د طارق عبدالعليم يكتب: تغير المناخ وعلم الوراثة لمقاومة المبيدات الحشرية
أستاذ مساعد – المعمل المركزي للمبيدات – مركز البحوث الزراعية – مصر
يعد تغير المناخ أحد أكثر القضايا إلحاحًا في عصرنا. تؤثر التغيرات في المناخ العالمي مثل ارتفاع درجات الحرارة، وارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون ، والتغيرات في مستويات الأشعة فوق البنفسجية، والتغيرات غير المتوقعة في هطول الأمطار بسبب الأحداث الجوية المتطرفة بشكل كبير على العديد من الموائل والنظم البيئية، مثل زيادة الجفاف وتوسع الأراضي الجافة في العديد من المناطق.
يؤدي التكيف مع هذه الظروف البيئية المتغيرة إلى تغييرات تطورية سريعة في العديد من الأنواع الحيوانية، بما في ذلك الحشرات. ونتيجة لهذه التغييرات التطورية، تخضع الآفات الحشرية الزراعية وناقلات الأمراض لتحولات في توزيعاتها الجغرافية وتغيرات في معدلات التمثيل الغذائي الخاصة بها مما قد يؤدي إلى المزيد من الأجيال في السنة.
ومن المتوقع أن يؤدي تغير المناخ إلى انخفاض في غلة المحاصيل بسبب زيادة الأضرار التي تسببها الآفات الحشرية، وزيادة في حدوث الأمراض التي ينقلها النواقل، مما يدفع إلى تحديات جديدة في إدارة هذه الآفات.
لقد بدأ الاستخدام التقليدي للمبيدات الحشرية الاصطناعية لمكافحة الآفات الحشرية الزراعية وناقلات الأمراض منذ عدة عقود من الزمان وكان ناجحًا إلى حد كبير. ومع ذلك، ومع تغير متغيرات المناخ، قد تصبح الاستراتيجيات الحالية في استخدام هذه المواد الكيميائية أقل فعالية في مكافحة هذه الآفات.
فرضيات تاثير التغيرات المناخية على صفة المقاومة :
- أن التغيرات في الظروف البيئية نتيجة لتغير المناخ قد تؤدي إلى انخفاض فعالية المبيدات الحشرية حيث أظهرت الدراسات أن درجة الحرارة يمكن أن تؤثر على سمية العديد من المبيدات الحشرية المستخدمة في مكافحة الآفات، مما يؤدي إلى انخفاض الفعالية.
- أن الاستجابات التطورية لتغير المناخ قد تؤدي إلى تغييرات سريعة في ترددات الأليلات للجينات المشاركة في مقاومة المبيدات الحشرية. ويرجع هذا إلى أن جينات مقاومة المبيدات الحشرية هذه لها تأثيرات متعددة على سمات أخرى، مثل تحمل الحرارة أو مقاومة الجفاف. وبالتالي فإن مقاومة المبيدات الحشرية والتكيف مع المناخ سوف يتطوران معًا.
قد يؤدي التكيف مع التغيرات في درجات الحرارة والرطوبة نتيجة لتغير المناخ إلى حدوث مقايضات أو تسهيلات في مقاومة المبيدات الحشرية بسبب تعدد الأشكال أو الآليات الجينية المشتركة أو الارتباط الجيني.
شكل: تاثيرات تغير المناخ على مقاومة المبيدات الحشرية .
تغير المناخ ومقاومة المبيدات الحشرية
- غالبًا ما يكون للحشرات والكائنات الحية الأخرى العديد من السمات التي تشارك في التكيف المناخي، بما في ذلك الاختلافات المورفولوجية والاختلافات الفسيولوجية مثل التغيرات في تحمل الحرارة ومقاومة الجفاف
- . قد تؤثر التفاعلات بين هذه السمات ومقاومة المبيدات الحشرية على استجابات الانتقاء في التكيف مع التحديات المزدوجة لتغير المناخ واستخدام المبيدات الحشرية.
- المناخ يمكن أن يؤثر على تطور المقاومة في الميدان من خلال نمذجة العلاقة بين البيانات المناخية طويلة الأجل واستخدام المبيدات الحشرية أو بيانات المقاومة في مناطق محددة.
أشار تحليل مقاومة البيرثرويد في سوس الأرض ذو الأرجل الحمراء، Halotydeus destructor ، وهي آفة رئيسية لصناعات الحبوب والرعي في أستراليا، عبر العديد من المناطق في غرب أستراليا إلى أن الاختلافات الإقليمية في الجفاف وموسمية درجات الحرارة وأنماط هطول الأمطار أثرت على النمط المكاني للمقاومة.
تقسيم تأثيرات تغير المناخ في تطور مقاومة المبيدات الحشرية إلى فئتين.
- الفئة الأولى :هي أن التكيف المناخي يؤدي إلى انخفاض أليلات مقاومة المبيدات الحشرية في الحقل. يمكن أن تكون الدراسات المختبرية التي تحقق في آثار هذه المتغيرات المتغيرة، مثل ارتفاع درجات الحرارة على أليلات مقاومة المبيدات الحشرية، مفيدة في إعلام كيف يمكن أن تتطور مقاومة المبيدات الحشرية مع حدوث تغير المناخ. على سبيل المثال، في حشرة الجندب البني ، ترتبط سلالة مقاومة للكلوربيريفوس بانخفاض أليلات مقاومة مقارنة بنظيراتها الحساسة في درجات الحرارة المرتفعة، مما يشير إلى أن آلية وراثية مشتركة قد تكمن وراء مقاومة الكلوربيريفوس والتوازنات مع تحمل الحرارة في الأنواع البعيدة.
- الفئة الثانية هي أن التكيف المناخي سيسهل أيضًا تطوير مقاومة المبيدات الحشرية، مما يؤدي إلى زيادة في أليلات مقاومة المبيدات الحشرية. ويرجع هذا التسهيل إلى أساس جزيئي مشترك يكمن وراء كل من التكيف المناخي ومقاومة المبيدات الحشرية. وبالتالي فإن الاختيار على سمة واحدة سيفضل السمة الأخرى أيضًا. ناقل الملاريا الرئيسي أنوفيليس أرابينسيس ، حيث تعيش الأفراد المقاومة في درجات الحرارة المرتفعة لفترة أطول من نظيراتها الحساسة، مما يشير إلى أن مقاومة المبيدات الحشرية زادت من اللياقة البدنية في درجات الحرارة المرتفعة.
ولتحديد السبب الذي قد يؤدي في بعض الحالات إلى التضحية بمقاومة المبيدات الحشرية، وفي حالات أخرى قد يسهل تغير المناخ المقاومة، فمن الضروري النظر إلى الآليات الجينية والجزيئية التي تكمن وراء هذه الحالات المختلفة من مقاومة المبيدات الحشرية والعوامل المناخية المعنية .
آليات أساسية لكيفية تأثير تغير المناخ على مقاومة المبيدات الحشرية
تسمح آليات مقاومة المبيدات الحشرية المختلفة، بما في ذلك تغييرات موقع الهدف، وإزالة السموم الأيضية، وانخفاض الاختراق، وزيادة الإخراج، والتغيير السلوكي، للحشرات بمقاومة التأثيرات السامة للمبيدات الحشرية.
ركزت الأبحاث حول القواعد الجينية والجزيئية لهذه الآليات في العقود القليلة الماضية بشكل عام على اثنين من هذه الأنماط المختلفة للمقاومة: مقاومة موقع الهدف والمقاومة الأيضية.
- مقاومة موقع الهدف هي نتيجة لطفرة جينية في هدف المبيد الحشري، مما يجعل المبيد الحشري غير قادر على الارتباط بالهدف أو يرتبط بكفاءة أقل. تشفر جينات الهدف هذه قنوات الأيونات مثل مستقبلات حمض جاما أمينوبوتيريك (GABA) وقنوات الصوديوم ذات البوابات الفولتية والتي تعد، على سبيل المثال، هدف مبيدات الحشرات البيرثرويدية
- المقاومة الأيضية تحدث عادة عندما يكون هناك نشاط متزايد للإنزيمات الأيضية مثل الإستريزات، الجلوتاثيون- S-ترانسفيرازات، السيتوكروم P450s . يرجع هذا عادةً إلى تطور العناصر التنظيمية السيس ، مما يؤدي إلى الإفراط في التعبير عن هذه الجينات الأيضية، أو تضخيم الجينات، مما يزيد من عدد نسخ هذه الجينات. في بعض الحالات، يمكن أن تؤدي التغييرات المشفرة في هذه الجينات أيضًا إلى زيادة نشاطها الأنزيمي، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات استقلاب المبيدات الحشرية. عادةً ما يكون للأليلات التي تمنح مقاومة الموقع المستهدف والأيض ترددات مرتفعة في السكان تحت الضغط الانتقائي لاستخدام المبيدات الحشرية المستمر.
