سال‌هاست که ما گیاهان را به دلیل توانایی‌شان در پاکسازی هوا و مبارزه با آلودگی تحسین می‌کنیم. با این حال، این متحد سبز ما ممکن است به شکلی غیرمنتظره به آلودگی هوا کمک کند. در حالی‌که گیاهان صرفاً در تلاش برای دفع آفات هستند، این مکانیزم دفاعی خاص نیز به محیط زیست آسیب می‌رساند.
محققان مدت‌هاست می‌دانند که گیاهان ماده شیمیایی طبیعی به نام ایزوپرن ترشح می‌کنند، اما دلیل و نحوه انجام این کار برای آنها یک راز بود. اگرچه فرضیه این بود که این یک تاکتیک مقاومت در برابر آفات است، هیچ مدرک تجربی برای اثبات آن وجود نداشت. اکنون، مطالعه‌ای که تقریباً چهار دهه به طول انجامیده، در مجله Science Advances منتشر شده است که نشان می‌دهد چگونه ایزوپرن به عنوان یک حشره‌کش طبیعی برای محافظت از برگ‌های گیاه در برابر حشرات عمل می‌کند.
گیاهان تمایل دارند ایزوپرن بیشتری را تحت شرایط محیطی شدید مانند تنش گرمایی تولید کنند. برای این کار، گیاهان تا 2 درصد از کربن ذخیره شده خود را برای سنتز ایزوپرن آزاد می‌کنند. تخصیص منابع قابل‌توجه برای تشکیل ایزوپرن نشان‌دهنده اهمیت آن است. برای نشان دادن نقش محوری این ترکیب، محققان دانشگاه ایالتی میشیگان آزمایش‌های آزمایشگاهی انجام دادند.
در آزمایش‌های گلخانه‌ای، محققان گیاهان تنباکو را مهندسی زیستی کردند تا ایزوپرن از خود ساطع کنند و مشاهدات را با گیاهان تنباکوی بدون تولید ایزوپرن مقایسه کردند. تیم دریافت که کرم‌های شاخدار تنباکو گرسنه به شدت به برگ‌های بدون انتشار ایزوپرن حمله می‌کنند و برگ‌های حاوی ایزوپرن را دست‌نخورده باقی می‌گذارند.
10 روز مشاهده نشان داد که گیاهان ظرف دو ساعت به حمله آفات پاسخ دادند. نتایج نشان داد که حشراتی که از برگ‌های حاوی ایزوپرن تغذیه می‌کردند، رشدشان کند شده بود که احتمالاً ناشی از مشکلات گوارشی ناشی از قرار گرفتن در معرض این ماده شیمیایی بود، برخلاف آنهایی که از برگ‌های معمولی تغذیه می‌کردند.
اما ایزوپرن آنطور که فکر می‌کنید عمل نمی‌کند. خود ایزوپرن برای حشرات سمی نیست. در عوض، واکنشی را در داخل گیاهان فعال می‌کند که سطح اسید جاسمونیک را بالا می‌برد. این باعث می‌شود پروتئین‌های گیاه برای حشرات سخت هضم شوند.
توم شارکی، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید:
دفاع، خود ایزوپرن نبود، بلکه نتیجه کاری بود که ایزوپرن با گیاه انجام داد!
با این حال، این مکانیزم کنترل آفات طبیعی هزینه‌های زیست‌محیطی دارد. ایزوپرن یک ترکیب آلی فرار (VOC) است که توسط گیاهانی مانند درختان بلوط و صنوبر تولید می‌شود. این دومین هیدروکربن با بالاترین انتشار در زمین است، پس از انتشار متان از فعالیت‌های انسانی. هنگامی‌که در محیط زیست قرار می‌گیرد، با نور خورشید و اکسیدهای نیتروژن برهم‌کنش می‌کند و اوزون سطح زمین را تشکیل می‌دهد، یک آلاینده مضر که با مشکلات تنفسی و نگرانی‌های زیست‌محیطی مرتبط است.
اکنون، کشف این مکانیزم ایزوپرن محققان را با یک انتخاب دشوار روبه‌رو کرده است: آیا باید گیاهان بیشتری را برای انتشار ایزوپرن پرورش دهیم تا حملات آفات را مهار کرده و امنیت غذایی را بهبود بخشیم، یا توانایی محصولات تجاری در تولید این ماده شیمیایی را به امید محافظت از هوایی که تنفس می‌کنیم محدود کنیم؟!
شارکی، با جمع‌بندی معضلی که مهندسان زیستی آینده با آن روبه‌رو خواهند شد، پرسید:
آیا باید ایزوپرن را به گیاهان زراعی اضافه کنیم تا در برابر حشرات محافظت شوند و اثر آنها بر اوزون را بپذیریم؟ یا باید گیاهان را از نظر ژنتیکی مهندسی کنیم تا سنتز ایزوپرن را تا حد امکان خاموش کنیم تا جو را بهبود بخشیم؟
این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.
منبع: Newatlas
