מחקר חדש חשף מהו החומר הגורם להתלהקות בחגבי ארבה, את המנגנון המולקולרי לקליטתו במחוש, וכן להשתקתו. בכך נפתח צוהר להדברה פוטנציאלית של מזיקים, שמסוגלים לגרום לרעב ברמה בינלאומית ושנזקם מוערך במיליארדי דולרים.

כ-19 מינים של חגבים (מתוך 6787) עשויים ליצור את תופעת הארבה [1]. אותם חגבים יכולים לעבור שינויים נרחבים ממופע של חגב בודד למופע מתלהק (כלומר לארבה), כאשר פרומון ההתלהקות (מלשון 'להקה') הוא גורם מרכזי בתהליך זה [לכתבתנו הקודמת על תופעת הארבה -2]. בשנים מסוימות, כשיש תנאים מתאימים (למשל משקעים חריגים), נקבות החגבים מטילות יותר ביצים מדרך כלל, כך מתפתחים יותר חגבים, וצפיפותם בשטח עולה בחדות. החגבים משחררים לאוויר את הפרומון, שהוא חומר נדיף שגורם לחגבים מאותו המין הביולוגי להתגודד. השינוי ממופע בודד למתלהק מתרחש בין אותם דורות קצרים ובמקביל החגבים מכלים את המזון באזור. אז, תודות לפרומון ההתלהקות, הם נעים יחד בעננים דחוסים של ארבה שמחפש ומחסל כל צמחייה הנקרית בדרכו, כולל גידולים חקלאיים שמטפח האדם. תופעת הארבה מסיבה נזקים כבדים לכלכלה וכן גורמת למחסור במזון ולרעב מסוכן, בייחוד באזורים המתבססים על חקלאות באפריקה, באסיה ובדרום אמריקה. השנה, 2020, ראה העולם את מכת הארבה החמורה מזה עשורים, ומיותר לציין, שמשבר הקורונה הבינלאומי לא הטיב כלל עם מאמצי ההדברה [3-4].

במחקר שהתפרסם לאחרונה בכתב העת המדעי Nature בוצעו כמה ניסויים מרשימים כדי לזהות את פרומון ההתלהקות בארבה מהמין חגב נודד (Locusta migratoria), כיצד הוא נקלט, וכיצד ניתן למנוע זאת. למרות שזהו לא מין הארבה שעושה שמות במכה העולמית הנוכחית, התוצאות נראות מבטיחות [5].

תחילה, בדקו החוקרים משיכה לשישה חומרי ריח מסוימים שמוצו מתוך חלקי גוף החגב: החוקרים נתנו לחגבים בחירה, לאן הם נמשכים, בתוך קופסה מלבנית אטוּמה בעלת שני חלקים, כאשר לחלק אחד הוזרם ריח עם פוטנציאל למשיכה, ולחלק השני ריח שהחגבים לא צפוים להגיב אליו כביקורת. החוקרים מצאו שהחגבים נמשכו לריח של חומר ששמו ‎4-Vinylanisole‬, או בקיצור 4VA, באופן גורף (ללא הטייה לזוויג או גיל), וכן שהמשיכה התגברה ככל שריכוז החומר עלה. בהמשך גילו החוקרים כי החגבים מתחילים להפריש את החומר אפילו בהתלהקות של 5-4 חגבים בודדים בלבד! כמו כן, עלייה בצפיפות החגבים הובילה לשחרור של יותר חומר לאוויר. בשלב הזה, החוקרים השתכנעו ש- 4VA הוא פרומון ההתלהקות במין זה.

בשלב השני, פנו החוקרים לבדוק כיצד החגבים קולטים את הפרומון. חרקים רבים קולטים ריח דרך מחושיהם ואיברים נוספים. במחוש מצויות שערות חישה מסוגים שונים, שבהן קולטנים שתפקידם לחוש ריח [6]. הם מצאו במחוש רק סוג אחד של שערות חישה שהגיב בנוכחות הפרומון, כאשר התגובה היתה חזקה יותר ככל שריכוז הפרומון עלה. בנוסף, לשמחת החוקרים, כשצללו עוד יותר למנגנון המולקולרי של חישת הפרומון, הם גילו כי רק לקולטן ריח מסוים בתוך שערות החישה, הייתה תגובה חזקה לפרומון ההתלהקות. 

למעשה, התגלית המרעישה מאוסף הניסויים המעניינים הללו היא שמנגנון קליטת פרומון ההתלהקות במין החגבים הזה הוא מאוד ספציפי. קיים חומר כימי אחד (4VA), שהוא כאמור פרומון ההתלהקות, והוא נקשר לקולטן ריח מסוים שמצוי בתוך שיערות חישה מסוג אחד. אם כך, השתקת הגן שמקודד את קולטן הריח הזה, תמנע את קליטת פרומון ההתלהקות. וזה בדיוק מה שהחוקרים עשו בשלב הבא.

החוקרים איתרו את הגן המקודד את אותו קולטן ריח במחוש ופגעו בו באמצעות טכנולוגיה לעריכת גנים (Crispr-cas9). החגבים המהונדסים הללו התפתחו כרגיל, למעט אותה הפגיעה. אך כשהחוקרים בחנו את החגבים המהונדסים באותם מבחנים התנהגותיים, הפעם הם לא הגיבו לפרומון ההתלהקות. הפגיעה בגן  הובילה לכך שהחגבים עצרו מלהתגודד, ולמעשה תהליכי השינוי של החגבים מהמופע הבודד למופע המתלהק לארבה נבלמו כלא היו.

ובכן, מחקר זה מניח את היסודות ליכולת להתמודד עם תופעת הארבה ההרסנית. לדוגמה, ניתן לפתח מלכודות דבק המכילות 4VA סינטטי למשיכה והדברה מקומית של חגבי ארבה. כלומר, ניתן לבצע הדברה מדויקת של ארבה ולחסוך בהשלכות הסביבתיות של פיזור רעל כללי באזורי המחייה של החגבים. מלכודות כאלה עשויות גם לשמש כתחנות לניטור דינמיקות האוכלוסיה של הארבה ולהזהיר כשכמות החגבים עולה, וכך להתכונן למכה. בנוסף, אמנם זה נתון לרגולציה, אך המחקר מציע אפשרות לפתח שושלות של חגבים מהונדסים, שלא מסוגלים להפוך לארבה, ולשחרר אותם באזורים מוכי ארבה כדי שיזדווגו עם חגבים רגילים ובכך יביאו להתפשטות אוכלוסיות חגבים שישארו בשלב החגב הבודד בלבד.

עם פריצת הדרך הנוכחית באמתחתנו, על חוקרי חרקים מוטלת אחריות להמשיך לחפש את מנגנוני המשיכה והקליטה של פרומוני ההתלהקות במיני חגבים נוספים היוצרים את תופעת ארבה, או לחשוב ביצירתיות על דרכים אחרות לנסות ולהשתלט על התופעה הזו. הטכנולוגיות לעבודה ברמה המולקולרית וברמת האורגניזם התפתחו והשתכללו באופן ניכר בשנים האחרונות, וחוקרים וחוקרות רבים פועלים בהווה על מנת לנצל זאת לתועלת האדם.

בתמונה: חגב נודד (Locusta migratoria) במופע בודד. צילום: Gilles San Martin

בתמונה: חגב נודד (Locusta migratoria) במופע מתלהק. צילום: (ChriKo (wikipedia.org/wiki/Migratory_locust

רשימת מקורות וקריאה נוספת:

1. From Molecules to Management: Mechanisms and Consequences of Locust Phase Polyphenism
2. לכתבתנו הקודמת על התגלגלות תופעת הארבה
3. לכתבה על מכת הארבה באסיה ואפריקה 2020: https://sustainability.asu.edu/global-locust-initiative/gli-desert-locust-outbreak/
4. לכתבה על התפרצות הארבה בדרום אמריקה 2020: https://sustainability.asu.edu/global-locust-initiative/south-american-locust-outbreak/
5. למאמר המתואר בכתבה: 4-Vinylanisole is the aggregation pheromone in locusts
6. מאמר בסיסי על החישה הסנסורית בחרקים: The olfactory sensory map in Drosophila.