نگارش: زهرا نوابی مقدم
فرمون‌ها نقش مهمی را در ارتباطات حشرات ایفا می‌کنند. فرمون‌های حشرات ترکیبات شیمیایی سیگنال‌دهنده‌ای هستند که به صورت درون‌گونه‌ای ترشح می‌شوند و در تنظیم رفتارهای مختلفی از جمله جفت‌یابی، تجمع‌گری، مسیریابی و هشدار خطر نقش دارند.
کشف و شناسایی فرمون‌های حشرات:
کشف Bombykol در دهه 1950 میلادی توسط آدولف بوتنانت(Adolf Butenandt) بیوشیمیدان آلمانی و تیمش صورت گرفت. آن‌ها برای این کار، مقادیر بسیار زیادی از کیسه‌های انتهایی شکم پروانه‌های ابریشم ماده را جمع آوری کردند ( نزدیک به نیم میلیون پروانه) . از این حجم عظیم، توانستند تنها چند میلی‌گرم از ماده فعال را استخراج کنند. سپس با تحلیل‌های شیمیایی پیچیده، ساختار آن را به عنوان یک الکل چرب غیراشباع شناسایی کردند. اهمیت این ماده، به عنوان اولین فرمون شیمیایی شناخته‌شده در طبیعت، انقلابی در درک مکانیسم‌های ارتباطی حشرات ایجاد کرد. این ترکیب شیمیایی که توسط پروانه‌های ماده کرم ابریشم Bombyx mori ترشح می‌شود، نه تنها الگویی برای شناسایی صدها فرمون دیگر در حشرات گردید، بلکه پایه‌ای برای توسعه دانش حشره‌شناسی شیمیایی و روش‌های نوین کنترل آفات فراهم آورد. حساسیت فوق‌العاده پروانه‌های نر در تشخیص این ماده نشان‌دهنده تکامل پیچیده سیستم‌های گیرنده‌های حسی در حشرات است. امروزه با الهام از سازوکار این ماده، تله‌های فرمونی به عنوان ابزاری مؤثر و سازگار با محیط زیست در مدیریت جمعیت آفات کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اهمیت Bombykol منحصر به شناخت رفتارهای حشرات نبوده و کاربردهای عملی گسترده‌ای در کشاورزی و فناوری‌های زیستی داشت.
ویژگی‌های بارز بومبیکول:
بومبیکول به عنوان اولین فرمون جنسی شناخته‌شده در جهان حشرات، از چندین ویژگی منحصر به فرد برخوردار است که آن را به مولکولی استثنایی در مطالعات زیستی تبدیل کرده است. این ترکیب شیمیایی که توسط پروانه‌های ماده کرم ابریشم تولید می‌شود، دارای ساختاری نسبتاً ساده است و از لحاظ شیمیایی، یک الکل غیراشباع با زنجیره بلند ۱۶ کربنه است که دو پیوند دوگانه در ساختار خود دارد. این ویژگی‌های ساختاری به آن اجازه می‌دهد به راحتی در هوا منتشر شود و از فواصل دور توسط گیرنده‌های حساس پروانه‌های نر تشخیص داده شود.
یکی از شگفت‌انگیزترین ویژگی‌های بومبیکول، حساسیت فوق‌العاده سیستم بویایی پروانه‌های نر نسبت به این مولکول است. مطالعات نشان داده‌اند که پروانه‌های نر قادر به تشخیص حتی یک مولکول منفرد بومبیکول در یک متر مکعب هوا هستند. این سطح از حساسیت، نتیجه میلیون‌ها سال تکامل تخصصی در سیستم‌های گیرنده‌ای حشرات است. علاوه بر این، بومبیکول از ویژگی اختصاصی‌بودن بالایی برخوردار است، به این معنی که تنها بر روی گونه‌های خاصی از حشرات تأثیر می‌گذارد و به عبارت دیگر، هر گونه فرمون ” امضای” شیمیایی خاص خود را دارد که فقط هم نوعانش آن را درک می کنند. این به ویژگی آن را به ابزاری ایده‌آل برای کنترل هدفمند آفات تبدیل کرده است.
فرمون‌های جنسی به عنوان مولکول‌های سیگنال‌دهنده درون‌گونه‌ای، نقش حیاتی در بقای گونه‌های حشرات ایفا می‌کنند. در غیاب این سیستم ارتباطی شیمیایی، حشرات نر و ماده قادر به یافتن یکدیگر در طبیعت نبوده و فرآیند جفت‌گیری با اختلال مواجه می‌شد. از جنبه تکاملی، اختصاصی‌بودن فرمون‌های جنسی به عنوان مکانیسمی حیاتی برای حفظ مرزهای گونه‌ای عمل می‌کند، به طوری که از جفت‌گیری بین‌گونه‌ای و تشکیل هیبریدهای ناکارآمد جلوگیری می‌نماید. این ویژگی نه تنها مانع از اتلاف انرژی تولیدمثلی می‌شود، بلکه با حفظ یکپارچگی ژنتیکی جمعیت‌ها، ثبات اکولوژیکی را تضمین می‌کند. مطالعات نشان می‌دهند که حتی تفاوت‌های جزئی در ساختار فرمون‌های جنسی می‌تواند به عنوان سدی مؤثر در برابر آمیزش گونه‌های نزدیک به هم عمل کند، که این امر اهمیت این سیستم ارتباطی را در فرآیندهای گونه‌زایی و انزوای تولیدمثلی برجسته می‌سازد.
بومبیکول به عنوان مدلی کلیدی در درک مکانیسم‌های بویایی حشرات
سیستم بویایی حشرات، به ویژه در پروانه‌های نر کرم ابریشم، نمونه‌ای بارز از تکامل سیستم‌های حسی با حساسیت فوق‌العاده است. شاخک‌های بزرگ و پرمانند این حشرات با ساختارهای تخصص یافته‌ای به نام سنسیلای بویایی (Sensilla trichodea) پوشیده شده‌اند که هر یک حاوی نورون‌های گیرنده بسیار حساس می‌باشند. این نورون‌ها قادرند حتی به تک مولکول‌های بومبیکول موجود در هوا واکنش نشان دهند و سیگنال‌های عصبی را به مغز حشره منتقل کنند. مطالعات انجام‌شده روی این سیستم نشان داده‌اند که گیرنده‌های بویایی حشرات از تخصص‌یافتگی مولکولی بالایی برخوردارند، به طوری که هر نورون تنها به مولکول‌های خاصی با ساختار سه‌بعدی مشخص پاسخ می‌دهد. این یافته‌ها نه تنها به درک بهتر مکانیسم‌های انتقال سیگنال‌های بویایی در سطح مولکولی و سلولی کمک کرده‌اند، بلکه الهام‌بخش توسعه حسگرهای شیمیایی با حساسیت بالا نیز بوده‌اند.
بومبیکول و توسعه روش‌های نوین کنترل آفات: از مدل‌سازی تا کاربردهای عملی
اگرچه کرم ابریشم به خودی خود یک آفت محسوب نمی‌شود، اما شناسایی و سنتز موفقیت‌آمیز بومبیکول به عنوان اولین فرمون جنسی شناخته‌شده، سنگ بنای تحقیقات گسترده‌ای در زمینه فرمون‌های آفات کشاورزی شد. این کشف منجر به توسعه روش‌های نوین کنترل بیولوژیک آفات گردید که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به اختلال در جفت‌گیری (Mating Disruption) اشاره کرد. در این روش، با انتشار فرمون‌های جنسی سنتز شده در محیط، سیستم ارتباطی حشرات مختل شده و پروانه‌های نر قادر به یافتن جفت‌های ماده خود نخواهند بود. این امر چرخه تولیدمثل آفت را به طور مؤثری قطع می‌کند، بدون آنکه نیاز به استفاده از سموم شیمیایی مضر باشد.
یکی از کاربردهای کلیدی فرمون‌ها در تله‌های فرمونی است که به عنوان ابزاری دقیق و هدفمند در مدیریت تلفیقی آفات (IPM) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تله‌ها با بهره‌گیری از فرمون‌های جنسی، تجمعی یا هشداردهنده، حشرات خاص را جذب کرده و امکان پایش جمعیت آفات و تعیین زمان مناسب برای مدیریت کنترل را فراهم می‌سازند. مزیت اصلی این روش اختصاصی‌بودن آن است؛ به طوری که تنها بر گونه‌های هدف تأثیر گذاشته و حشرات مفید مانند گرده‌افشان‌ها و دشمنان طبیعی را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد. این ویژگی، فرمون‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کشاورزی پایدار تبدیل کرده است.
به طور کلی، مطالعات انجام شده روی بومبیکول نه تنها درک ما را از سیستم‌های ارتباطی حشرات عمیق‌تر ساخته، بلکه الهام‌بخش توسعه فناوری‌های دوستدار محیط زیست برای کنترل آفات بوده است. این دستاوردها به وضوح نشان می‌دهند که چگونه تحقیقات پایه می‌توانند به راهکارهای عملی و مؤثر در حل چالش‌های کشاورزی منجر شوند.
Reference:
1–Kaufmann, T., et al. (2018). Reaction of Bombyx mori males to synthetic bombykol and other pheromone components in field experiments. Journal of Insect Physiology, 107, 15-22.
2-Ma, S., & Chen, Q. (2020). Synthetic pheromones and their application in silkworm pest management. Pesticide Biochemistry and Physiology, 165, 104560.
3–Li, X., et al. (2021). Behavioral responses of Bombyx mori males to synthetic bombykol under laboratory and field conditions. Journal of Insect Behavior, 34(4), 480-491.
