يمكن أن تواجه المحاصيل مشكلة مزدوجة من الحشرات ومناخ دافئ

يمكن أن تواجه المحاصيل مشكلة مزدوجة من الحشرات ومناخ دافئ في الحرارة ، لا تستطيع نباتات الطماطم مقاومة دودة قرن التبغ الجائعة ، Manduca sexta. من www.shutterstock.com

لآلاف السنين ، انخرطت الحشرات والنباتات التي تتغذى عليها في معركة تطورية مشتركة: لتناول الطعام أو عدم تناوله. حتى وقت قريب ، حافظ الجانبان المتعارضان على جمود من نوع ما. ومع تغير المناخ ، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة الأكثر دفئًا إلى قلب التوازن لصالح الحشرات وتسبب خطرًا على المحاصيل والمزارعين الذين يميلون إليها.

فريق البحث لدينا في جامعة ولاية ميشيغان معهد مرونة النبات شاهد ما حدث في الطقس الحار عندما هاجمت اليسروع دودة القرن نبات الطماطم. فقدت الطماطم. لقد رأينا مبادلة مفاجئة من قبل المصنع خلال الموجة الحارة: لقد دافعت عن نفسها ضد اليرقات ولكن هذا الجهد منعها من التعامل مع الآثار الضارة للحرارة. أدى ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة النبات ، مما عزز يد اليرقات.

توقعت دراسة أجراها باحثون في عام 2018 أن كل درجة من الاحترار العالمي ستفعل زيادة فقد المحاصيل من الحشرات بنسبة 10٪ إلى 25٪ لأن تعداد الحشرات وشهيتها ترتفع في درجات الحرارة الدافئة. من المحتمل أن تؤدي المتغيرات الأخرى المتعلقة بالمناخ ، بما في ذلك فترات الجفاف الطويلة أو الفيضانات ، إلى تفاقم هذه الخسائر.

ولكن على الرغم من أن العلماء حددوا هذه التحديات المتنوعة لإنتاج الغذاء ، إلا أنهم ما زالوا لا يعرفون الكثير عن كيفية تأثير مزيج الحرارة والحشرات على أنظمة الدفاع المدمجة في النباتات.

تستشعر النباتات وتستجيب باستمرار للتغيرات في بيئاتها ، بما في ذلك وجود الحشرات الآكلة للنبات.

كيف تقاوم النباتات الآفات الحشرية

على عكس الحيوانات ، لا يمكن للنباتات الركض أو الاختباء من الحيوانات المفترسة. بدلاً من ذلك ، تنتج النباتات ترسانة من المواد الكيميائية السامة التي تصد هجوم الحشرات والمستهلكين الآخرين للنباتات.

إن إنتاج هذه المركبات مكلف وغالبًا ما يعيق نموها ، لذا فإن النباتات تنشر ترسانة الدفاع الكيميائي هذه فقط عندما تتضرر من حشرة مضغ. يتم تشغيل هذه العملية بواسطة هرمون جرح النبات ، جاسمونات ، الذي يتحكم بإحكام في التخليق الحيوي وتوزيع وتخزين مركبات الدفاع الكيميائي التي تطرد الحشرات.

لأكثر من 20 عامًا ، لقد درسنا كيفية jasmonate يحمي النباتات من أعشاب الحشرات. في الآونة الأخيرة فقط بدأنا نفكر في كيفية تأثير ارتفاع درجات الحرارة العالمية على آلية الدفاع عن النباتات المشتركة هذه.

الحرارة واليرقة الجائعة

في دراستنا نحن نباتات الطماطم مع اليرقات الدودة القرنانية تحت ظروف درجة الحرارة العادية: 82 درجة فهرنهايت أيام (حوالي 28 درجة مئوية) و 64 درجة فهرنهايت (حوالي 18 درجة مئوية). قمنا أيضًا بمحاكاة موجات الحرارة ، حيث ترتفع درجات الحرارة إلى 100 درجة فهرنهايت (38 درجة مئوية) في النهار وتهبط إلى 82 درجة فهرنهايت (28 درجة مئوية) في الليل لعدة أيام.

استجابت النباتات لدرجات الحرارة الأكثر سخونة من خلال تكثيف إنتاج جاسمونات ، ونتيجة لذلك ، زيادة إنتاج مركبات الدفاع المختلفة. ومع ذلك ، أكلت الحشرات النباتات بلا هوادة في الحرارة.

وفي الوقت نفسه ، وجدت دراسة موازية أجراها فريقنا أن الزيادات المعتدلة في درجة الحرارة تسريع عملية التمثيل الغذائي للحشرات بحيث يأكلون بشكل أسرع ويتسببون في المزيد من الضرر للنباتات. على الرغم من أن نباتات الطماطم قاتلت بشدة في استجابتها الكيميائية ، إلا أنها لم تستطع تحييد محفز الأكل القوي الذي تسببه الحشرات.

قد تقلل النماذج من تقدير خسائر المحاصيل بسبب تغير المناخ لأنها لا تأخذ في الاعتبار كيفية تفاعل النباتات الموبوءة مع ارتفاع درجات الحرارة.

الحشرات + الحرارة = مشكلة مزدوجة

تستخدم النباتات استراتيجيتين للتبريد عندما ترتفع درجات الحرارة. سيفتحون مسام أوراقهم الصغيرة ، والتي تسمى الثغور ، وتطلق الماء الذي يبردهم بقدر ما يبرد التعرق البشر. تحارب النباتات أيضًا الإجهاد الحراري عن طريق رفع أوراقها بعيدًا عن التربة الساخنة ، ربما بحثًا عن نسيم بارد.

اكتشفنا بشكل غير متوقع في عملنا أن نباتات الطماطم التي واجهتها اليرقات في درجة حرارة أكثر دفئًا لم تفعل هذه الأشياء ، وبالتالي فشلت في تبريد أوراقها.

في تجارب المتابعة التي أجريناها ، وجدنا أنه عندما أكلت اليرقات أوراقها وقام المنشط بتنشيط هرمون جاسمونات ، فقد منع هذا فتح الثغور الدقيقة ، كما منع الأوراق من الرفع حتى تبرد. لم يستطع المصنع نشر استجابة التبريد ، وفي الوقت نفسه تم تقليل عملية التمثيل الضوئي (صنع الطعام من أشعة الشمس وثاني أكسيد الكربون).

هذه الظروف تبطئ نمو النبات بشكل فعال. وهكذا ، على الرغم من أن نباتات الطماطم يمكن أن تتكيف بشكل جيد مع هجمات الحشرات أو ارتفاع درجة الحرارة ، إذا جاء هذان الإجهادان في نفس الوقت ، فإن ذلك يسبب مشكلة مزدوجة. والنتيجة هي تساقط الأوراق السريع بواسطة اليرقات الجائعة بالإضافة إلى ارتفاع درجة حرارة الورقة.

دراسة النباتات في بيئات حقيقية

لماذا يبقى هجوم الحشرات النباتات من التبريد بأنفسهم لغزا. ومع ذلك ، عندما تغلق النباتات الثغور الخاصة بها أثناء هجوم الحشرات ، فإنها تحافظ على المياه عن طريق منعها من التبخر من الأوراق المصابة. نعتقد أن هذه الاستجابة قد تفيد النبات عندما يكون هناك نقص في المياه ، وهو ما يحدث غالبًا أثناء موجات الحرارة.

نحن نخطط لمعالجة هذا السؤال من خلال دراسة النباتات المزروعة في البيئات الطبيعية الوعرة ، بدلاً من الظروف المختبرية الخاضعة لسيطرة شديدة. نعتقد أن مثل هذه الدراسات ضرورية لتطوير محاصيل يمكنها تحمل كل من الحرارة والضغط الناتج عن الجرح.

صنع نباتات أكثر مرونة

ويقدر العديد من الخبراء أن الإنتاجية الزراعية يجب أن تتضاعف في الثلاثين سنة القادمة لتلبية متطلبات أ عدد السكان المتزايد بسرعة. تشير مسارات الغلة الحالية للمحاصيل الرئيسية ، جنبًا إلى جنب مع الآثار غير المؤكدة لبيئة عالمية متغيرة ، إلى أن العالم سيكون أقل بكثير من هذا الطلب باستخدام الممارسات الزراعية التقليدية.

المملكة المتحدة الجمعية الملكية والمنظمات العلمية الأخرى دعت إلى الثورة الخضراء الثانية الذي سيسمح بالتكثيف المستدام للزراعة من خلال تطوير محاصيل أكثر مرونة في مواجهة الظروف البيئية الصعبة بشكل متزايد.

تقدم التطورات التكنولوجية الحديثة ، من الجينوم وتحرير الجينات إلى مناهج علوم الحساب والبيانات ، للباحثين فرصًا غير مسبوقة للعمل نحو هذا الهدف. في تحقيق فهم أفضل للتفاعلات المعقدة للهجمات بالحشرات والحشرات ، نأمل أن تقدم أبحاثنا استراتيجيات جديدة لزيادة مرونة النبات في عالم الاحترار.

نبذة عن الكاتب

جريج هاو ، أستاذ الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ، جامعة ولاية ميشيغان وناثان هافكو ، زميل ما بعد الدكتوراه في أبحاث النبات ، جامعة ولاية ميشيغان

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

كتب ذات صلة

الحياة بعد الكربون: التحول العالمي التالي للمدن

by Peter Plastrik ، جون كليفلاند
1610918495مستقبل مدننا ليس هو ما كان عليه من قبل. نموذج المدينة الحديثة الذي ترسخت عالميا في القرن العشرين قد عاشت فائدته. لا يمكنها حل المشكلات التي ساعدت في خلقها - خاصة الاحتباس الحراري. لحسن الحظ ، يظهر نموذج جديد للتنمية الحضرية في المدن لمعالجة حقائق تغير المناخ بقوة. إنه يحول الطريقة التي تصمم بها المدن وتستخدم الفضاء المادي ، وتولد ثروة اقتصادية ، وتستهلك الموارد وتتخلص منها ، وتستغل النظم الإيكولوجية الطبيعية وتحافظ عليها ، وتستعد للمستقبل. متاح في أمازون

الإنقراض السادس: تاريخ غير طبيعي

من اليزابيث كولبرت
1250062187على مدى نصف مليار سنة مضت ، حدثت خمس حالات انقراض جماعي ، عندما تعاقد تنوع الحياة على الأرض فجأة وبشكل دراماتيكي. العلماء في جميع أنحاء العالم يراقبون الآن الانقراض السادس ، وتوقع أن يكون أكثر انقراض حدث مدمر منذ تأثير الكويكبات التي قضت على الديناصورات. هذه المرة ، هذه الجثة هي لنا. في النثر الذي كان صريحا ومسلية ومطلعا في وقت واحد ، نيويوركر تخبرنا الكاتبة إليزابيث كولبير لماذا وكيف غيّر البشر الحياة على كوكب الأرض بطريقة لم يكن بها أي نوع من قبل. البحث المتشابك في ستة مجالات ، وصف للأنواع الرائعة التي فقدت بالفعل ، وتاريخ الانقراض كمفهوم ، يوفر Kolbert سرد مؤثر وشامل للاختفاء الذي يحدث أمام أعيننا. إنها تُظهر أن الانقراض السادس من المرجح أن يكون إرث البشرية الأطول ، ويجبرنا على إعادة التفكير في السؤال الأساسي حول معنى أن تكون إنسانًا. متاح في أمازون

حروب المناخ: الكفاح من أجل البقاء مع ارتفاع درجة حرارة العالم

بقلم جوين داير
1851687181موجات اللاجئين المناخ. العشرات من الدول الفاشلة. حرب شاملة. من واحد من أكبر المحللين الجيوسياسيين في العالم ، تأتي لمحة مرعبة عن الحقائق الاستراتيجية في المستقبل القريب ، عندما يدفع التغير المناخي قوى العالم نحو سياسة البقاء على قيد الحياة. بصمة وراسخة ، حروب المناخ سيكون واحدا من أهم الكتب في السنوات المقبلة. اقرأها واكتشف ما الذي نتجه إليه. متاح في أمازون

من الناشر:
عمليات الشراء على موقع أمازون تذهب لتحمل تكلفة جلبك InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ومنظمة الأغذية ClimateImpactNews.com دون أي تكلفة ودون المعلنين الذين يتتبعون عادات التصفح الخاصة بك. حتى إذا قمت بالنقر فوق رابط ولكنك لا تشتري هذه المنتجات المحددة ، فإن أي شيء آخر تشتريه في هذه الزيارة نفسها على Amazon يدفع لنا عمولة صغيرة. لا توجد تكلفة إضافية عليك ، لذا يرجى المساهمة في هذا الجهد. بامكانك ايضا استخدام هذا الرابط لاستخدامه في Amazon في أي وقت حتى تتمكن من المساعدة في دعم جهودنا.

enafarزكية-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

أحدث الفيديوهات

بلغت انبعاثات غاز الميثان مستويات قياسية
بلغت انبعاثات غاز الميثان مستويات قياسية
by جوزي جارثويت
أظهرت الأبحاث أن الانبعاثات العالمية من غاز الميثان وصلت إلى أعلى مستوياتها المسجلة.
عشب البحر 7
كيف تساهم غابات محيطات العالم في التخفيف من أزمة المناخ
by إيما بريس
يتطلع الباحثون إلى الطحلب للمساعدة في تخزين ثاني أكسيد الكربون تحت سطح البحر.
عمليات دفع العوالق الصغيرة في المحيط تلتقط ضعف كمية الكربون كما يعتقد العلماء
عمليات دفع العوالق الصغيرة في المحيط تلتقط ضعف كمية الكربون كما يعتقد العلماء
by كين بوسيلير
يلعب المحيط دورًا رئيسيًا في دورة الكربون العالمية. القوة الدافعة تأتي من العوالق الصغيرة التي تنتج ...
تغير المناخ يهدد جودة مياه الشرب عبر البحيرات العظمى
تغير المناخ يهدد جودة مياه الشرب عبر البحيرات العظمى
by غابرييل فيليبلي وجوزيف دي أورتيز
"لا تشرب / لا تغلي" ليس ما يريد أي شخص سماعه عن مياه الصنبور في مدينتهم. لكن التأثيرات المجتمعة ...
الحديث عن تغير الطاقة يمكن أن يكسر مأزق المناخ
الحديث عن تغير الطاقة يمكن أن يكسر مأزق المناخ
by InnerSelf الموظفين
كل شخص لديه قصص عن الطاقة ، سواء كان ذلك عن قريب يعمل في منصة نفط ، أو أحد الوالدين يعلم الطفل التحول ...
يمكن أن تواجه المحاصيل مشكلة مزدوجة من الحشرات ومناخ دافئ
يمكن أن تواجه المحاصيل مشكلة مزدوجة من الحشرات ومناخ دافئ
by جريج هوي وناثان هافكو
لآلاف السنين ، انخرطت الحشرات والنباتات التي تتغذى عليها في معركة تطورية مشتركة: للأكل أو عدم التواجد ...
للوصول إلى الانبعاثات الصفرية ، يجب على الحكومة معالجة العقبات التي تحول دون تشغيل الناس للسيارات الكهربائية
للوصول إلى الانبعاثات الصفرية ، يجب على الحكومة معالجة العقبات التي تحول دون تشغيل الناس للسيارات الكهربائية
by سوابنيش مسراني
وضعت المملكة المتحدة وحكومة اسكتلندا أهدافًا طموحة لتصبح اقتصادات صافي الكربون صفرًا بحلول عام 2050 و 2045 ...
الربيع قادم في وقت سابق عبر الولايات المتحدة ، وهذه ليست أخبارًا سارة دائمًا
الربيع قادم في وقت سابق عبر الولايات المتحدة ، وهذه ليست أخبارًا سارة دائمًا
by تيريزا كريمينز
في معظم أنحاء الولايات المتحدة ، أدى ارتفاع درجات الحرارة إلى تقدم فصل الربيع. هذا العام ليس استثناء.

أحدث المقالات

يمكن أن يضيع ثلثا الجليد الجليدي في جبال الهيمالايا بحلول عام 2100
يمكن أن يضيع ثلثا الجليد الجليدي في جبال الهيمالايا بحلول عام 2100
by آن روان
في عالم علم الجليد ، سيُدخل عام 2007 في التاريخ. لقد كان العام الذي يبدو أنه خطأ صغير في تخصص كبير ...
ارتفاع درجات الحرارة قد يقتل الملايين سنويًا بحلول نهاية القرن
ارتفاع درجات الحرارة قد يقتل الملايين سنويًا بحلول نهاية القرن
by إدوارد ليمبينن
بحلول نهاية هذا القرن ، قد يموت عشرات الملايين من الأشخاص كل عام في جميع أنحاء العالم نتيجة ارتفاع درجات الحرارة ...
تريد نيوزيلندا بناء شبكة كهرباء متجددة بنسبة 100٪ ، لكن البنية التحتية الضخمة ليست الخيار الأفضل
تريد نيوزيلندا بناء شبكة كهرباء متجددة بنسبة 100٪ ، لكن البنية التحتية الضخمة ليست الخيار الأفضل
by جانيت ستيفنسون
مشروع مقترح بمليارات الدولارات لبناء محطة تخزين الطاقة المائية يمكن أن يجعل شبكة الكهرباء في نيوزيلندا ...
مزارع الرياح المبنية على مستودعات الخث الغنية بالكربون تفقد قدرتها على مكافحة تغير المناخ
مزارع الرياح المبنية على مستودعات الخث الغنية بالكربون تفقد قدرتها على مكافحة تغير المناخ
by Guaduneth Chico et al
تمثل طاقة الرياح في المملكة المتحدة الآن ما يقرب من 30٪ من إجمالي إنتاج الكهرباء. تنتج توربينات الرياح الأرضية الآن ...
إنكار المناخ لم يرحل - إليك كيفية تحديد الحجج المؤجلة لتأخير العمل المناخي
إنكار المناخ لم يرحل - إليك كيفية تحديد الحجج المؤجلة لتأخير العمل المناخي
by ستيوارت كابستيك
في بحث جديد ، حددنا ما نسميه 12 "خطابات التأخير". هذه طرق للتحدث والكتابة ...
إحراق الغاز الروتيني مُبدد ، ملوث وقليل من القياس
إحراق الغاز الروتيني مُبدد ، ملوث وقليل من القياس
by جونار دبليو شادي
إذا كنت تقود سيارتك عبر منطقة حيث تستخرج الشركات النفط والغاز من التكوينات الصخرية ، فمن المحتمل أن تكون قد شاهدت اللهب ...
رحلة العار: كيفية نشر الحملة التي جعلت السويديين يتخلون عن الطيران من أجل الخير
رحلة العار: كيفية نشر الحملة التي جعلت السويديين يتخلون عن الطيران من أجل الخير
by Avit K Bhowmik
من المرجح أن تشهد شركات الطيران الكبرى في أوروبا انخفاضًا في حجم مبيعاتها بنسبة 50٪ في عام 2020 نتيجة لوباء COVID-19 ، ...
هل سيكون المناخ دافئًا بقدر ما يخشى البعض؟
هل سيكون المناخ دافئًا بقدر ما يخشى البعض؟
by ستيفن شيروود وآخرون
نحن نعرف التغيرات المناخية مع ارتفاع تركيزات غازات الدفيئة ، ولكن الكمية المحددة من الاحترار المتوقع تبقى ...