Το εξελικτικό πλαίσιο της αντίστασης στα εντομοκτόνα
Από το The National Geographic στο The Wall Street Journal , τα δημοφιλή μέσα ενημέρωσης λατρεύουν τις ιστορίες για το πώς τα έντομα κυβέρνησαν τη Γη από την Αυγή του Χρόνου και πώς η κυριαρχία τους θα συνεχιστεί στο μακρινό μέλλον. Πράγματι, τα έντομα και οι συγγενείς τους, όπως οι σαρανταποδαρούσες, οι ελατηριωτές ουρές, τα ακάρεα και οι αράχνες, ήταν από τους πρώτους οργανισμούς που αποίκησαν επίγειους βιότοπους.
Έκτοτε, έχουν επιβιώσει με επιτυχία από όλα τα σημαντικά γεγονότα εξαφάνισης και, ως ομάδα, ευημερούν σε μια μεγάλη ποικιλία από αρκετά διαφορετικά περιβάλλοντα. Δυστυχώς, πολύ συχνά μια τέτοια υψηλή προσαρμοστικότητα αντιπροσωπεύει ένα σοβαρό πρόβλημα για τον άνθρωπο.
Ως επαγγελματίας εντομολόγος, θεωρώ οριακά προσβλητικό το γεγονός ότι πάρα πολλοί άνθρωποι θεωρούν ότι κάθε έντομο είναι ένα αηδιαστικό και αόριστα επικίνδυνο πλάσμα που πρέπει να πατηθεί, να θρυμματιστεί με μια διπλωμένη χάρτινη έκδοση του The National Geographic ή The Wall Street Journal , ή, ακόμα χειρότερα, ψεκάζεται με εντομοκτόνο από ένα λαμπερό και γυαλιστερό δοχείο αεροζόλ. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα έντομα είναι ιδιαίτερα ωφέλιμα. Χωρίς αυτά, δεν θα είχαμε τα περισσότερα φρούτα και λαχανικά στην καθημερινή μας διατροφή (αν τρώτε ένα αγγούρι, ευχαριστήστε έναν επικονιαστή), πνιγμένοι στα απορρίμματα και δεν θα μπορούσαμε να είχαμε λάβει δώρο αληθινές μεταξωτές πιτζάμες για την Ημέρα του Αγίου Βαλεντίνου. Επιπλέον, δεν θα υπήρχε μέλι για να βάλετε σε ένα φλιτζάνι τσάι για να καταπολεμήσετε ένα κοινό κρυολόγημα που προσβλήθηκε κατά τη διάρκεια του εθελοντισμού για την Ημέρα Read-a-Loud σε μια τοπική παιδική βιβλιοθήκη.
Τούτου λεχθέντος, πολλά είδη εντόμων είναι πράγματι παράσιτα. Όχι επειδή είναι κακοί ή κακόβουλοι, αλλά επειδή τυχαίνει να χρησιμοποιούν τους ίδιους πόρους –τροφή, φυτικές ίνες, δομικά υλικά ή εγκαταστάσεις αναψυχής– με εμάς. Αυτό δημιουργεί κατανοητές εντάσεις και προσπαθούμε να χρησιμοποιήσουμε τον εξαιρετικά εξελιγμένο ανθρώπινο εγκέφαλό μας για να κάνουμε κάτι γι' αυτό. Παρά το μέγεθος του εγκεφάλου μας, ωστόσο, τελικά καταλήξαμε σε μια και μόνο πιο κοινή λύση:να παράγουμε κάποια δηλητήρια και να τα χρησιμοποιήσουμε για να σκοτώνουμε τους μικρούς κακοποιούς όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Μια τέτοια προσέγγιση συνοδεύεται από σημαντική περιβαλλοντική τιμή, αλλά λειτουργεί. Μέχρι να μην γίνει.
Οι επαναλαμβανόμενες εφαρμογές εντομοκτόνων οδηγούν σε ανάπτυξη ανθεκτικότητας σε εκτεθειμένους πληθυσμούς εντόμων. Είναι μια τυπική διαδικασία επιλογής. Με αμέτρητα δισεκατομμύρια έντομα στο χωράφι, μερικά από αυτά αναπτύσσουν τυχαίες μεταλλάξεις που επιτρέπουν την αντιμετώπιση των εντομοκτόνων με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Μερικά από τα ανθεκτικά άτομα έχουν την ικανότητα να αφομοιώνουν τις τοξικές ενώσεις και να τις διασπούν σε αβλαβή μόρια. Άλλοι μπορούν να περάσουν δηλητήρια μέσα από το σώμα τους χωρίς να τα έχουν κολλήσει σε εσωτερικούς ιστούς. Άλλοι πάλι αρχίζουν να αποφεύγουν την έκθεση σε τοξικές χημικές ουσίες αλλάζοντας τη συμπεριφορά τους.
Χωρίς εντομοκτόνα στο περιβάλλον, τέτοιες μεταλλάξεις συνήθως έχουν κόστος. Τα ανθεκτικά μεταλλαγμένα έχουν συχνά μικρότερη διάρκεια ζωής, χαμηλότερη αναπαραγωγική επιτυχία και υποφέρουν από υψηλή θνησιμότητα. Ως αποτέλεσμα, ξεπερνούν τον ανταγωνισμό από τους ευαίσθητους ομολόγους τους και ο αριθμός τους παραμένει χαμηλός. Ωστόσο, μετά την εφαρμογή ενός εντομοκτόνου, μόνο οι ανθεκτικοί οργανισμοί μπορούν να επιβιώσουν σε μια τοξική επίθεση, ενώ οι ευαίσθητοι ανταγωνιστές τους απομακρύνονται από τον πληθυσμό. Οι ανθεκτικοί επιζώντες αυξάνονται γρήγορα σε αριθμό και ευημερούν, συχνά εις βάρος της ανθρώπινης ευημερίας.
Η αντοχή στα εντομοκτόνα είναι ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα στη γεωργία. Για παράδειγμα, ο κάνθαρος της πατάτας του Κολοράντο, ένα σημαντικό παράσιτο της πατάτας, της ντομάτας και της μελιτζάνας, έχει γίνει ανθεκτικό σε τουλάχιστον 56 διαφορετικές χημικές ουσίες. Ο αδαμαντοφόρος σκόρος, που είναι μια πραγματική κατάρα για τους καλλιεργητές λάχανου, μπρόκολου και συναφών καλλιεργειών, μπορεί να αντέξει 95 εντομοκτόνες ενώσεις. Δεν είναι κάθε πληθυσμός ανθεκτικός σε κάθε χημική ουσία, αλλά ο αριθμός των αστοχιών εξακολουθεί να μιλάει από μόνος του.
Όσο απογοητευτικό κι αν είναι, η αντίσταση στα εντομοκτόνα δεν θα πρέπει να αποτελεί μεγάλη έκπληξη για όποιον γνωρίζει τις βασικές έννοιες της θεωρίας της εξέλιξης. Αυτό το σημείο συχνά ξεφεύγει από την κοινή συζήτηση, αλλά τα τοξικά περιβάλλοντα δεν περιορίζονται σε γεωργικά πεδία ή συναντήσεις καθηγητών. Τα φυτοφάγα έντομα έχουν πιθανότατα εκτεθεί σε εντομοκτόνα για περίπου 420 εκατομμύρια χρόνια, κάτι που δεν προηγείται μόνο του είδους μας, αλλά και των θηλαστικών γενικότερα. Τότε, αυτά τα εντομοκτόνα προέρχονταν από φυτά. Όχι από ανθρωπογενή χημικά εργοστάσια με καπνογόνα και αποβάθρες φόρτωσης όπως τώρα, αλλά από ζωντανά φυτά φωτοσύνθεσης.
Πολλές αλληλεπιδράσεις εντόμων-φυτών, όπως η επικονίαση ή η διασπορά των σπόρων, είναι αμοιβαία επωφελείς για τα εμπλεκόμενα μέρη. Ωστόσο, πολλά είδη εντόμων τρώνε φυτά. Ως απόκριση, τα φυτά αναπτύσσουν άμυνες ενάντια στο φαγητό. Η σύνθεση τοξικών χημικών είναι μια πολύ κοινή προσέγγιση για την προστασία από τα φυτοφάγα ζώα. Πολλές εντομοκτόνες ενώσεις που παράγονται από φυτά επηρεάζουν τους στόχους των εντόμων τους με παρόμοιους τρόπους με τις εντομοκτόνες ενώσεις που παράγονται από τον άνθρωπο:διαταράσσουν τις κυτταρικές μεμβράνες, αναστέλλουν τον μεταβολισμό, καταστέλλουν τη μεταφορά θρεπτικών ουσιών και ιόντων, αναστέλλουν τη μεταγωγή των νευρικών ερεθισμάτων και διαταράσσουν την ορμονική ρύθμιση. Ορισμένες χημικές ομάδες συνθετικών εντομοκτόνων διαμορφώνονται ακόμη και σύμφωνα με φυσικά μόρια. Για παράδειγμα, τα πυρεθροειδή είναι παρόμοια στη δομή με το πυρεθρούμιο που παράγεται από τις μαργαρίτες και τα νεονικοτινοειδή είναι παρόμοια με τη νικοτίνη που παράγεται από τον καπνό.
Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η έκθεση σε φυτικές τοξίνες πυροδότησε την εξελικτική διαδικασία που περιγράφηκε παραπάνω για τα συνθετικά εντομοκτόνα:μόνο ανθεκτικά μεταλλάγματα επέζησαν και αναπαράχθηκαν. Αυτά τα μεταλλαγμένα έγιναν ικανά να καταβροχθίσουν προηγουμένως προστατευμένα φυτά-ξενιστές, εκτός από μερικά μεταλλαγμένα φυτά που παρήγαγαν μια διαφορετική τοξίνη που εξακολουθεί να είναι αποτελεσματική έναντι του μεταλλαγμένου πληθυσμού των φυτοφάγων. Αυτά τα μεταλλαγμένα φυτά επέζησαν και αναπαράχθηκαν, μέχρι που μια νέα μετάλλαξη στον πληθυσμό των εντόμων κατέστησε την άμυνά τους ξεπερασμένη. Και ούτω καθεξής, και ούτω καθεξής.
Μια τέτοια ακολουθία αμοιβαίων αλλαγών είναι γνωστή ως συνεξέλιξη και είναι πιθανό να είναι υπεύθυνη για ένα μεγάλο μέρος της ποικιλομορφίας της ζωής στη Γη. Επίσης, δεν διαφέρει από τον «διάδρομο παρασιτοκτόνων» εντομοκτόνου/ανθεκτικότητας/νέου εντομοκτόνου/νέα σειρά γεγονότων αντοχής που λαμβάνει χώρα στη διαχείριση γεωργικών παρασίτων. Ακόμη και οι υποκείμενοι βιοχημικοί μηχανισμοί μπορεί να έχουν σημαντικές ομοιότητες. Συγκεκριμένα, μια οικογένεια ενζύμων γνωστή ως P450s είναι εξαιρετικά σημαντική για την αποτοξίνωση χημικών ουσιών τόσο φυτικής όσο και ανθρώπινης προέλευσης. Οι αλλαγές στην ποσότητα και τη δομή αυτών των ενζύμων έχει αποδειχθεί ότι είναι καθοριστικές τόσο για την προσαρμογή σε νέα φυτά-ξενιστές, όσο και για την αντοχή σε μια σειρά από συνθετικές χημικές ουσίες.
Η αντίσταση στα εντομοκτόνα θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως μια συγκεκριμένη περίπτωση συνεξέλιξης, όχι ως ένα είδος νέου φαινομένου μοναδικό στον βιομηχανοποιημένο έλεγχο παρασίτων. Αυτή δεν είναι μια πολύ παρήγορη σκέψη, επειδή οι επαγγελματίες ελέγχου παρασίτων πρέπει να καταπολεμήσουν μηχανισμούς αντίστασης που είναι καλά εδραιωμένοι σε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης. Ωστόσο, η ικανότητά μας να συνεχίσουμε να ξεπερνάμε τα προβλήματα των παρασίτων εξαρτάται από την ικανότητά μας να κατανοούμε την εξελικτική προέλευσή τους. Ενώ πολλά είδη φυτών προσαρμόστηκαν με επιτυχία για να αντέχουν στη φυτοφάγα εντόμων, περισσότερα από μερικά εξαφανίστηκαν από την πρώιμη Devonian. Εάν δεν θέλουμε να συμμετάσχουμε στην τελευταία, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να ανασυνθέσουμε την εξελικτική ιστορία, να μάθουμε τα διδάγματα της και να ενεργήσουμε ανάλογα.
Αυτές οι σκέψεις περιγράφονται στο άρθρο Προσαρμογή σε τοξικούς ξενιστές ως παράγοντας στην εξέλιξη της αντοχής στα εντομοκτόνα, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Current Opinion in Insect Science . Αυτό το άρθρο συντάχθηκε από τον Andrei Alyokhin από το Πανεπιστήμιο του Maine και τη Yolanda H. Chen από το Πανεπιστήμιο του Βερμόντ.
