حشرات چگونه براي زمستان آماده مي شوند؟

زمستان در حال آمدن است. اين پيامي است كه در مناطق آب‌و‌هوايي معتدل وقتي كه روزها كوتاه‌تر مي‌شوند و كيفيت و كميت غذاها كم مي‌شود، توسط حشرات دريافت مي‌شود. اين تغييرات حاوي اين پيام است كه محيط اطراف به زودي غير قابل زيست مي‌شود و به تمام انواع حيوانات هشدار مي‌دهد كه براي اين فصل دشوار خود را آماده كنند. بعضي از آن‌ها به مناطق گرم‌تر مهاجرت مي‌كنند و برخي در جايي پناه مي‌گيرند. براي بسياري از آن‌هايي كه مي‌مانند، تغييرات فصلي به معناي زمان وارد شدن به وضعيت تعليق حيات است. براي پستانداراني نظير سنجاب‌ها، راسوها و خفاش‌ها اين به معناي آماده شدن براي خواب زمستاني است و براي بسياري از حشرات اين وضعيت به معناي زمان وارد شدن به حالت دياپوز است.

پشه‌ي ببري آسيايي كه عامل انتشار بيماري تب دنگي است، در دوران جنيني وارد دياپوز مي‌شود

دياپوز در حشرات شباهت زيادي به خواب زمستاني دارد اما تفاوت‌هايي هم بين اين دو وجود دارد. تفاوت اصلي اين است كه پستانداران تا زماني كه زمستان كاملا پديدار شود و دما به حد يخ زدن برسد، فعال مي‌مانند اما حشراتي كه وارد مرحله‌ي دياپوز مي‌شوند در پاييز و قبل از اينكه هوا خيلي سرد شود، به خواب فرو مي‌روند. تفاوت ديگر اين است كه پستانداران گاهي مي‌توانند براي دوره‌هاي كوتاهي طي زمستان بيدار شوند ولي وقتي كه حشره وارد مرحله‌ي دياپوز شد تا زمان بهار در اين وضعيت خواهد ماند حتي اگر آن زمستان براي رشد طبيعي او مناسب باشد.

مراحل رشد‌و‌نمو در حشرات: تخم، لارو، شفيره و حشره‌ي بالغ

علاوه بر توقف فرايندهاي مربوط به رشد‌و‌نمو، وارد شدن به دياپوز شامل كاهشي در سرعت متابوليسم است كه گاهي به حدي مي‌رسد كه تقريبا مصرف اكسيژن توسط حشره غير قابل تشخيص مي‌شود. اين موضوع به همراه توقف رشد‌و‌نمو، نياز حشره به سوزاندن ذخايز چربي و كربوهيدرات را كاهش مي‌دهد. اين امر موجب مي‌شود ذخاير سوختي براي مدت زمان بيشتري بمانند و نياز حشره در هنگام آغاز فعاليت مجدد را نيز تامين كند. اين انرژي ذخيره‌شده همچنين مي‌تواند براي توليد پروتئين‌ها، الكل‌هاي قندي و ديگر موادي كه در بدن حشره مانند ضد‌يخ عمل مي‌كنند، استفاده شود و از غشاهاي ظريف و ديگر ساختارهاي موجود در بدن حشره در برابر آسيب ناشي از سرما، كاهش آب بدن و كمبود اكسيژن محافظت كند.

آن چه ما امروز در مورد دياپوز مي‌دانيم، حاصل تلاش زياد دانشمنداني است كه از سال ۱۹۳۷ تاكنون در حال مطالعه‌ي اين موضوع بوده‌اند. در آغاز، مطالعات بيشتر توصيفي بوده و بر شناسايي نشانه‌هاي فصلي و مرحله‌اي از رشد‌و‌نمو كه هر گونه از حشرات در آن وارد دياپوز مي‌شدند، تمركز داشته‌است. از آن زمان تاكنون پژوهش‌هاي مرتبط با دياپوز همراه با افزايش دانش در زمينه‌ي فيزيولوژي، بيوشيمي و زيست‌شناسي ملكولي، پيشرفت زيادي كرده‌است.

كرم خوشه‌خوار ذرت در مرحله‌ي شفيرگي وارد دياپوز مي‌شود

اگاهي از ساختار و عملكرد ژنوم نيز منجر به پيشرفت‌هاي قابل توجهي در درك ژن‌هاي خاص يا شبكه‌هاي ژني كه طي اين فرايند، فعال يا غيرفعال مي‌شوند، شده‌است. براي مثال ما مي‌دانيم كه تغيير در چگونگي توليد و استفاده از انسولين براي دياپوز مهم است. همچنين تغييرات در زمينه‌ي تنظيم پروتئين‌هايي كه اين ساعت زيستي را كنترل مي‌كنند، براي تعيين زمان آماده شدن براي دياپوز اهميت دارند. پژوهشگراني نظير جولي رينولد هم‌اكنون در حال مطالعه جزئيات دقيق‌تري از نحوه‌ي كنترل دياپوز هستند. اين كه چگونه ميكروRNAها (قطعات كوچك RNA كه در عمل سنتز پروتئين دخالت مي‌كنند) مي‌توانند موجب فعال شدن ژن‌هاي خاصي طي اين مراحل شوند. رينولد ژن‌هايي را مورد مطالعه قرار مي‌دهد كه در كنترل متابوليسم، تعيين زمان رويدادهاي رشد‌و‌نمو و فعال‌شدن مسيرهايي كه موجب كاهش اثرات ناشي از استرس‌هاي محيطي مي‌شود، نقش دارند. درك كامل از اينكه حشرات چگونه زمستان‌گذراني مي‌كنند، داراي مزايايي براي انسان‌ها هم است. دانشمنداني نظير رينولد در حال استفاده از دانش مربوط به دياپوز براي يافتن راه‌هايي جديد براي كنترل حشراتي نظير پشه‌ها يا كرم خوشه‌خوار ذرت هستند. مطالعه‌ي دياپوز مي‌تواند به پيش‌بيني دقيق‌تر زمان و مكاني كه ناگهان جمعيت پشه‌ها زياد مي‌شود، كمك كند. بر اين اساس مي‌توان بهترين زمان و مكان استفاده از حشره‌كش‌ها را مشخص كرد و استفاده از اين مواد شيميايي بهينه‌تر و ايمن‌تر خواهد شد.

دانشمندان در حال تلاش براي يافتن راه‌هايي براي كنترل آفات كشاورزي نظير كرم خوشه‌خوار ذرت، با ايجاد اختلال در توانايي آن‌ها براي رفتن يا ماندن در حالت سكون زمستاني هستند. اگر بتوان از فرو رفتن آن‌ها به حالت دياپوز جلوگيري كرد يا اينكه خيلي زودتر آن‌ها را از اين حالت بيرون آورد، اين حشرات احتمالا در اثر يخبندان خواهند مرد و تعداد كمتري از آن‌ها ذرت‌هاي فصل بعد ما را خواهند خورد!