فيتامين C أو حمض الأسكوربيك مهم بالنسبة لنا لسلامة النسيج الضام لدينا، ولكن لماذا تحتاج الحشرات النباتية إلى حمض الأسكوربيك في الغذاء؟ إنهم بحاجة إليها في دور آخر. هذا الجزيء ضروري لبناء هيكلها الخارجي الطبيعي
بقلم عاموس نافون، باحث كبير سابق في علم الحشرات بإدارة البحوث الزراعية
فيتامين C أو حمض الأسكوربيك مهم بالنسبة لنا لسلامة النسيج الضام لدينا، ولكن لماذا تحتاج الحشرات النباتية إلى حمض الأسكوربيك في الغذاء؟ إنهم بحاجة إليها في دور آخر. هذا الجزيء ضروري لبناء هيكلها الخارجي الطبيعي. يتم اكتشاف أعراض نقص حمض الأسكوربيك في الحشرة النباتية فقط عندما تنمو اليرقة على ركيزة غذائية صناعية لا تحتوي على هذا الجزيء. لقد فقد الإنسان وعدد محدود من الثدييات والحشرات النباتية القدرة على تصنيع حمض الأسكوربيك. بالنسبة للشخص، من المهم أن يشمل الغذاء الخضار والفواكه، وإذا لزم الأمر، يجب أيضًا توفير فيتامين C كمكمل غذائي.
فيتامين C في البشر
بدأ اكتشاف مرض الإسقربوط، وهو مرض نقص فيتامين سي، مع البحارة خلال فترة اكتشاف الأرض، وخاصة من قبل كولومبوس وفاسكو دا جاما وماجلان. ولم يكن طعام البحارة يحتوي عليه ولم يعلموا أنه نقص في حمض الأسكوربيك. وتجلى المرض في الوفاة بسبب نزيف اللثة وبقية الجسم وفقدان الأسنان والموت من الالتهابات والجوع. أولئك الذين لم يموتوا، عانوا من ضعف لم يسمح لهم بأداء وظائفهم. ثم اعتبر هذا مرضًا مهنيًا. اكتشف البحارة أن السكان الأصليين في البلدان التي وصلوا إليها لم تظهر عليهم أي علامات لنقص فيتامين سي، لأنهم كانوا يتغذون على الأطعمة النباتية. وسنتعرف لاحقاً على ضرورة إضافة الحمضيات إلى السلة الغذائية للبحارة. أصدرت البحرية البريطانية لائحة تنص على أن الرحلات عبر المحيطات يجب أن تكون مجهزة بالحمضيات. سمحت هذه اللائحة لبريطانيا العظمى بالسيطرة على قارة أستراليا ونيوزيلندا. بعد سنوات عديدة من الأبحاث الطبية، أصبح من الواضح أن مرض الإسقربوط هو مرض يلحق الضرر بالنسيج الضام ودور حمض الأسكوربيك هو أن يكون بمثابة جزيء مرمم في عملية هيدروكسيل اللايسين والبرولين - وهي أحماض أمينية نموذجية لبروتين الكولاجين. اليوم في النظام الغذائي للعالم الغربي، لا يشكل مرض الاسقربوط خطرا على البشر لأن طعامنا يحتوي على كميات من فيتامين C أعلى من الحاجة.
تطور استهلاك حمض الاسكوربيك في الثدييات
على مر السنين أصبح من الواضح أنه بصرف النظر عن البشر، فإن الذين يحتاجون إلى حمض الأسكوربيك هم القرود (الرئيسيات)، وفئران الحقل (القوارض)، وأنواع من الخفافيش آكلة الفاكهة (هناك حيوانات أخرى لن أذكرها هنا). والقاسم المشترك بين هذه الحيوانات هو أن كثرة حمض الأسكوربيك في غذائها الطبيعي أدى إلى فقدان القدرة على تصنيع هذا الجزيء. في عملية التطور، ربما انتقل الاعتماد على حمض الأسكوربيك من القرود الرئيسية إلى البشر. في فئران الحقل، حدث هذا الاعتماد بسبب كونها نباتية محددة، في حين أن القوارض الأخرى، على سبيل المثال الفئران التي تتغذى على البذور، لم تكن بحاجة إلى هذا الجزيء في نظامها الغذائي. فقدت الثدييات التي تعتمد على حمض الأسكوربيك في نظامها الغذائي القدرة على تصنيع إنزيم جولونولاكتون أوكسيديز، وهو الإنزيم الأخير في سلسلة التخليق الحيوي لحمض الأسكوربيك. ربما حدثت هذه الطفرة في العصر الحجري القديم الأوسط (عدة عشرات الآلاف من السنين)، عندما كان النظام الغذائي البشري يعتمد على الصيد وأكل النباتات والفواكه (الصيادين وجامعي الثمار). هناك احتمال أن فقدان القدرة على تصنيع حمض الأسكوربيك حدث لاحقًا، خلال الثورة الزراعية (قبل 10,000 سنة) عندما بدأ الإنسان في زراعة المحاصيل الزراعية المستأنسة التي كانت بمثابة مصدر غذائي للإنسان والحشرة النباتية.
يمتد البحث عن حمض الأسكوربيك لسنوات عديدة وعلى نطاق واسع. وقد تم ذلك من قبل باحثين من مختلف المجالات في العلوم الطبيعية والطب، وفي صناعة الأدوية. توصلت الأبحاث الأساسية لحمض الأسكوربيك إلى تحديد الاختلاف في تسلسل الحمض النووي الذي يرمز إلى إنشاء المكون النهائي في التخليق الحيوي لحمض الأسكوربيك.
يكمن الاختلاف في الاختلاف الوراثي بين القواعد النيتروجينية في الجينوم مقارنة بين الفأر غير المستهلك لحمض الأسكوربيك والإنسان:
CTTCTGGCTGCTGTTالجهاز المركزي للمحاسبات فار
TTTCTGACTCCTGTTTGC انسان
التطور والتأثير الفسيولوجي على البرودينيا"
بدأ الارتباط بين اليرقات والنباتات العليا منذ عشرات الآلاف من السنين. أصبحت الحشرات النباتية آفات زراعية في الثورة الزراعية لأن تدجين النباتات مثل الحبوب والبقوليات مكّن الحشرات والبشر من التغذية على النباتات الحولية. تم ذكر سجل القطن كبديل للبرودانيا في ورق البردي من الألفية الثانية قبل الميلاد. واسم هذه الحشرة باللغة الإنجليزية هو دودة ورق القطن المصري. لا يزال الضرر الناجم عن برودونيا (الاسم العامي) للقطن في مصر يمثل مشكلة حتى اليوم. الجراد الصحراوي، الذي لا يستطيع تصنيع حمض الأسكوربيك، مذكور في الكتاب المقدس كواحد من آفات مصر، ويعرف بأنه أسوأ آفات المحاصيل الزراعية. الحشرات التي تنمو على الدقيق والبذور لا تحتاج إلى حامض الأسكوربيك في غذائها، مثلاً حامض اللاكتيك الوردي الذي تتغذى يرقاته على بذور القطن الموجودة داخل حامض اللاكتيك. حشرة أخرى هي الجراد الصحراوي. ومن العث النباتي المذكور أيضًا دودة القز التي تتم زراعتها في الطبيعة وفي ظروف صناعية بشكل إلزامي على أوراق شجرة التوت.
ومن أجل دراسة تأثيرات حمض الأسكوربيك على الحشرة النباتية، كان من الضروري تجميع ركيزة غذائية صناعية لا تحتوي حتى على آثار من هذا الجزيء. وعدد علماء الحشرات الذين فعلوا ذلك ليس كثيرًا، وأنا منهم. لغرض دراسة آثار نقص حمض الأسكوربيك في برودينيا، Spodoptera littorualis (الاسم العلمي)، قمت بتجميع ركيزة اصطناعية تعتمد على هلام أجار أجار. يحتوي على الكازين الخالي من الفيتامينات وهيدرولزيت الصويا والسكروز والكوليسترول وزيت جنين القمح وخليط من فيتامينات المجموعة ب وكلوريد الكولين وخليط الملح. كان مصدر اليرقات للبحث عن حمض الأسكوربيك هو التربية الجماعية للحشرة في تربة غذائية صناعية تحتوي على حمض الأسكوربيك.
الدراسة الفسيولوجية والكيميائية الحيوية
أجريت هذه الدراسة كجزء من أطروحة الدكتوراه الخاصة بي وكذلك خلال سنة تفرغ مع البروفيسور الراحل هربرت ليبكي في جامعة ماساتشوستس-بوسطن، بتمويل من الصندوق الإسرائيلي الأمريكي للبحوث الزراعية (BARD). ونشرت النتائج في المجلات الرائدة في علم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية للحشرات.
التأثير الفسيولوجي لنقص حامض الاسكوربيك في الركيزة الغذائية الاصطناعية، تم استخدام يرقة Prodania كحشرة نموذجية لاعتماد حامض الاسكوربيك في الغذاء. في البداية، في ظل ظروف تفتقر إلى هذا الجزيء، نمت اليرقة ببطء وأصبح وزنها أقل. كان لا يزال ينمو على احتياطيات حمض الاسكوربيك الموجودة في البيضة. في المراحل الأخيرة من اليرقة تحدث عملية دراماتيكية. فشلت اليرقة في إسقاط السوسة. في الحالة القصوى، لا يسقط صندوق الرأس القديم إلى الأمام من الرأس ولكنه يبقى قريبًا من صندوق الرأس ولا يسقط جلد الجلد عن الجسم أيضًا، كما ترون في الصورة أدناه.
إن الفشل في التخلص من جلد الجسم يعني أن اليرقة لا تستطيع التمسك بالسطح الذي من المفترض أن تقف عليه. في الحالة الأقل خطورة، يتم "تأجيل" الضرر إلى مرحلة التجسيد. كما هو واضح في الصورة 2.
التأثير الكيميائي الحيوي لحمض الاسكوربيك
لا تحتوي الحشرات على نسيج ضام وهو نسيج داخلي في الثدييات، ولكن درعًا صلبًا متصلبًا في اليرقة النباتية سيكون موجودًا بشكل رئيسي في صندوق الرأس وصندوق العذراء. ويتم البلوغ تحت إشراف هرمون الشباب وهرمون البلوغ. في اليرقة السليمة، تتكون مسافة بين البشرة القديمة والتي تتطور تحتها، ويمتلئ الفراغ بين الجلدتين بسائل التقشير الذي تفرزه خلايا البشرة. تتمثل وظيفة هذا السائل في هضم الكيتين والبروتين الموجود في البشرة القديمة باستخدام الإنزيمات. تهضم اليرقة السائل عن طريق البلع لاستعادة منتجات التحلل الأنزيمي للكيتين والبروتين. كما تستخدم اليرقة سائل الانسلاخ كقوة هيدروستاتيكية في التخلص من الجلد المنسلخ.
تم العثور على حمض الأسكوربيك وإنزيم الفينولوكسيديز في سائل التقشير ويتطلب دورهما الكامل مزيدًا من الدراسة. يلعب حمض الأسكوربيك دورًا في عملية التصلب من خلال التحكم في معدل تكوين السكليروتين. سيؤدي عدم وجود هذا الجزيء المتكرر إلى تصلب مبكر، وسيكون مظهره البيولوجي هو فشل اليرقة في توسيع صندوق الرأس وجيوب الجناح في الشرنقة. في اليرقة، سوف يضغط الفكان المتصلان بصندوق الرأس الأصغر على بيت السنونو. ونتيجة لذلك، سيتم دفع الفكين العلويين للأمام ولن تتمكن اليرقة من عض الطعام. بسبب الصعوبات الفنية في تشغيل الفكين، ستدخل اليرقة في حالة مجاعة تفقد فيها مكونات الجسم اللازمة لتنفيذ عملية التشرنق الكاملة، وتموت اليرقة من الجوع خلال يوم أو يومين. بعد النقص الجزئي لحمض الأسكوربيك في الركيزة الغذائية، لن تتمكن اليرقة المتجسدة من توسيع جيوب الجناح إلى الأبعاد الصحيحة (الصورة 2). سوف يتجلى الضرر الذي يلحق بالفراشة الخارجة من الشرنقة في الأجنحة التالفة بحيث لا تتمكن من الطيران والتكاثر.
حمض الاسكوربيك في الحشرة النباتية - ملخص
ويقدر عدد أنواع الحشرات في العالم ما بين 1-2 مليون نوع. لم يتم اكتشاف كل شيء. وتشكل الحشرات النباتية منها حوالي نصف مليون نوع. ولذلك فإن "الحادثة التطورية" للاعتماد على حمض الأسكوربيك في الحشرة النباتية هي أقلية بين عالم الحشرات. وفي بحثي، تم اكتشافه عن طريق زراعة اليرقة عمدًا على ركيزة غذائية صناعية خالية من هذا الجزيء. تعتبر عملية التحول بمثابة "كعب أخيل"، سواء في الأنواع المتحولة بالكامل (كاملة الاستقلاب)، على سبيل المثال في برودانيا، أو في الأنواع شبه الاستقلابية (نصفية الاستقلاب)، بما في ذلك الجراد الصحراوي. كما أنه موجود أيضًا في نظام المفصليات، حيث يكون عدد الأنواع أقل من عدد فئة الحشرات. وتجدر الإشارة إلى أن عملية الفقس عند الحشرة تعتبر من أعقد العمليات في عالم الحيوان. في البشر، يتم النمو عن طريق إضافة خلايا إلى الجسم، بما في ذلك الأنسجة الضامة، من ناحية أخرى، في الحشرات، يجب أن تتساقط اليرقة عدة مرات لزيادة حجم الجسم حتى يتحول. ويتم هذا التنفيذ أثناء تنشيط نظام أنزيمي معقد وسعة طاقة عالية ويتم تنفيذه في وقت قصير جدًا، لتجنب الحيوانات المفترسة. والتعويض عن ذلك هو معدل التكاثر الهائل للحشرات المستهلكة لحمض الأسكوربيك والتي تشكل غالبية الآفات الزراعية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
