لن ترى أبدًا شريط شجرة أو عطس زهرة. ومع ذلك ، فإن النباتات تمرض ، كما نفعل نحن. تبدو أعراضهم مختلفة. قد تتجعد أوراقها أو تسقط. يمكن أن تنبع سيقانهم في البقع. قد تذبل ثمارهم.
يُطلق على أحد أمراض النبات اسم مرض التسمم المنتفخ. على مدار العقدين الماضيين ، اكتسحت أشجار الكاكاو في ساحل العاج ، وهي دولة تقع في غرب إفريقيا. الكاكاو هو المكون الرئيسي في الشوكولاتة. مئات الآلاف من هذه الأشجار مرضت أو ماتت. لقد رأينا هذا الموت السريع والسريع. تقول جودي براون عن الوباء:"كانت الأشجار تموت في عام واحد"
الشرح:ما هو الفيروس؟
يعمل براون في جامعة أريزونا في توكسون. بصفتها اختصاصية في علم أمراض النبات ، فإنها تدرس أمراض النبات. تخصصها هو الفيروسات ، أصغر أنواع الميكروبات. تسبب الفيروسات عند البشر العديد من الأمراض ، بما في ذلك نزلات البرد. الفيروسات أيضًا هي المسؤولة عن مرض تضخم النبتة.
يقول براون:"كثير من الناس لا يدركون أن النباتات مريضة بالفيروسات". كما تتسبب الميكروبات الأخرى ، بما في ذلك البكتيريا والفطريات ، في إصابة النباتات بالمرض. غالبًا ما تنشر الحشرات الفيروسات والجراثيم الأخرى من نبات إلى آخر.
لوقف هذا الانتشار ، يقوم المزارعون عادةً برش مواد كيميائية تهدف إلى قتل الجراثيم أو الآفات. كما أنها قد تقتل وتدمر النباتات المريضة. هذا يمنعهم من نقل المرض إلى الجيران الأصحاء. في عام 2018 ، أعلن مجلس القهوة والكاكاو في ساحل العاج عن خطة لاقتلاع 3000 كيلومتر مربع (حوالي 1200 ميل مربع) من أشجار الكاكاو المصابة. هذه منطقة بحجم جزيرة رود.
حتى هذه الإجراءات الصارمة قد لا تكفي لوقف مرض خطير.
لحسن الحظ ، لدى العلماء حيل أخرى في سواعدهم. يعمل الباحثون على فهم أمراض المحاصيل ، والتعرف على النباتات المريضة ، ومحاربة المهاجمين ، وتربية النباتات التي يمكنها محاربة المرض بمفردها. إنهم يأملون أن تحافظ هذه الجهود على الأطعمة مثل الشوكولاتة والخبز والبرتقال في جميع أطباقنا لقرون قادمة.
التعرف على العدو
تبدأ مكافحة أي وباء بفهم المرض. يقول براون:"عليك أن تعرف من هو عدوك". العدو الذي تعمل على فهمه هو مرض تورم النبتة.
يحصل على اسمه من أحد أعراضه. سوف تتطور الفروع الصغيرة للشجرة المصابة إلى انتفاخات سميكة. وتقول:"نعتقد أن هذه المناطق قد تكون مصانع صغيرة للفيروسات". داخل الانتفاخ ، قد تتكاثر الفيروسات بسرعة. تنمو أوراق الأشجار المصابة بشكل أصغر من المعتاد ، وغالبًا ما تتحول إلى اللون الأصفر أو البني.
الشرح:صائدو الحمض النووي
يمكن للفيروسات المختلفة أن تسبب مرض النبتة المنتفخة. أراد براون التعرف عليهم. يقوم العلماء بذلك من خلال قراءة جينوم الفيروس (GEE-nohm). هذا هو النمط الكامل من النيوكليوتيدات تخبر الكائن الحي كيف ينمو. جميع الكائنات الحية تقريبًا لها جينومات مكونة من DNA. تستخدم بعض الفيروسات بدلاً من ذلك جزيءًا مشابهًا يسمى RNA.
كل نوع فيروسي له جينوم فريد خاص به. قبل أن تبدأ براون وزملاؤها في العمل على حل مشكلة النبتة المنتفخة ، كانوا قد حددوا سبعة فيروسات تسبب المرض. لقد ظهر فريقها العشرات من الفرق الجديدة. اليوم ، يبلغ المجموع الكلي 84. وجد فريقها أيضًا أنه في بعض الحالات ، أصيب أكثر من واحد من هذه الفيروسات بنفس الشجرة.
الشرح:ما هي الجينات؟
يعد التعرف على الميكروبات بواسطة حمضها النووي عملية طويلة ومعقدة. أولاً ، يجمع براون ورقة مصابة. تقوم بفصل المادة الوراثية الفيروسية عن جميع الجزيئات الأخرى في العينة. ثم تستخدم تقنيات مشابهة لتلك التي تستخدمها الشرطة للتعرف على المجرمين. تقوم بعمل نسخ عديدة من الحمض النووي الفيروسي (أو RNA) بحيث يسهل دراستها. ثم تقوم برامج الكمبيوتر بقراءة هذه النسخ ، ومطابقة الأنماط لبناء قراءة كاملة للجينات.
في الوقت الحالي ، كل هذا يحدث في المختبر. وقد يستغرق الأمر عدة أسابيع أو أكثر. يتمنى براون أن تتمكن من وضع ورقة في جهاز محمول باليد لمعرفة ما إذا كانت الشجرة مريضة ، حتى قبل ظهور أي أعراض.
التوجه إلى الميدان ، حرفياً
لا توجد مثل هذه الأداة المحمولة حتى الآن. لكن باحثًا آخر ، يعمل على مرض مختلف ، صنع مختبرًا محمولًا لتسلسل الحمض النووي يمكن وضعه داخل حقيبة. التسلسل يعني إيجاد نمط الجينات والمواد الجينية الأخرى في عينة.
تعمل ديان سوندرز في مركز جون إينيس في نورويتش بإنجلترا. يتخصص اختصاصي علم أمراض النبات هذا في مجموعة من الأمراض التي تصيب القمح. تُعرف باسم الصدأ . أسمائهم الشائعة هي صدأ الأوراق والصدأ المخطط وصدأ الساق. تجعل جميعها نباتاتها المضيفة تندلع في بقع أو خطوط بنية محمرة أو صفراء. حصلوا على أسمائهم من حقيقة أن هذه الآفات تشبه إلى حد ما الصدأ على المعدن.
اعتقد الرومان منذ آلاف السنين أن الإله روبيجوس كان مسؤولاً عن صدأ القمح. أقاموا مهرجانًا على شرفه كل عام في 25 أبريل. تضمنت الاحتفالات التضحية بحيوان ذي فرو ضارب إلى الحمرة. يفترض أن هذا من شأنه أن يرضي الله ويحمي القمح.
يعرف العلماء الآن أن الفطريات وحيدة الخلية تسبب صدأ النبات. يمكن للمزارعين رش مواد كيميائية تسمى مبيدات الفطريات في الحقل لقتل الميكروبات. لكن هذا مكلف. وفي بعض الأحيان يموت المحصول على أي حال ، كما تلاحظ روث وانييرا في شرق إفريقيا. إنها أخصائية أمراض نبات في منظمة البحوث الزراعية والحيوانية الكينية (KALRO) في نجورو.
إنها تعتقد أن النهج الأفضل هو زراعة المحاصيل التي تتحمل بشكل طبيعي العدوى الفطرية. تعمل جينات معينة على تقوية النباتات حتى تتمكن من محاربة أنواع مختلفة من الفطريات. ولكن لا توجد أنواع من القمح تقاوم كل أنواع الأمراض. لاختيار الصنف الذي يجب زراعته ، يجب أن يعرف المزارعون الميكروبات المسببة للصدأ التي تعيش في منطقتهم.
حتى وقت قريب ، كانت الطريقة الوحيدة لمعرفة هوية الفطر هي إرسال عينة بالبريد إلى المختبر. يقول سوندرز إن الحصول على نتيجة قد يستغرق "شهورًا عديدة". في الواقع ، سيستغرق التحليل وقتًا أطول مما استغرقه القمح لينضج. سيضطر المزارعون إلى زراعة محصولهم التالي قبل معرفة الأمراض التي أصابت المحصول السابق.
لذلك ، قام فريق سوندرز بتجميع أداة أطلقوا عليها اسم مجموعة تشخيص Mobile And Real-time PLant disEase ، أو MARPLE باختصار. (الاسم هو إشارة إلى الآنسة ماربل ، المخبر البريطاني في سلسلة روايات غامضة شهيرة من تأليف أجاثا كريستي). إنه مثل مختبر مصغر. لاستخدام المجموعة ، يقوم شخص ما أولاً بهرس المواد النباتية ويضعها في سلسلة من الخطوات تشبه إلى حد بعيد ما تفعله براون في معملها. بعد أيام قليلة فقط ، يبصق الكمبيوتر المحمول معلومات وراثية. إنه ليس الجينوم بأكمله. لكنها معلومات كافية للتعرف على الفطريات.
لا تحتاج المجموعة إلى كهرباء أو اتصال دائم بالإنترنت. لذلك يمكن للباحثين إدخاله في حقول القمح في أي مكان في العالم. هذا بالضبط ما فعله سوندرز خلال اختبار للتكنولوجيا في هوليتا ، إثيوبيا العام الماضي. عمل فريقها مع المعهد الإثيوبي للبحوث الزراعية لاختبار الصدأ من حقول مزارعين حقيقيين. في نهاية الرحلة التي استغرقت 10 أيام ، شاركت المجموعة قائمة بالفطريات التي عثروا عليها. "كان هذا أول تحذير تلقوه على الإطلاق بشأن السلالات لديهم في بلدهم ، "يقول سوندرز. وقد قدم الفريق بحثه للنشر.
حتى الآن ، يمكن للأداة تحديد سلالات الصدأ الشريطي فقط. لكن سوندرز يأمل في أن يضيف يومًا ما القدرة على التعرف على صدأ الساق.
نباتات تربية للمعركة
في أواخر التسعينيات ، ظهرت سلالة جديدة شديدة العدوانية من صدأ الساق في أوغندا. سميت Ug99 ، دمرت الحقول الزراعية في إفريقيا والشرق الأوسط. يقول ماريسيليس أسيفيدو:"يمكن أن يحول حقل قمح في غضون أيام إلى لا شيء". هي أخصائية علم أمراض نبات في جامعة كورنيل في إيثاكا بنيويورك
بعد أن أدرك المجتمع العلمي الأزمة التي أحدثتها ، بدأ البحث عن جينات القمح التي يمكن أن تقاوم المرض الجديد. درس أسيفيدو نباتًا مقاومًا يسمى قمح الجبل الأسود الربيعي. بدأت بخريطة جينية للنبات. لم تغطي الخريطة الجينوم الكامل للنبات ، مجرد مخطط عام له. كما أنها تمتلك الخريطة الجينية لصنف قمح مختلف مات بسهولة من المرض.
قامت بتربية نوعي القمح معًا. ورث بعض الأبناء مقاومة Ug99. لم يفعل الآخرون. كرر أسيفيدو هذه العملية مرارًا وتكرارًا على مدى عدة أجيال. في الوقت نفسه ، قارنت جميع المعلومات الوراثية للنباتات ، على أمل تحديد المادة الجينية التي جعلت النبات مقاومًا.
كان عملاً بطيئًا. في كل مرة كان عليها أن تنتظر حتى يكبر جيل جديد من نباتات القمح قبل أن تتمكن من تقييم مقاومتها. بعد أربع سنوات ، أظهر فريقها أن العديد من الجينات تعمل معًا لحماية القمح الربيعي في الجبل الأسود من Ug99.
يقول أسيفيدو:"نحن الآن بصدد تحديد ما إذا كانت كل هذه الجينات ضرورية تمامًا أو ما إذا كان واحد أو اثنان من الجينات يوفران معظم المقاومة". عندما تكون نتائجها نهائية ، ستشاركها مع المربين. من هناك ، قد يستغرق الأمر ما يصل إلى 10 سنوات أخرى لإنتاج مجموعة متنوعة جاهزة لحقول المزارعين.
عشر سنوات هي فترة طويلة لانتظار مصانع قمح أفضل. في غضون ذلك ، يتسبب تغير المناخ في حدوث طقس أكثر قسوة حول العالم. عندما يكون الطقس أكثر دفئًا أو رطوبة أو جفافاً من المعتاد ، تواجه النباتات صعوبة في التأقلم. هذا يجعل من الصعب عليهم مكافحة العدوى.
بالإضافة إلى ذلك ، سيستمر ظهور أمراض جديدة أو سلالات جديدة من الأمراض المعروفة. قد لا يكون النبات الذي يقاوم Ug99 جيدًا ضد سلالة مختلفة قليلاً من صدأ القمح. يلاحظ Wanyera أن "المرض تنتقل عن طريق الرياح ويستمر في التحور". "العلماء يجب أن يكونوا مستيقظين طوال الوقت." كلما كان العلماء أسرع في تحديد الجينات المقاومة وتطوير نباتات قمح أقوى ، كان ذلك أفضل.
أسرع طريقة لإنشاء نبات أقوى هي "تعديل" جينات النبات مباشرةً في المختبر. وهذا ما يسمى التعديل الجيني ، أو GM. بمجرد أن يحدد العلماء جميع الجينات التي يريدونها في النبات ، يمكنهم قصها ولصقها معًا. لا يتعين عليهم الانتظار حتى تنمو أجيال عديدة من آلاف النباتات الصغيرة. يقول أسيفيدو:"نحن نعلم أنه يمكننا القيام بذلك". "لدينا دليل على أنه يعمل".
لكن فكرة تغيير جينات الكائن الحي تجعل الكثير من الناس متوترين. أي تقنية تتضمن إضافة أو حذف أو تغيير الجينات في المختبر هي شكل من أشكال التعديل الجيني. قد يُطلق على الطعام الذي خضع لهذا النوع من العمليات اسم كائن معدل وراثيًا أو كائنًا معدلاً وراثيًا.
في الولايات المتحدة وأوروبا ، تتباهى العديد من المنتجات الغذائية بعلامة "غير معدلة وراثيًا". هذا يعني أن أيا من مكونات الطعام لا يحتوي على جينات تم تعديلها في المختبر. أظهرت الدراسات العلمية أن الأطعمة المعدلة وراثيًا آمنة للأكل ، وفقًا لمراجعة ضخمة أجرتها الأكاديمية الوطنية للعلوم عام 2016. ومع ذلك ، يرفض الكثير من الناس شراء المنتجات التي تحتوي على مثل هذه المكونات. لذلك يميل Acevedo والعديد من الآخرين إلى تربية المحاصيل باستخدام طرق تقليدية أبطأ.
حيوانات للبرتقال
الاختبار الجيني والتعديل ليسا الطريقة الوحيدة للعثور على أمراض المحاصيل ومكافحتها. قام بعض الباحثين بتجنيد الحيوانات للانضمام إلى المعركة.
تقوم شركة F1K9 في يلاها بفلوريدا بتدريب الكلاب على شم القنابل والمخدرات والأمراض. يقول ويليام شنايدر إنهم سيعملون مع "أي [كلب] لديه أنف طويل ولطيف ورغبة في الإرضاء". وهو عالم أحياء جزيئية في الشركة. الكلاب التي ساعد في تدريبها كانت تستنشق مرض تخضير الحمضيات. (يُطلق على مرض النبات هذا أيضًا اسم huanglongbing أو HLB.)
يصيب مرض تخضير الحمضيات جميع ثمار الحمضيات. يشمل البرتقال والجريب فروت واليوسفي والليمون والليمون الحامض. تنتج الشجرة المريضة فروعًا نحيفة بأوراق صغيرة. كما تسقط الثمار الصغيرة الصلبة التي تنتجها قبل النضوج. في النهاية ، تموت الشجرة المصابة.
وصل المرض إلى فلوريدا في عام 2005 ، ثم انتشر بسرعة. اليوم ، حوالي أربعة من كل خمس أشجار حمضيات في فلوريدا مصابة بهذا المرض. ينتج مزارعو الحمضيات في الولاية الآن أقل من نصف الفاكهة التي اعتادوا على إنتاجها. في عام 2012 ، وصل مرض تخضير الحمضيات إلى كاليفورنيا ، على الرغم من أن المرض لم ينتشر بعد إلى البساتين الكبيرة هناك.
يوجد اختبار وراثي لمرض تخضير الحمضيات. لكن العلماء يأخذون عينات قليلة من الأوراق في كل مرة. لذلك قد لا يصاب اختبارهم بالمرض بعد فترة وجيزة من إصابة الشجرة ، وهو الوقت الذي لا تظهر فيه أعراض على معظم الأوراق. ومع ذلك ، على الرغم من أنها لا تبدو مريضة ، لا يزال بإمكان هذه الشجرة نقل العدوى إلى جيرانها.
ومع ذلك ، يقول شنايدر ، كلابه تشم رائحة الشجرة بأكملها دفعة واحدة. غالبًا ما يمكنهم اكتشاف المرض قبل الاختبار الجيني أو تحديد العين البشرية للمشكلة. جلبت شركة شنايدر كلابها المدربة إلى بساتين المزارعين في فلوريدا وكاليفورنيا. عندما تجد الكلاب المرض ، يقوم المزارعون بقطع الأشجار المصابة. هذا قد يساعد في إنقاذ البستان.
المرض الذي تستنشقه الكلاب هو عدوى بكتيرية. لكن البكتيريا التي تسبب مرض تخضير الحمضيات لا يمكنها التنقل بين الأشجار بمفردها. إنهم يتحركون عن طريق ركوب حشرة طائرة صغيرة تسمى citrus psyllid (SILL-id). تمتص النسغ من الأشجار. عندما تتغذى هذه الحشرات على شجرة مريضة ، فإنها تلتقط البكتيريا. قد تصبح الشجرة التالية التي تزورها مصابة الآن. في الولايات المتحدة ، تعتبر الحمضيات من الأنواع الغازية. وليس لديها مفترسات أصلية.
يمكن للمزارعين معالجة أشجارهم بالمبيدات الحشرية الكيميائية. لكن في المدن والساحات الخلفية ، قد لا تكون هذه المواد الكيميائية آمنة للاستخدام. قد يكون الخطأ الآخر سلاحًا أفضل.
في آسيا ، الموطن الأصلي لأشجار الحمضيات ، دبور صغير يسمى Tamarixia radiata يصطاد ويأكل psyllids. هذا الدبور صغير مثل حبة الرمل وغير ضار بالبشر. تضع بيضها على طيور صغيرة تسمى الحوريات. لاحقًا ، يفقس دبور صغير من كل بيضة ويأكل الحورية على قيد الحياة ، كما يلاحظ ديفيد مورغان. يعمل في إدارة الأغذية والزراعة بكاليفورنيا في ريفرسايد. كعالم الحشرات ، يدرس الحشرات.
تساءل مورغان وزملاؤه ، مارك وكريستينا هودل ، عما إذا كانت الدبابير يمكن أن تساعد في اصطياد الدبابير في الولايات المتحدة. The Hoddles هو فريق مكون من زوج وزوجة من علماء الحشرات الذين يعملون في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد. لقد كانوا يربون الطفل T. مشعة الدبابير لعدة سنوات.
تأكد الباحثون من أن الدبابير لن تؤذي أي حشرات محلية. ثم في عام 2011 ، أطلق Hoddles عدة مئات من الدبابير في البرية في كاليفورنيا لأول مرة. منذ ذلك الحين ، أرسلوا حوالي 13 مليون من المحاربين الصغار بحثًا عن psyllids. يقول مورجان ، في بعض الأماكن ، أدى ذلك إلى انخفاض عدد قرود الحمضيات بنسبة 70 في المائة تقريبًا. قلة نباتات السيليدات تعني أن فرصة انتشار مرض تخضير الحمضيات أقل أيضًا.
أسئلة الفصل الدراسي
تنضم الكلاب والدبابير إلى العلماء في الحرب ضد العديد من الأمراض التي تهدد المحاصيل المهمة. الكاكاو والقمح والحمضيات ليست الأطعمة الوحيدة المعرضة للخطر. تؤثر أوبئة الفطريات على نباتات الموز والقهوة والأرز. عندما يتعلق الأمر بالحفاظ على الطعام في أطباقنا ، فإن كل جزء من المساعدة مهم.
