La البحث عن بدائل مستدامة للمبيدات الكيميائية يُعدّ هذا أحد أبرز التحديات التي تواجه الزراعة الحديثة. فقد مكّنتنا سنوات من الاستخدام المكثف للمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب من إطعام سكان العالم المتزايد عددهم، لكنها خلّفت أيضاً آثاراً مقلقة على المياه والتنوع البيولوجي وصحة الإنسان. لذا، فإن أي تقنية تُقلّل اعتمادنا على هذه المواد مع الحفاظ على إنتاجية المحاصيل تُحظى باهتمام بالغ.
وفي هذا السياق، مكافحة الآفات باستخدام الاهتزازات والموجات فوق الصوتية لقد تطورت هذه التقنية من كونها مجرد فضول علمي إلى أداة حقيقية في مجال المكافحة المتكاملة للآفات. فمن الأجهزة التي تحاكي الإشارات الاهتزازية التي تستخدمها الحشرات للتكاثر، إلى أجهزة الإرسال فوق الصوتية التي تحاكي وجود المفترسات، تُظهر الأبحاث الحديثة أنه من الممكن "التحدث بلغة" الآفات لجذبها أو إرباكها أو طردها، كل ذلك دون رش الحقول بالمواد الكيميائية.
لماذا تبحث الزراعة عن بدائل للمبيدات الحشرية؟
La إن الزراعة المكثفة الحديثة عدوانية بطبيعتها تجاه البيئة.يرجع ذلك إلى اعتماده على تفضيل نوع واحد من المحاصيل المزروعة على أي منافس آخر: الأعشاب الضارة، أو الحشرات، أو الفطريات، أو الثدييات الصغيرة. ومع التوسع في استخدام الآلات الزراعية والحاجة إلى زيادة الإنتاج لكل هكتار، كان الحل السريع هو المبيدات الحشرية، التي ظلت لعقود حليفًا أساسيًا لضمان المحاصيل.
إلا أن الاستخدام الواسع النطاق لهذه المواد قد أدى إلى مشاكل بيئية وصحية خطيرة للغايةتلوث طبقات المياه الجوفية، وإلحاق الضرر بالحيوانات غير المستهدفة (بما في ذلك الملقحات كالنحل والنحل الطنان)، وظهور مقاومة لدى العديد من الآفات، والمخاطر الصحية على الأفراد المعرضين لها. إنها سلاح ذو حدين: فهي تساعد في إنتاج الغذاء، ولكن في الوقت نفسه، قد تُلحق بنا أضرارًا بالغة.
وقد دفع هذا الوضع إلى تطوير المحاليل البيولوجية مثل الأسمدة الحيوية والمبيدات الحيويةتعتمد هذه الأساليب على الكائنات الدقيقة أو الحشرات النافعة التي تنافس الآفات أو تهاجمها. ورغم أنها تمثل تقدماً ملحوظاً، إلا أنها لا تزال غير قادرة على استبدال المواد الكيميائية الزراعية بشكل كامل دون فقدان فعاليتها، لا سيما في الأنظمة الزراعية المكثفة.
ومن هنا جاء الاهتمام بالاستراتيجيات المبتكرة مثل مكافحة الآفات جسدياً أو سلوكياً عن طريق الاهتزازاتمما يسمح بالتدخل في تواصل الحشرات أو محاكاة وجود الحيوانات المفترسة، مما يقلل الضرر دون ترك مخلفات سامة في البيئة.
دور الاهتزازات والموجات فوق الصوتية في تواصل الآفات
تستخدم العديد من الآفات الزراعية الاهتزازات والإشارات الصوتية لتحديد اتجاهاتها، أو العثور على شريك، أو اكتشاف الحيوانات المفترسة. تتواصل بعض الأنواع من خلال الاهتزازات التي تنقلها النباتات (عبر السيقان والأوراق)، بينما تستخدم أنواع أخرى الموجات فوق الصوتية المنبعثة في الهواء، وهي غير مسموعة للبشر ولكنها مفهومة تمامًا من قبل الحيوانات الأخرى.
في حالة حشرات ماصة للحبوبلقد ثبت أن الآفات المهمة التي تصيب فول الصويا والذرة والقمح والفاصوليا تجمع بين نظامين: على مسافات طويلة، تصل إلى حوالي 100 متر، تستخدم الفيرومونات لجذب الشركاء المحتملين. وعندما يقتربون، يغيرون القناة ويبدأون البث. إشارات اهتزازية عبر النبات للإشارة إلى موقعه الدقيق، ستكون الرسالة شيئًا مثل "أنا هنا، تعال نحوي".
تنتقل هذه الاهتزازات عبر جسم النبات، الذي يعمل كـ كابل طبيعي ينقل الإشارةالأمر المثير للاهتمام هو أن العديد من الإناث وكذلك الذكور الآخرين يمكنهم الاستجابة لنفس الإشارة، لذا فإن "الحوار الاهتزازي" في ثقافة ما يمكن أن يكون معقدًا للغاية.
وفي آفات أخرى، مثل العث الليلي من جنس Spodopteraيلعب الموجات فوق الصوتية دورًا رئيسيًا. تُعد هذه الفراشات فريسة شائعة للخفافيش، التي تحدد موقعها بدقة بفضل تحديد الموقع بالصدى فوق الصوتي. وقد طورت الخفافيش بدورها سلسلة من الاستجابات الصوتية التي يمكنها لتضليل الخفافيش بشأن تحديد الموقع بالصدى أو مساعدتهم على اكتشاف وجودهم في الوقت المناسب للهرب. بعبارة أخرى، هناك "حرب صوتية" حقيقية في سماء الليل.
لقد مكّن فهم أنظمة الاتصالات هذه الباحثين من اقتراح فكرة بالغة الأهمية: إذا عرفنا ما تسمعه الآفات وكيف تتواصليمكننا ابتكار أجهزة تحاكي تلك الإشارات أو تغيرها أو تحجبها للتلاعب بها لصالحنا.
الجهاز البرازيلي الذي يستخدم اهتزازات دقيقة لجذب بق الفراش
يُعدّ أحد أبرز التطورات في مجال مكافحة الآفات باستخدام الاهتزازات قادمًا من البرازيل، حيث قام فريق من المؤسسة البرازيلية للبحوث الزراعية (إمبراپا) وقد طورت جامعة ولاية ماتو غروسو جهازًا إلكترونيًا قادرًا على إعادة إنتاج الإشارات الاهتزازية التي تستخدمها الحشرات الماصة للحبوب في مرحلة التكاثر.
تعتمد هذه التقنية على سنوات من المراقبة لـ السلوك التناسلي لهذه الحشراتقام العلماء بتحليل الترددات المحددة للاهتزازات التي تصدرها هذه الحشرات عند البحث عن شريك، وتمكنوا من تسجيلها وتخزينها وإعادة إنتاجها بطريقة مضبوطة باستخدام نموذج إلكتروني أولي يتم تثبيته على الفخاخ في الميدان.
تجمع هذه المصائد بين نوعين من الطعوم: الفيرومونات الاصطناعيةوالتي تعمل من مسافة بعيدة لجذب بق الفراش عن طريق "الرائحة"، وجهاز صغير يهتز يحاكي إشارات الاهتزاز والتي تفسرها الحشرات على أنها نداء للتزاوج. والنتيجة هي نوع من "الإشارة الخاطئة" التي تركز الحشرات في المصيدة بدلاً من تشتيتها في جميع أنحاء المحصول.
بحسب عالم الأحياء راؤول ألبرتو لاومان، من مختبر المواد الكيميائية شبه الوراثية للموارد الوراثية والتكنولوجيا الحيوية في إمبراپا، فإن الاستخدام المشترك لـ الاهتزازات والفيرومونات لا يسمح ذلك فقط بالتقاط بق الفراش، ولكن أيضًا بالحصول على معلومات دقيقة للغاية حول كثافة وتوزيع أعداد الآفات في قطعة الأرض.
في التجارب الميدانية الجارية حاليًا، يتم وضع المصائد المزودة بالجهاز تقريبًا كل خمسة هكتاراتبعد ذلك، يتم عدّ الحشرات التي تم اصطيادها في كل نقطة، وتُستخدم النماذج الرياضية لتقدير الكثافة الفعلية للآفات في جميع أنحاء المحصول. هذا النهج يجعل المصائد الاهتزازية أداة مراقبة دقيقة، وهو أمر أساسي لتحديد متى وكيف يتم التدخل.
مزايا وإمكانيات مكافحة بق الفراش باستخدام الاهتزازات
بق الفراش واليرقات اثنان من أكثر الآفات ضرراً في فول الصويا وغيرها من محاصيل الحبوب. في حين تُستخدم النباتات المعدلة وراثيًا والكائنات الدقيقة الممرضة للحشرات، من بين أمور أخرى، لمكافحة اليرقات، لا تزال مكافحة حشرة البق النتن تعتمد بشكل كبير على المبيدات الحشرية الكيميائية. لذلك، يُعدّ إيجاد طرق بديلة أقل ضررًا وأكثر أمانًا للبيئة وصحة الإنسان تحديًا استراتيجيًا.
يشير الجهاز البرازيلي المهتز تحديدًا إلى ذلك الاتجاه. تكمن جاذبيته الكبيرة في أنه يمكن أن يصبح بديل حقيقي للمبيدات الحشرية التقليديةأو على الأقل تقليل استخدامها بشكل كبير من خلال دمجها في برامج المكافحة المتكاملة للآفات. ستعمل المصائد على رصد أعداد بق الفراش وتقليلها إلى مستويات أدنى من عتبة الضرر الاقتصادي.
علاوة على ذلك، فهي تقنية متخصص للغاية في الآفة المستهدفةبخلاف المبيدات الحشرية واسعة النطاق، التي قد تقضي أيضاً على الحشرات النافعة مثل المفترسات الطبيعية أو الملقحات، فإن الاهتزازات والفيرومونات موجهة فقط إلى حشرات الحبوب الماصة التي تتعرف على هذه الإشارات. وهذا يقلل من تأثيرها على الحشرات النافعة.
وفقًا للنتائج الأولية التي نشرها فريق إمبراپا، فإن الاستخدام المشترك للفيرومونات الاصطناعية والاهتزازات قد سمح يساهم ذلك بشكل واضح في الحد من وجود بق الفراش في الحقول من التجارب، وكل ذلك دون التدخل في نشاط الحشرات النافعة مثل النحل أو النحل الطنان. في سيناريو تقدر فيه منظمة الأغذية والزراعة أن الآفات يمكن أن تتسبب في انخفاض يصل إلى 40% في الإنتاج الزراعي العالمي، فإن أي تقدم في هذا المجال له أهمية بالغة. تأثير اقتصادي وبيئي كبير.
تم تقديم طلب براءة اختراع هذه التقنية في أواخر عام 2023 لدى المعهد الوطني البرازيلي للملكية الصناعية، وحتى الآن، وهو غير متوفر تجارياً حتى الآنيسعى الباحثون إلى إيجاد شركاء صناعيين، وخاصة الشركات المتخصصة في تطوير المصائد الآلية، بهدف توسيع نطاق التصنيع وطرح هذه الأجهزة في السوق الزراعية.
تحديات تطبيق الاهتزازات الدقيقة على نطاق واسع
على الرغم من الحماس الذي أثاره هذا الابتكار، فقد أثيرت بعض المخاوف أيضاً شكوك معقولة حول جدواها على نطاق واسعيُقدّر عالم الحشرات خوسيه ماوريسيو سيمويس بينتو، الخبير في علم البيئة الكيميائية وسلوك الحشرات في جامعة ساو باولو، عمل إمبراپا تقديراً عالياً، وخاصة التحديد الدقيق للترددات الاهتزازية التي تستخدمها بق الفراش.
ومع ذلك، يشير سيمويس إلى أن المجهول الكبير هو كيفية تطبيق هذا النظام في المزارع التي تغطي مئات الآلاف من الهكتاراتينطبق هذا الأمر على فول الصويا في البرازيل، حيث تُزرع مساحة تزيد عن 45 مليون هكتار. قد يكون تركيب الأجهزة في عدد كافٍ من المواقع مكلفًا ومعقدًا من الناحية اللوجستية، ولا يزال التوازن الأمثل بين تكلفة التكنولوجيا والحد من الأضرار غير واضح.
ومن الجوانب التقنية المهمة الأخرى أن يتم التواصل الاهتزازي لبق الفراش من خلال النباتليس مباشرة في الهواء. لكي يتم إرسال الإشارة بفعالية، يجب أن يكون الجهاز متصل بالنبات أو بنية تسمح للاهتزاز بالانتشار في جميع أنحاء أنسجة النبات. وهذا يثير تساؤلات مثل: هل يكفي وضع جهاز واحد لكل مصيدة؟ هل يجب تثبيته على نبات معين؟ كيف يتغير التكاثر تبعًا لكثافة المحصول؟
يقترح لومان وفريقه حل بعض هذه التحديات من خلال استخدام النماذج الرياضية تربط هذه التقنية بين عدد الحشرات التي تم اصطيادها في المصائد وكثافة الآفات الفعلية، مما يغني عن الحاجة إلى تغطية كل نبتة بجهاز. علاوة على ذلك، يقترحون دمج هذه التقنية مع طرق المكافحة البيولوجية الأخرى، مثل استخدام... طفيليات بيض بق الفراشوالتي تتغذى وتتطور داخل بيض الآفة، مما يقلل من أعدادها بشكل أكبر.
إذا تم إحراز تقدم في أتمتة عد الحشرات التي يتم اصطيادها، وهو أمر يجري العمل عليه أيضاً، فيمكن تحويل المصائد الاهتزازية إلى... أداة رئيسية في الإدارة المتكاملة للآفاتإبلاغ المزارع في الوقت الفعلي تقريبًا بمستويات بق الفراش في كل منطقة من المزرعة، مما يسهل اتخاذ قرارات مكافحة أكثر دقة وفي الوقت المناسب.
أجهزة الموجات فوق الصوتية لصد العث والحشرات الطائرة الأخرى
إلى جانب الاهتزازات التي تنقلها النباتات، هناك مجال بحثي نشط للغاية آخر هو استخدام الموجات فوق الصوتية لردع الحشرات الضارةأظهرت دراسة حديثة نُشرت في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) من قبل فريق ياباني نتائج واعدة بشكل خاص ضد عث جنس Spodoptera، وهي آفات رئيسية في محاصيل مثل الفراولة والبصل والطماطم والعديد من الخضراوات الأخرى.
أُجريت التجارب تحت إشراف الباحث ريو ناكانو من جامعة ناغويا في حقول وبيوت زجاجية من الفراولة والبصل حيث تم تركيب أجهزة إرسال فوق صوتية أسطوانية الشكل، قادرة على بث الصوت بزاوية 360 درجة. تحاكي هذه الأجهزة الموجات فوق الصوتية المنبعثة من الخفافيش، وهي مفترسات طبيعية للعث الليلي.
ركز العلماء على ضبط مدة وتواتر وشدة الإشارات فوق الصوتية لتحقيق أقصى فعالية في الطرد. أظهرت النتائج أنه عند تشغيل الأجهزة من الغسق حتى الفجر (فترة نشاط هذه العثث)، انخفض طيران الإناث بشكل ملحوظ، والأهم من ذلك، وضع البيض على المحاصيل.
هذا أمر بالغ الأهمية لأن العديد من الأنواع مثل Spodoptera littoralis (الدونات السوداء) أو Spodoptera exigua (الدونات الخضراء أو دودة الجيش) تُسبب هذه الحشرات معظم الضرر خلال مرحلة اليرقات. ويؤدي منع الإناث من وضع بيضها في المحصول إلى القضاء على المشكلة، مما يقلل بشكل كبير من أعداد اليرقات التي تلتهم الأوراق والثمار.
يعتقد عالم الحشرات ميغيل أنخيل ميراندا تشويكا، أستاذ علم الحيوان في جامعة جزر البليار، أن هذا النهج قد أساس علمي متينوذلك لأنها تستغل لغة صوتية (الموجات فوق الصوتية) تستخدمها هذه الفراشات بشكل طبيعي للتواصل مع مفترسيها. ويعتقد أن هذا النوع من التكنولوجيا يمكن أن يصبح أسلوبًا جديدًا للمكافحة ضمن نظام متكامل لإدارة الآفات.
محدودية استخدام الموجات فوق الصوتية ضد الآفات الشائعة الأخرى
على الرغم من أن النتائج التي تم الحصول عليها مع عث جنس Spodoptera واعدة للغاية، إلا أن الخبراء يتفقون على أن لا يمكن تعميم فعالية الموجات فوق الصوتية على جميع الآفات.لكل نوع بيولوجيته الحسية الخاصة به، وليس كل الأنواع تستخدم الاهتزازات أو الموجات فوق الصوتية للتواصل أو اكتشاف التهديدات.
مثال واضح هو ذبابة الفاكهة (Ceratitis capitata)تُعدّ حشرة اللاسعة من أخطر الآفات التي تُصيب أشجار الفاكهة في جميع أنحاء العالم. ووفقًا للخبراء، لا تستخدم هذه الحشرة الموجات فوق الصوتية كوسيلة أساسية للتواصل، مما يُصعّب بشكل كبير إيجاد تردد و"رسالة صوتية" تُؤدي إلى طردها أو هروبها. وبدون هذا الأساس البيولوجي، يُصبح تصميم نظام صوتي فعّال أمرًا شبه مستحيل.
يحدث شيء مشابه مع الآفات المنزلية مثل الصراصيرتوجد في الأسواق أجهزة تدّعي قدرتها على طرد الصراصير باستخدام الموجات فوق الصوتية. إلا أن باحثين مثل ميراندا تشويكا يرون أن هذه المنتجات عديمة الجدوى بيولوجياً، لأن الصراصير لا تستخدم هذه الإشارات بطريقة تسمح بالصدّ المستمر.
في حالة البعوضتتمتع هذه النظرية بأساس أقوى، إذ تستخدم هذه الحيوانات الأصوات في سلوكها التناسلي (على سبيل المثال، طنين أجنحتها المميز لجذب الإناث). ومع ذلك، تشير الدراسات المتاحة إلى أن إعادة إنتاج تلك الأصوات ليس له تأثير طارد واضحوحتى الآن، لم يتم تحديد أي نمط فوق صوتي يمكنه صدها باستمرار في ظل ظروف العالم الحقيقي.
مجال آخر تم فيه اختبار الموجات فوق الصوتية هو مكافحة القوارض مثل الجرذان والفئران والجرذان الحقلية، خاصة خلال فترات تفشي الآفات الزراعية الشديدة. نعلم أن هذه الحيوانات قادرة على التواصل باستخدام أصوات عالية التردد، على سبيل المثال، للتزاوج أو الدفاع عن مناطقها، وقد أدى ذلك إلى تصميم أجهزة يُفترض أنها طاردة. ومع ذلك، تشير الأدلة العلمية إلى أن التأثير مؤقت في أحسن الأحوالقد يكون الصوت الجديد مخيفًا في البداية، ولكن مع مرور الوقت تميل الحيوانات إلى التعود عليه، تمامًا كما يحدث لنا نحن البشر مع الصوت المزعج المستمر.
التأثير البيئي و"التلوث الضوضائي" في الريف
إحدى القضايا التي لا يمكن تجاهلها هي الأثر البيئي الذي يمكن أن تحدثه انبعاثات الموجات فوق الصوتية والاهتزازات الاصطناعية في النظام البيئي الزراعي. على الرغم من أن القصد قد يكون فقط صد أو جذب آفات معينة، إلا أن الحقيقة هي أن العديد من الكائنات الحية الأخرى تشارك تلك البيئة ويمكن أن تتأثر بهذه الإشارات.
يُقرّ مؤلفو الدراسة اليابانية المنشورة في مجلة PNAS أنفسهم بأن الاستخدام المكثف لهذه الأجهزة يمكن أن يُولّد نوعًا معينًا من "التلوث الضوضائي" بالنسبة للأنواع الأخرىعلى الرغم من أن الموجات فوق الصوتية غير مسموعة للبشر، إلا أنها مسموعة للعديد من الحيوانات، ويمكن أن تتداخل مع تواصلها أو سلوكها إذا لم يتم استخدامها بطريقة مضبوطة.
على سبيل المثال، يمكن للمحاكاة المستمرة لموجات الموجات فوق الصوتية للخفافيش المصممة لإخافة العث أن كما أنها تؤثر على أنواع أخرى من الفراشات الليلية غير الضارة أو الحشرات التي تشكل جزءًا من غذاء الطيور أو غيرها من الحيوانات المفترسة. ومن خلال تعديل سلوك الفريسة، يمكن تغيير النظام البيئي بأكمله بشكل غير مباشر. سلسلة الغذاء وهو أمر مرهق بالفعل في الأنظمة الزراعية المكثفة.
في بيئة مُؤنسنة كالزراعة، فإن أي تدخل، مهما كانت نواياه حسنة، له العواقب البيئيةلذلك، قبل تطبيق حلول واسعة النطاق تعتمد على الاهتزازات أو الموجات فوق الصوتية، يصر علماء الحشرات على ضرورة دراسة هذه الآثار الجانبية المحتملة بشكل أفضل وتقييم ما إذا كانت مقبولة مقارنة بالضرر الذي يُراد تجنبه.
يكمن الحل في إيجاد التوازن بين الكفاءة والاحترام البيئي: استخدم الحد الأدنى من الإشارات الضرورية، في الأوقات والأماكن الدقيقة، وقم بدمج هذه الأدوات مع استراتيجيات أخرى (المكافحة البيولوجية، وإدارة الموائل، والأصناف المقاومة، وما إلى ذلك) لتقليل استخدام المواد الكيميائية دون خلق مشاكل جديدة غير مرئية.
في نهاية المطاف، أصبحت مكافحة الآفات باستخدام الاهتزازات والموجات فوق الصوتية راسخة كـ مجال ابتكار قوي للغاية في إطار الزراعة المستدامة، تُتيح المصائد الاهتزازية لحشرات الحبوب، القادرة على جذبها عبر الفيرومونات المُعاد إنتاجها إلكترونيًا والاهتزازات الدقيقة، إمكانية مكافحة مُوجّهة أقل اعتمادًا على المبيدات الحشرية. في الوقت نفسه، تُظهر أجهزة الإرسال فوق الصوتية المُستوحاة من الخفافيش إمكانية "خداع" العثّات مثل دودة القطن (Spodoptera) والحدّ بشكل كبير من وضع بيضها. ورغم وجود تحديات تتعلق بإمكانية التوسع، والتكلفة، والقيود الخاصة بكل نوع، والآثار المحتملة على الكائنات الحية الأخرى، تشير جميع الدلائل إلى أن هذه التقنيات ستُدمج تدريجيًا في برامج الإدارة المتكاملة للآفات، مما يُوفر للمزارعين أداة أخرى لحماية محاصيلهم دون الإضرار بالبيئة أو المساس بصحة العاملين في الأرض والمعتمدين عليها.
