تناقض در طبیعت: درختانی که هوا را آلوده می‌کنند

به گزارش اکوایران، سال‌هاست که ما گیاهان را به خاطر توانایی‌شان در پاکسازی هوا و کمک به مبارزه با آلودگی هوا تحسین می‌کنیم. با این حال، آنها ممکن است به شیوه‌ای غیرمنتظره در آلودگی هوا نیز نقش داشته باشند و در حالی که ممکن است برخی از آنها فقط سعی در دفع آفات داشته باشند اما این سازوکار خاص دفاع شخصی آنها به محیط زیست آسیب می‌رساند.

محققان مدت‌هاست می‌دانند که گیاهان یک ماده شیمیایی طبیعی به نام ایزوپرن(isoprene)  ترشح می‌کنند، اما اینکه دقیقاً چرا و چگونه گیاهان این کار را انجام می‌دهند، نوعی معما بود.

اگرچه فرض بر این بود که این یک روش مقاومت در برابر آفات است، اما هیچ مدرک تجربی برای اثبات این موضوع وجود نداشت.

اکنون انتشار مطالعه‌ای که تقریباً چهار دهه به طول انجامیده، در مجله Science Advances ، نشان می‌دهد چگونه ایزوپرن به عنوان یک حشره‌کش طبیعی برای محافظت از برگ‌های گیاه در برابر حشرات عمل می‌کند.

گیاهان در شرایط محیطی دشوار مانند فشار گرمایی، تمایل به تولید ایزوپرن بیشتری دارند. برای این منظور، گیاهان تا ۲ درصد از کربن ذخیره شده خود را برای سنتز ایزوپرن آزاد می‌کنند. تخصیص منابع قابل توجه به تشکیل ایزوپرن، اهمیت آن را نشان می‌دهد.

محققان دانشگاه ایالتی میشیگان برای نشان دادن نقش محوری این ترکیب، آزمایش‌هایی انجام دادند. در آزمایش‌های گلخانه‌ای، محققان گیاهان تنباکو را برای انتشار ایزوپرن مهندسی زیستی کردند و مشاهدات را با گیاهان تنباکو که ایزوپرن تولید نمی‌کردند، مقایسه کردند.

این تیم دریافت که آفتی به نام کرم شاخدار(Manduca sexta) به شدت به برگ‌های غیر منتشرکننده ایزوپرن حمله می‌کند و برگ‌های منتشرکننده ایزوپرن را به حال خود رها می‌کند.

به گزارش ایسنا، سپس 10 روز مشاهده نشان داد که گیاهان ظرف دو ساعت به هجوم آفات پاسخ می‌دهند. نتایج نشان داد که حشراتی که از برگ‌های ایزوپرنی تغذیه می‌کنند، برخلاف حشراتی که برگ‌های معمولی را می‌جوند، رشد کوتاهی نشان می‌دهند که احتمالاً ناشی از مشکلات گوارشی ناشی از قرار گرفتن در معرض این ماده شیمیایی است.

این در حالی است که ایزوپرن آنطور که فکر می‌کنید، عمل نمی‌کند. خود ایزوپرن برای حشرات سمی نیست. در عوض، واکنشی را در گیاهان ایجاد می‌کند که سطح جاسمونیک اسید را افزایش می‌دهد. این امر هضم پروتئین‌های گیاه را برای حشرات دشوار می‌کند.

تام شارکی نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: این دفاع خود ایزوپرن نبود، بلکه نتیجه کاری بود که ایزوپرن با گیاه انجام داد.

با این حال این مکانیسم کنترل آفات طبیعی با هزینه زیست‌محیطی همراه است. ایزوپرن یک ترکیب آلی فرار(VOC) است که توسط گیاهانی مانند درختان بلوط و صنوبر تولید می‌شود. ایزوپرن دومین هیدروکربن منتشر شده در زمین پس از انتشار متان ناشی از فعالیت‌های انسانی است که هنگامی که در محیط زیست قرار می‌گیرد، با نور خورشید و اکسیدهای نیتروژن تعامل می‌کند تا ازن سطح زمین را تشکیل دهد، ازنی که یک آلاینده مضر مرتبط با مشکلات تنفسی و نگرانی‌های زیست‌محیطی است.

اکنون کشف این مکانیسم ایزوپرن، محققان را با یک انتخاب دشوار روبرو کرده است. اینکه آیا باید گیاهان منتشر کننده ایزوپرن بیشتری را برای مهار حملات آفات و بهبود امنیت غذایی پرورش دهیم یا توانایی محصولات تجاری را برای تولید این ماده شیمیایی به امید محافظت از هوایی که تنفس می‌کنیم، محدود کنیم؟

شارکی با جمع‌بندی معضلی که مهندسان زیستی آینده با آن مواجه خواهند شد، پرسید: آیا باید ایزوپرن را به گیاهان زراعی اضافه کنیم تا در برابر حشرات محافظت شوند و تأثیر آن بر لایه ازن را تحمل کنیم یا باید گیاهان را از نظر ژنتیکی مهندسی کنیم تا آنزیم ایزوپرن را تا حد امکان خاموش کنند تا وضعیت هوا بهبود یابد؟