی مواد شیمیایی، همسایگان خود را آماده، یا آماده سازی، برای حمله قریب الوقوع می کند.
به روز رسانی ویژگی ها
اکنون که دانشمندان موفق به کشف نحوه ی برقراری ارتباط در بین گیاهان و حشرات شده‌اند، برخی از محققان به دنبال این هستند که این اطلاعات را به شکلی ترجمه نمایند که قابل استفاده ی کشاورزان باشد. برای مثال ، Dicke با پرورش-دهندگان درخت کار می کند تا خیارهایی تولید نمایند که به شکل مؤثرتری محافظان را به خود جذب نمایند. این گیاهان جدید دارای عطر بیشتر بوده و موجب جلب توجه بیشتری می شوند.
کرم های لوله ای در مقابله با سوسکهای ریشه خوار که به ذرت هجوم می برند، در بهبود صدمات وارده به ذرت مفید و موثر می‌باشند.
تا چند سال پیش، پرورش دهندگان درختان اطلاع نداشتند که گیاهان در اصل حیوانات را به کار گرفته اند تا حمله ی احتمالی افراد را دفع نمایند. برای مثال، پرورش دهندگان، انواع گوناگونی از ذرت را پرورش داده اند که بسیار سریع رشد نموده و خوشه‌های بزرگتری تولید می کنند (و همچنین مغز بیشتری دارند). یکی از عوارض جانبی آن که شناخته نشده بود این بود که این تغییرات همچنین گاهی اوقات توانایی ذرت را در فراخواندن حشرات محافظ خود از بین می برد.
برطبق نظر Ted Turlings، این عارضه ی جانبی بخش عمده ای از ذرت های آمریکایی را تحت تاثیر قرار داده است. وی حشره شناس دانشگاه نوشاتل می باشد. با این‌که انواع گوناگونی از ذرت در سرتاسر جهان وجود دارند، کشاورزان آمریکایی تنها انواع محدودی را می کارند، و این انواع تقریباً همگی شبیه یک‌دیگر هستند. اگرچه انواع ذرت های آمریکایی بسیار سریع رشد نموده و خوشه های بزرگ و سنگینی تولید می کنند، تنها تعداد محدودی از آنها می توانند در زمان حمله ی سوسکهای ریشه خوار محافظان خود را خبر کنند.
سوسکهای ریشه خوار ذرت کرم های واقعی نیستند. لاروهای سوسک های پرنده می باشند. این حشرات کرم مانند، در خاک زندگی نموده ورشد می کنند. و همچنین از ریشه های گیاهان ذرت تغذیه می نمایند. برطبق اعلام وزارت کشاورزی آمریکا، هرساله، این آفات به سبب تخریب محصولات و هزینه ی خرید آفت کش ها، 1 میلیون دلار خسارت به کشاورزان آمریکایی تحمیل می کند.
ریشه های برخی از گیاهان ذرت در زمان مورد حمله قرار گرفتن توسط این موجودات نوعی ماده ی شیمیایی از خود ترشح می کنند. این کار سبب جذب نوعی درندگان بسیار کوچک در خاک می شود که کرم لوله ای نامیده می شود. جالب است بدانید، این کرم های لوله ای با وجود اینکه فاقد عضو بینی در بدن خود می باشند به سمت این ماده ی شیمیایی کشیده می-شوند (این جانوران گوش و چشم هم ندارند). این محافظان ساکن خاک هر کدام حدود 2.5 میلیمتر (0.1 اینچ) یا کمتر از نصف مژه ی انسان طول دارند.
پرورش دهندگان جدید ذرت های آمریکایی، تصادفاً توانستند توانایی رهایی از وضعیت های سخت را پرورش دهند. دانشمندان تا سال 2005 از این موضوع خبر نداشتند، تا زمانی که Turlings در حال جستجوی راههای حفاظت ذرت ها از این آفت بود.
لاروهای سوسک ریشه خوار ذرت غربی. برخی از انواع ذرت می توانند کرم های لوله ای را که سوسک های حشره خوار را می خورند خبر کنند. دیگر انواع ذرت نمی توانند.
Turlings می گوید آنچه که مسأله را پیچیده می کند این است که سوسک های حشره خوار ذرت، مواد شیمیایی ترشح شده از ذرت را بسیار خوشمزه و مقوی می دانند. بنابراین زمانی‌که گیاهان آفت زده شروع به ترشح این ماده می کنند، این امر سوسک‌های حشره خوار بیشتری را ترغیب به آسیب به گیاه مذکور می کند. این امر بدین معناست که اقدامات گیاهان در حال پرورش جهت دور نمودن خطر نتیجه ی عکس برایشان به همراه دارد.
چِخ و چسب
در کشور کنیا، Khan راه زیرکانه ای جهت دفع آفات ذرت ابداع نموده است. وی یک گونه ی خاص از یک گیاه وحشی را بین ردیف های ذرت و گونه ای از یک علف کشنده را خارج از زمین های ذرت کاشته است. این گیاه ماده ی شیمیایی تولید می-نماید که آفات ذرت را دور نگه می دارد. و آن علف هم به عنوان طعمه جهت دور نگه داشتن آفات مورد استفاده قرار می گیرد – که در این بخش بیشترین آفات می میرند.
Khan در حال همکاری با John Pickett از مرکز تحقیقاتی Rothamsted می باشد (یک مرکز تحقیقاتی محصولات زراعی در انگلستان). با کمک یکدیگر، آنها موفق شدند مواد شیمیایی که ذرت هنگام حمله ی ذرت خواران تولید می کند را شناسایی نمایند. سپس این دو متخصص یک گونه از گیاه وحشی را در خانواده ی نخود شناسایی نمودند که همان مواد شیمیایی را از خود ترشح می کند. به علاوه، این گیاه این ماده ی شیمیایی را تمام مدت ترشح می نماید، حتی زمانیکه مورد حمله‌ی سایر آفت ها قرار نگرفته باشد.
از سال 1998 به بعد Khan به کشاورزان کنیایی آموزش می دهد که بین ردیف های ذرت یک ردیف Desmodium بکارند. این امر میزان برداشت ذرت را در هر سال افزایش می دهد.
Zeyaur Khan (سمت چپ) یک زوج کشاورز را در کنیای غربی ملاقات می کند. این کشاورزان با استفاده از سیستم کششی-فشاری (Push-Pull System) ذرت تولید می کنند. این سیستم به توانایی طبیعی گیاهان در دفع آفات بستگی دارد.
این سیستم بدین شکل عمل می کند: نسخه ی جعلی ذرت که همین گل وحشی می باشد، از خود پیام کمک تولید نموده و شب پره ها را به جان آفات می اندازد. این مرحله تنها یکی از مراحل استراتژی دومرحله ای است که Khan کششی-فشاری می‌نامد. در بخش دوم، کشاورزان علف ناپیر را با فاصله از زمین خود می کارند. این گیاه که اغلب جهت غذا دادن دام ها مورد استفاده است، شب پره های تخم گذار ساقه خوار را جذب می نماید. بنابراین همزمان که گل مذکور سعی می کند آفات را دور نگه داشته و از تخم گذاشتن آنها جلوگیری نماید، علف ناپیر آنها را (و همچنین تخم هایشان را) از ذرت های کاشته شده دور نموده و جذب می نماید.
این تخم ها همچنان می توانند حجم عظیمی از این آفات تولید نمایند – فقط این‌که علف ناپیر برای کرم ابریشم بسیار مضر می باشد. دلیلش این است که این علف بسیار چسبنده بوده و اکثر لاروهای آفات در آن گیر می افتند. تنها یکی از هر 5 لارو گیر افتاده بزرگ شده و زنده می ماند.
سیستم فشاری-کششی می تواند میزان ذرت موجود در زمان برداشت را تا سه برابر افزایش دهد. به این دلیل است که امروزه بیش از 55000 کشاورز در آفریقای شرقی از این سیستم استفاده می کنند. از جمله ی این کشاورزان می توان به مادربزرگ رئیس جمهور باراک اوباما اشاره نمود، زنی که وی او را مامانی سارا صدا می زند!
بسیار ساده است که گیاهان را موجوداتی غیرفعال بدانیم، زیرا نمی توانند حرکت کنند. اما هرچه محققان بیشتر تحقیق می‌کنند، بیشتر درک می کنند گیاهان چگونه نقش بسیار فعالی در اثرگذاری بر جهان اطرافشان دارند.

کلید واژه‌ها
حشره شناس: دانشمندی که به مطالعه ی حشرات می پردازد
بوم شناس: دانشمندی که ارتباطات بین موجودات زنده را بررسی می نماید.
هیره: موجودات بسیار ریز مرتبط با عنکبوت ها و کنه ها. این موجود حشره نیست.
لارو: نوع بلوغ نیافته ی حشرات. شکل جمع آن لاروها می باشد. (شکل مفرد در زبان انگلیسی : Larva و شکل جمع : Larvae)
کرم لوله ای: نوعی از کرم گرد، که معمولا در خاک یافت می شود. بسیار کوچک بوده و چشم و گوش و بینی هم ندارد.
انگل: ارگانیسمی که با سایر موجودات زنده زندگی می کند (آنها را میزبان می نامد) و به میزبان آسیب می رساند.
آفت کش: ماده ی شیمیایی مورد استفاده جهت کشتن آفات.
درندگان: حیواناتی که سایر موجودات زنده را کشته و از آن‌ها تغذیه می کنند.
آغاز: آماده شدن جهت استفاده یا عمل.
ماده ی فرار: ماده ی شیمیایی که به راحتی بخار می شود.