המנגנון המתוחכם של החיפושית ההרסנית

6 בדצמבר, 2017
4 ד׳
חיפושית זעירה שזחליה עושים שמות בשורשים של צמחי תירס מצליחה לנטרל את חומרי ההגנה של הצמח ואז להשתמש בהם נגד האויבים הטבעיים שלה

תולעת השורשים המערבית  (Western Corn Rootworm, או בשמה המדעי Diabrotica virgifera virgifera ) אינה תולעת אלא חיפושית זעירה שזחליה אוכלים את שורשי צמח התירס, וכך גורמים לחקלאים נזקים של מיליארדי דולרים בשנה. מחקר חדש הראה עד כמה החרק הזה מתוחכם: הוא מצליח לנטרל את חומרי ההגנה של הצמח, לאחסן אותם ולהשתמש בהם נגד האויבים המנסים לתקוף אותו.


מיליארדי דולרים בשנה. החיפושית הבוגרת על עלה תירס | צילום: Nowlan Freese, Max Planck Institute for Chemical Ecology

קשה מאוד להדביר את החיפושיות בריסוס של חומרי הדברה, בעיקר בגלל מחזור החיים שלהן: הן מבלות חלק ניכר מחייהן בקרקע ובשורשי הצמחים. הנקבות מטילות בקיץ את הביצים שלהן בעומק של כ-20 ס"מ ויותר. הביצים עוברות באדמה את הסתיו והחורף, ובוקעות באביב. הזחל שבוקע דומה בצורתו לזחל של פרפר, לכן הוא מכונה בטעות "תולעת", אך הוא כה קטן שבקושי אפשר לראותו בעין. הזחלים מכרסמים את השערות היונקות הדקיקות של השורש, ולאחר מכן חודרים לשורש עצמו ואוכלים אותו מבפנים. הפגיעה הקשה בשורש מפחיתה מאוד את יכולתו של הצמח לקלוט מים וחומרי מזון מהקרקע וגורמת בסופו של דבר לקריסת הצמח. החורים בשורשים גם משמשים מצע נוח לחיידקים ופטריות הגורמים לריקבון של השורשים ולעיתים של הצמח כולו.

לאחר כמה שבועות הזחל הופך לגולם, וממנו מגיחה החיפושית הבוגרת, שגודלה פחות מגרגר תירס. הבוגרים מנצלים את חייהם הקצרים בעיקר להתרבות מהירה ולהטלת ביצים. הם ניזונים מסיבי הקלח המזינים את הגרגירים, וכך גורמים הפחתה נוספת בתפוקת השדה, ולעיתים אוכלים גם את אבקני הפרחים ובשעת דחק אפילו מכרסמים את העלים.  

כדי למנוע את הנזק הכבד לצמחים, משתמשים החקלאים בחיטוי כימי של הקרקע לפני זריעת התירס, ובמקרים רבים גם בריסוס אגרסיבי של הבוגרים בעונת הרבייה, בתקווה לצמצם את אוכלוסיית החיפושיות ולהפחית את הנזק. אסטרטגיה נוספת, ידידותית יותר לסביבה, היא שימוש באויבים טבעיים של החיפושיות.


עבודת שורשים. הזחל הזעיר של ה-Western Corn Rootworm | צילום: ויקיפדיה, Scott Bauer, USDA

טיפול שורש

אחת הסכנות האורבות לזחלי החיפושיות בקרקע הן נֶמָטוֹדוֹת – תולעים זעירות מאוד החיות באדמה, תוקפות את זחלי החיפושיות וחודרות לתוכם. התולעים משחררות בתוך הזחל חיידקים שהורגים אותו, ואז הן ניזונות מהזחל המת ומתרבות בתוכו. גידול של נמטודות רבות בתנאי מעבדה ושחרורן באדמת שדות התירס עשויים למגר את זחלי החיפושיות ולמנוע את הנזק לצמחים, ומחקר הראה כי הנמטודות היעילות ביותר למטרה זו הן מהסוג Heterorhabditis. מחקר אחר אף הראה כי שורשי תירס שהזחל תוקף אותם מפרישים חומר המזעיק לאזור את התולעים המשמידות את החרקים. אבל המאמצים להדביר את החיפושיות בעזרת התולעים האלה לא הניבו תוצאות אחידות: פה ושם היו הצלחות, אך בשדות רבים השיטה נכשלה כליל.

חוקרים מאוניברסיטת בֶּרְן בשוויץ ומאוניברסיטת יֶנָה בגרמניה ניסו להבין כיצד מתגוננים זחלי החיפושיות מפני התולעים, וראו כי הם עושים זאת בעזרת חומרי הגנה של הצמח עצמו. בשורשי התירס יש חומרים בשם בנזוקסזינואידים (benzoxazinoids) שאינם פעילים. כשהשורש מותקף, מפעיל הצמח אנזימים המפרקים את הבנזוקסזינואיד, מסירים ממנו קבוצת סוכר והופכים אותו לחומר פעיל הקוטל חרקים. החוקרים, בהובלת קריסטֶל רוברט (Robert) גילו שזחלי החיפושית מצוידים באנזים משלהם, המחזיר את קבוצת הסוכר למקומה, ומנטרל את הרעילות של חומר ההגנה הצמחי. החוקרים מצאו רמות גבוהות של בנזוקסזינואידים שאינם פעילים בגופם של זחלי החיפושית, המעידים כי הזחל מנטרל אותם ביעילות ואוגר אותם.

ממצא מעניין נוסף היה שהזחל לא רק אוגר את חומרי ההגנה של הצמח, אלא משתמש בהם בעצמו להגנה. הוא מפריש מגופו בנזוקסזינואידים הדוחים ומרחיקים ממנו כנראה את הנמטודות. אם בכל זאת הוא מותקף, הוא מפרק את קבוצת הסוכר והחומר הרעיל פוגע בתולעים שחדרו לגופו ובחיידקים הקטלניים שלהן, וכך מצליחים זחלי החיפושיות לצמצם לפחות ב-50 אחוז את פגיעת התולעים בהם.

"אחד הכיוונים להתמודדות עם המזיק הוא פיתוח צמחים מהונדסים המייצרים כמויות גדולות יותר של חומרי הגנה", אמר ראש צוות המחקר, ג'ונתן גרשנזון (Gershenzon). "בזכות הבנה טובה של מנגנון ההתגוננות של הזחלים, אנו יודעים ששיטה כזו לא תועיל, ואולי אפילו תשפר את היכולת של זחלים להתגונן מפני הנמטודות". עם זאת, הממצאים החדשים עשויים לכוון את החוקרים אל דרכים יעילות יותר להתמודדות עם המזיק, באמצעות הנדסה גנטית של הצמחים, של הנמטודות או של החיידקים שלהן, בתקווה לצמצם את הנזקים ולהגדיל את התפוקה של אחד הגידולים החקלאיים החשובים ביותר בעולם כיום.