مقدمه
وقتی هوا سرد میشود و برف زمین را میپوشاند، کمتر اثری از حشرات کوچک اطرافمان میبینیم. شاید فکر کنید سرمای زمستان تمام آنها را نابود میکند و تا بهار خبری ازشان نیست. اما واقعیت شگفتانگیز این است که حشرات برای پشت سر گذاشتن زمستانهای سرد، مجموعهای از ترفندهای هوشمندانه و سازگارانه دارند که بیشتر به تدابیر گیاهان شبیه است تا حیوانات خونگرم. آنها میلیونها سال تکامل یافتهاند تا یا از سرما فرار کنند یا در جای خود آن را تاب بیاورند. در این مقالهی محاورهای و جذاب، با اکولوژی زمستانی حشرات آشنا میشویم؛ یعنی روشهایی که این موجودات ریزنقش برای بقا در سرمای کشنده به کار میگیرند. خواهیم دید حشرات در زمستان کجا میروند، چه بلاهایی سرشان میآید و چگونه باز هم با آغاز بهار بازمیگردند. اگر فکر میکنید یک زمستان سرد میتواند شر حشرات را کم کند، دوباره فکر کنید! در ادامه توضیح میدهیم چرا سرمای زمستان در برابر حیلههای طبیعت حشرات حرفی برای گفتن نداردcolonialpest.com.
راهبردهای کلی حشرات برای بقا در زمستان
حشرات به طور کلی دو استراتژی اصلی برای مواجهه با سرمای زمستان دارند: یا مهاجرت میکنند و از سرما میگریزند، یا در جای خود میمانند و مقابله با سرما را پیش میگیرند. هر کدام از این دو راهبرد، سازوکارها و فوتوفنهای جالبی دارد که در ادامه بررسی میکنیم.
مهاجرت؛ فرار از زمستان
نخستین راهکار برخی حشرات برای زنده ماندن، مهاجرت به مناطق گرمتر است. درست همانطور که پرندگان مهاجر با سرد شدن هوا راهی سرزمینهای جنوبی میشوند، بعضی حشرات نیز کوچ میکنند تا از سرما در امان بمانند. البته مهاجرت در دنیای حشرات با پرندگان تفاوت دارد؛ زیرا طول عمر بیشتر حشرات کوتاهتر از آن است که یک فرد بتواند سفر رفت و برگشت طولانی را تاب بیاورد. در واقع بسیاری از مهاجرتهای حشرات چندنسلی است؛ یعنی حشرهٔ بالغ یک مسیر طولانی را یکطرفه طی میکند، در مقصد جفتگیری و تخمگذاری میکند و نسل بعدی مسیر را ادامه میدهد یا بهار سال بعد به موطن اجدادی بازمیگردد.
مثال مشهور، پروانهی مونارک است. جمعیت بزرگ این پروانههای نارنجی و سیاه هر پاییز از نقاط سردسیر آمریکای شمالی به سوی مناطق گرمتر کوچ میکنند. آنها تا ۳۰۰۰ مایل (حدود ۴۸۰۰ کیلومتر) پرواز میکنند تا خود را به اقلیم ملایم مکزیک یا کالیفرنیا برسانندfs.usda.govalainpersian.com. این سفر شگفتانگیز یکی از طولانیترین مهاجرتها در دنیای حشرات است. پروانههای مونارک شرق آمریکا زمستان را در جنگلهای کوهستانی مکزیک به سر میکنند و به صورت دستهجمعی روی درختان تجمع میکنند تا گرم بمانندfs.usda.gov. در همین حال، جمعیت غربی مونارکها راهی سواحل کالیفرنیا میشوندfs.usda.gov. جالب اینجاست که مونارکها تنها گونهی پروانهاند که مهاجرت رفت و برگشت منظم دارند و مانند پرندگان هر سال این مسیر را طی میکنندfs.usda.gov. با این حال هیچ فرد مونارکی تمام دور کامل سفر را زنده نمیماند؛ بلکه نسلهای بعدی راه آنها را ادامه میدهند و در بهار به سمت شمال بازمیگردند.
البته پروانه مونارک تنها حشره مهاجر نیست. انواع دیگری از پروانهها (مثل گونهای به نام بانو نقاش)، سنجاقکها و ملخها نیز مهاجرتهای فصلی انجام میدهند. برای مثال، برخی سنجاقکها پاییز از مناطق سرد شمالی به جنوب کوچ میکنند و نسلهای بعدی در بهار دوباره به شمال بازمیگردند. هرچند مهاجرت یک راه حل پرهزینه است و فقط برای تعداد محدودی از حشرات بزرگجثه یا پرانرژی ممکن شده است، اما به هر حال یک راه فرار از گزند سرما است. به بیان ساده: وقتی نمیتوانی سرما را تحمل کنی، از آن دوری کن!
ماندن و مقاومت؛ سازگاری با سرما
بیشتر حشرات توان یا فرصت مهاجرتهای طولانی را ندارند. آنها به جای فرار، در همان زیستگاه خود میمانند و به شکلهای گوناگون با سرمای زمستان کنار میآیند. این راهبرد دوم خود شامل روشهای متنوعی است. برخی گونهها تمام زمستان را در حالت خفته و کمفعالیت سپری میکنند، برخی بدنشان را به ضدیخ طبیعی مجهز میکنند، بعضی دیگر اجازه میدهند اندامهایشان یخ بزند ولی نمیرند. به طور کلی دانشمندان دو دسته اصلی از حشرات زمستانمانده را تعریف کردهاند: حشرات اجتنابکننده از یخزدن و حشرات تحملکنندهی یخزدنdigikala.com. در ادامه شرح میدهیم که این دو گروه چه تفاوتی با هم دارند و هر کدام از چه ترفندهایی برای زنده ماندن استفاده میکنند. همچنین ابتدا به یک چالش اساسی میپردازیم: این که حشرات خونسرد اساساً چرا در برابر سرما آسیبپذیرند.
حشرات خونسرد و چالش سرمای زمستان
حشرات جزو جانوران خونسرد (خونسرد) هستند؛ یعنی بر خلاف پستانداران و پرندگان خونگرم، نمیتوانند درون بدنشان گرما تولید و تنظیم کنند. دمای بدن یک حشره تقریباً همان دمای محیط اطرافش استcrops.extension.iastate.edu. در تابستان این مشکلی ایجاد نمیکند، اما در زمستان سرد، خونسرد بودن یک نقطهضعف بزرگ است. بسیاری از فرآیندهای حیاتی و آنزیمهای بدن حشرات در دمای پایین از کار میافتند و خطر مرگ ناشی از یخبستن مایعات بدن آنها را تهدید میکندdigikala.com. همهی ما دیدهایم که پستانداران و پرندگان (جانوران خونگرم) در سرما زنده میمانند چون با سوزاندن غذا در بدنشان حرارت تولید میکنند. اما یک ملخ یا پروانهی کوچک چنین کورهی داخلیای ندارد؛ پس وقتی دمای هوا افت میکند، بدنش نیز سرد میشود و ممکن است بلورهای یخ در بافتهایش تشکیل گردد. اگر کریستالهای یخ درون بدن رشد کنند، میتوانند سلولهای حشره را تخریب کرده و عملاً از درون او را منفجر کنندdigikala.com.
حشرات برای گرم کردن خود مجبورند به منابع حرارتی خارجی اتکا کنندdigikala.com. در روزهای آفتابی پاییز، شاید مارها و حشرات را دیده باشید که زیر آفتاب دراز کشیدهاند؛ آنها در واقع در حال حمام آفتاب گرفتن و جذب انرژی خورشید هستند تا دمای بدنشان را بالا ببرندdigikala.com. به عکس، جانوران خونگرم مثل ما برای خنک شدن باید عرق کنند یا لهله بزنند تا با تبخیر آب، گرمای اضافی را دفع کنندdigikala.com. تصویر زیر به خوبی این تفاوت را نشان میدهد.
در تصویر مادونقرمز بالا یک عقرب خونسرد (قسمت آبی/بنفش) را میبینید که روی دست یک انسان خونگرم (قسمت زرد/نارنجی) قرار گرفته است. عقرب چون حرارت درونی تولید نمیکند سرد مانده، در حالی که دست انسان گرم است و گرمایش در تصویر پیداستdigikala.com. این وابستگی به گرمای محیط باعث میشود حشرات و دیگر خونسردها در زمستانهای سرد با چالشی جدی روبهرو شوند.
بنابراین مشکل اصلی این است: حشرات نمیتوانند در سرما گرمای کافی تولید کنند و دمای بدنشان به زیر صفر سقوط میکند. در چنین شرایطی تنها دو راه دارند: یا somehow مانع از یخبستن مایعات بدنشان شوند، یا اگر قرار است یخ بزنند طوری یخ بزنند که جان سالم به در ببرند. به بیان دیگر همان دو استراتژی اجتناب از یخزدگی و تحمل یخزدگی که پیشتر گفتیم. هر دوی این روشها در میان حشرات رواج دارد و در ادامه مثالهایشان را خواهیم دید. اما پیش از آن، بیایید ببینیم حشرات چگونه خود را برای زمستان آماده میکنند.
خواب زمستانی حشرات؛ رکود و پناهگیری
بسیاری از حشرات پیش از فرا رسیدن سرمای شدید، وارد حالت رکود زمستانی میشوند. در این حالت که معادل «خواب زمستانی» در پستانداران است، حشره فعالیتهایش را به حداقل میرساند، رشد و تولیدمثل را متوقف میکند و به یک حالت کممصرف میرود تا شرایط سخت بگذرد. زیستشناسان این دورهی وقفه در رشد و فعالیت را اصطلاحاً دیاپوز (Diapause) مینامند که به صورت ژنتیکی در چرخهی زندگی بسیاری از حشرات در فصل سرما اتفاق میافتدcrops.extension.iastate.edu. شروع دیاپوز معمولاً با تغییرات محیطی مانند کوتاه شدن طول روز، کاهش دما و کم شدن دسترسی به غذا تحریک میشودcrops.extension.iastate.edu. حشرههایی که وارد دیاپوز میشوند، متابولیسم بدن خود را پایین میآورند و انرژی ذخیره میکنند تا ماهها بدون غذا زنده بمانندschlitzaudubon.orgschlitzaudubon.org.
نکته جالب اینجاست که حشرات میتوانند در هر کدام از مراحل زندگی خود زمستانگذرانی کنند؛ بسته به گونه، ممکن است تخم، لارو، شفیره یا بالغ زمستانخواب باشدschlitzaudubon.org. در زیر به چند نمونه از هر کدام اشاره میکنیم:
-
زمستانگذرانی در مرحله تخم: برخی حشرات چرخه زندگیشان طوری تنظیم شده که تخمهایشان زمستان را دوام بیاورند. برای مثال، تعداد زیادی از ملخها و شپشهای گیاهی در اواخر پاییز تخمهایی مقاوم به سرما میگذارند که تا بهار بعد در خاک یا روی برگها باقی میمانند و وقتی هوا گرم شد تفریخ میشوند. چرخژاله (مانتیس) یا همان آخوندک نیز تخمهایش را داخل یک غلاف کفآلود به نام اؤوتکا (ootheca) میگذارد که در تماس با هوا سفت میشود و مثل یک قمقمه عایق، تخمها را از یخبندان حفظ میکند. حتی چوبکهای جنگلی (حشرات عصایی) تخمهای خود را به پایین درختان میاندازند تا در برگریزههای روی زمین مدفون شود. این تخمها پوستههای ضخیم و ترکیبات ضدیخ دارند که باعث میشود سرما را تحمل کنند و در بهار نوزادان (نیمفها) از آنها خارج شوندschlitzaudubon.org. در طبیعت ماوراء، مورچهها هم به بقای این تخمها کمک میکنند: مثلاً تخم چوبک شمالی دارای برآمدگی خوراکی کوچکی به نام کپیتولوم است که مورچهها را ترغیب میکند آن را به لانهشان ببرند، جایی که تخم در پسماندهای گرم لانه مورچه زمستان را امن سپری میکند و بهار سالم بیرون میآیدschlitzaudubon.org!
-
زمستانگذرانی در مرحله لارو: بسیاری از حشرات به صورت لارو یا نوزاد زمستانخوابی میکنند. برای نمونه، کرم پشمالوی قهوهای-سیاه که لارو پروانه ببری ایزابلا است، یکی از معروفترین “خوابالوهای زمستان” است. این کرمهای پشمالو در پاییز که به آخرین سن لاروی خود میرسند، مقدار زیادی ماده ضدیخ (گلیسرول) در خونشان تولید میکنندschlitzaudubon.org. با این ضدیخ طبیعی، بدن آنها میتواند یخ بزند و باز در روزهای گرمتر یخشکنی کند، بدون آن که اندامهای داخلیشان آسیب ببینندschlitzaudubon.org. آزمایشها نشان داده این کرمهای زمستانخواب تا دمای حدود منفی ۲۵ درجه سلسیوس را تحمل میکنندschlitzaudubon.org. در طول زمستان، اگر هوا کمی ملایم شد ممکن است آنها را ببینید که روی برف راه میروند؛ اما به محض سرد شدن دوباره خشکخشک شده و به خواب فرو میروند تا بالاخره در بهار تبدیل به شفیره شوند و سپس به پروانه بالغ ظاهر گردندschlitzaudubon.org. به جز کرمهای پروانه، نوزادان بسیاری از سوسکها، پشهها و مگسها نیز زمستان را به صورت لارو در زیر خاک، زیر پوست درختان یا حتی زیر آب طی میکنند. لارو پشهها در آبهای راکد زیر یخ زنده میمانند و به کندی رشد میکنند تا در بهار تبدیل به بالغ شوند. نوزاد برخی مگسها هم درون گالهای گیاهی (تورمهای ایجادشده روی ساقه یا برگ در اثر تخمگذاری حشره ماده) زمستانگذرانی میکنند؛ دیوارهی گال مثل یک لباس گرم آنها را از یخبندان حفظ میکند.
-
زمستانگذرانی در مرحله شفیره: بسیاری از پروانهها و شبپرهها زمستان را در حالت شفیره (پیله یا پوپ) سپری میکنند. به عنوان مثال، بید توس و پروانه بزرگ سدروس (سسروپیا) در اواخر تابستان یا پاییز دور خود پیلهای محکم از ابریشم میتنند. پیلهٔ اینها دو لایه دارد؛ یک لایهی بیرونی ضخیم و یک لایهی داخلی، که بینشان فضای خالی عایق وجود داردschlitzaudubon.org. شفیره داخل این “کیسه خواب ابریشمی” در امان از سرمای بیرون باقی میماند تا با رسیدن بهار بالغ شود. حتی اگر برف روی پیله بیفتد، ساختار چندجدارهی آن از نفوذ سرمای شدید جلوگیری میکند. این روش در بسیاری از بیدها و پروانههای مناطق سرد دیده میشود. شفیرهی بعضی گونهها در خاک تشکیل میشود که خود خاک پوشش عایق اضافهای فراهم میآورد.
-
زمستانگذرانی به صورت حشره بالغ: تعداد کمی از حشرات هستند که زمستان را به صورت بالغ زنده میمانند. بیشتر پروانهها یا میمیرند یا در مراحل قبل میمانند، اما جالب است بدانید پروانهی پرسفونه (شنلتراش) زمستان را به شکل پروانهی بالغ سپری میکندschlitzaudubon.org. این پروانه در شکاف درختان یا هر گوشهی محفوظی پناه میگیرد و با ترکیبی از ضدیخها در بدنش عملاً خود را منجمد میکند تا زمستان تمام شود. او حتی قادر است در اواخر زمستان (مثلاً بهمن ماه) در گرمای آفتاب پرواز کند، چون پیش از پرواز با لرزاندن عضلات پرواز، دمای بدنش را تا ۱۵ درجه سلسیوس بالاتر از دمای محیط بالا میبردschlitzaudubon.org! نمونه دیگر، کفشدوزکها هستند که در پاییز به صورت گروهی زیر پوست درختان، زیر سنگها یا حتی گوشه پنجرههای منازل جمع میشوند و دستهجمعی یک خواب زمستانی سبک را طی میکنند. ملخهای صحرایی هم گاهی به حالت کمون در میآیند و حرکت نمیکنند تا هوا گرم شود.
برای زنده ماندن در زمستان، یافتن یک پناهگاه مناسب هم حیاتی است. بیشتر حشراتی که در سرما فعال نیستند تلاش میکنند خود را در محیطهای کمی گرمتر و محفوظتر مخفی کنند. از جمله: زیر خاک، میان برگهای خشک انباشته در کف جنگل، داخل کُندهها و زیر پوست درختان، در شکاف سنگها یا حتی درون لانههای حیوانات دیگر. به عنوان مثال، سوسک ژاپنی که یک آفت چمنزار است، زمستان را به صورت لارو سفید در عمق خاک میگذراند؛ آنها در پاییز خود را به لایههای پایینتر خاک میرسانند تا جایی بروند که دما هرگز به زیر صفر نرسدcolonialpest.com. برف هم برایشان بد نیست چون مثل یک پتوی عایق، گرمای خاک را حفظ میکندcolonialpest.com. زنبورهای اجتماعی مانند زنبورهای وحشی (ژاکتزردها) پس از یک سال فعالیت، تمام کارگرانشان در پاییز میمیرند و فقط ملکههای تازهجفتخورده زنده میمانند. این ملکهها گوشهای امن (مثلاً زیر پوست درخت یا در خاک) پناه میگیرند و تا بهار در حالت نیمهبیهوشی باقی میمانندcolonialpest.com. با آغاز گرما، ملکههای بازمانده بیرون میآیند و مستعمره جدیدی بنیان میگذارند.
و البته برخی حشرات خوششانس اصلاً نیازی به این دردسرها ندارند چون کنار ما انسانها خانه میکنند! برای مثال، سوسریها (سوسکهای حمام)، مورچههایArgentine ، موریانهها، ککها، حتی عنکبوتهای خانگی (که البته حشره نیستند ولی خونسردند) در محیط گرم ساختمانهای ما به راحتی زمستان را میگذرانندcolonialpest.com. به قول طنز یکی از حشرهشناسان: این مهمانان موذی اجازه میدهند ما خانهمان را گرم کنیم و آنها هم از سرما در امان باشند – در واقع ما برای بقای آنها در زمستان زحمت میکشیم!
ضدیخ طبیعی: اجتناب از یخزدگی
حال که دربارهٔ خواب زمستانی و پناه گرفتن حشرات صحبت کردیم، برگردیم به دو راهبرد اصلی مقابله با سرما: اجتناب از انجماد و تحمل انجماد. نخست سراغ گروهی میرویم که اجازه نمیدهند بدنشان یخ بزند. این حشرات اجتنابکننده از یخزدگی تمام هنرشان این است که نقطه انجماد مایعات بدنشان را تا جای ممکن پایین بیاورند و از تشکیل هرگونه بلور یخ درون بافتهایشان جلوگیری کنندdigikala.com. آنها به بیان علمی در حالت فوقسرد (Supercool) به سر میبرند؛ یعنی حتی در دماهای بسیار زیر صفر هم خونشان (که همولنف نام دارد) یخ نمیزند! اما چطور چنین چیزی ممکن است؟
این حشرات با فرا رسیدن پاییز، تغییرات شیمیایی مهمی در بدن خود ایجاد میکنند. یکی از کلیدیترین اقدامات آنها، تولید مواد ضدیخ طبیعی است. درست همانطور که در رادیاتور خودروها ضدیخ میریزیم یا روی شیشهی ماشین گلیسرول میپاشیم تا یخ نزند، حشرات نیز از ترکیبات مشابهی استفاده میکنندlancaster.unl.edu. گلیسرول که نوعی الکل قندی است و نیز سوربیتول و قندهای مخصوص (مانند ترههالوز) در بدن خیلی از حشرات انباشته میشوند. این مواد نقطه انجماد مایعات را کاهش میدهند و مانند ضدیخ عمل میکنندcrops.extension.iastate.edu. علاوه بر اینها، برخی حشرات پروتئینهای ضدیخ ویژهای نیز در خون خود ترشح میکنند که میتوانند مستقیماً به بلورهای ریز یخ بچسبند و نگذارند بزرگ شوندcrops.extension.iastate.edu. نتیجه این است که حتی اگر دمای بدن این حشرات به دهها درجه زیر صفر برسد، مایعات درون بدنشان همچنان به حالت مایع باقی میماند و یخ نمیبندد.
اقدام حیاتی دیگر، خالی کردن محتویات گوارش است. حضور ذرات غذایی یا کریستالهای معدنی در دستگاه گوارش میتواند هستههای اولیه برای تشکیل یخ ایجاد کند. بسیاری از حشرات قبل از ورود به زمستان، رودههای خود را تخلیه میکنند تا هیچ عامل هستهزای یخ در بدنشان باقی نماندcrops.extension.iastate.edu. همچنین آب آزاد بدن خود را کم میکنند (مثلاً با دفع مایعات یا انباشتن ادرار غلیظ)، تا غلظت شیره بدن بالا برود و احتمال انجماد کاهش یابدdigikala.com.
با این روشهای چندگانه، بعضی از حشرات فوقسرد میتوانند به طرز باورنکردنی دمای پایین را تحمل کنند. برای نمونه، لارو یک نوع پشه* (به نام بعضی سوهانکها) توانسته رکورد فوقسردی تا حدود منفی ۵۰ درجه سلسیوس را ثبت کند. در این حالت، هیچ یخی در بدن حشره تشکیل نمیشود؛ او عملاً به یک قطره آب بسیار سرد تبدیل میشود که هنوز یخ نزده است! البته این وضعیت شکننده است؛ اگر دما حتی اندکی پایینتر از نقطه فوقسردی خاص آن حشره برود، ناگهان کل بدنش یخ میزند و ممکن است بمیردcrops.extension.iastate.edu. از این رو حشرات اجتنابکننده از انجماد همچنان اندکی در خطر هستند: اگر زمستانی سردتر از حد عادی بیاید و دما از رکورد تحملشان پایینتر رود، آنگاه مرگ در اثر انجماد حتمی است.
یکی از شگفتانگیزترین نمونههای حشرات مجهز به ضدیخ طبیعی، سوسک پوستهنشین تخت قرمز است. این سوسک کوچک (حدود ۱ تا ۱٫۵ سانتیمتر طول) که در جنگلهای نیمکره شمالی یافت میشود، به عنوان یکی از قهرمانان تحمل سرما شناخته شده استdigikala.com. تحقیقات نشان داده که لاروهای این سوسک میتوانند دمای خارقالعادهٔ منفی ۱۵۰ درجه سلسیوس را در آزمایشگاه تحمل کنندdigikala.com! این عدد به قدری عجیب است که در نگاه اول افسانه به نظر میرسد، اما واقعیت دارد: بدن این لاروها دارای غلظت بسیار بالایی از گلیسرول و سایر ضدیخهای طبیعی است که مانع یخبستن مایعات سلولیشان میشودdigikala.comdigikala.com. همچنین پروتئینهای ضدیخ خاصی تولید میکنند که حتی اگر یخ زدن آغاز شود، جلوی رشد بلورها را میگیردdigikala.com. این سوسکها تابستانها را زیر پوست درختان سپری میکنند و از دیگر حشرات ریز داخل پوست تغذیه میکنندdigikala.com. از اواخر تابستان (حدود مرداد) بدنشان کمکم آماده زمستان میشود: ابتدا پروتئینهای ضدیخ را میسازند، سپس با شروع پاییز مقدار زیادی گلیسرول در خون ذخیره میکنند تا نقطه انجماد را پایین بیاورند، و نهایتاً نزدیک زمستان آب بدنشان را کاهش میدهندdigikala.com. مجموع این سه اقدام باعث میشود که سوسک پوستهنشین تخت قرمز حتی زمستانهای آلاسکا را هم دوام بیاوردdigikala.com. در ظاهر شاید به نظر برسد این سوسکهای کوچک روی پوست درخت یخ زده و مردهاند (گاهی مثل تکهشیشههای یخ به نظر میآیند)، اما در واقع زندهاند و منتظر بهار!
سوسک پوستهنشین تخت قرمز (Cucujus clavipes) یکی از شگفتترین حشراتی است که با تولید ضدیخ در بدن خود، از یخبستن بافتهایش جلوگیری میکند. این سوسک و خویشاوندانش در جنگلهای نیمکره شمالی زندگی میکنند و میتوانند سرمایی را تاب آورند که برای اغلب جانداران کشنده استdigikala.com. لارو این حشره نزدیک ۲ سال طول میکشد تا بالغ شود و تمام این مدت میتواند در سرما زنده بماند.
حشرات ضدیخساز ممکن است بخش زیادی از آب بدنشان یخ بزند اما آسیبی نبینند. در واقع، دیده شده که برخی حشرات تا ۵۰٪ یا حتی بیش از آن آب بدنشان یخ میزند بدون اینکه بمیرندcolonialpest.com. رمز کار در این است که یخبستن در قسمتهای بیضرر بدن اتفاق میافتد (مثلاً در فضای بین سلولی) و سلولهای حیاتی همچنان توسط غلظت بالای ضدیخ حفاظت میشوند. وقتی هوا گرم شد و یخها آب شدند، این حشرات دوباره به زندگی عادی بازمیگردند گویی که یک “مکث” طولانی داشتهاندcolonialpest.com.
تحمل یخزدگی: یخ بزن و زنده بمان!
گروه دوم حشرات زمستانمانده، آنهایی هستند که حتی اگر بدنشان یخ بزند باز زنده میمانند. این راهبرد شاید دیوانهوار به نظر برسد اما در طبیعت رخ میدهد. حشرات تحملکنندهی یخزدگی عمداً اجازه میدهند که آب موجود در فضای بیرون سلولهایشان یخ ببندد، ولی تدابیری دارند که سلولها و اندامهای حیاتیشان از گزند یخ در امان بمانندcrops.extension.iastate.edu.
یکی از ترفندهای این گروه، تولید پروتئینهای هستهگذار یخ است. برخلاف حشرات گروه قبل که میخواستند هیچ یخی تشکیل نشود، اینها اتفاقاً کنترلشده یخ میزنند. پروتئینهای ویژه در خونشان باعث میشود یخبستن از دمای نسبتاً بالا (مثلاً چند درجه زیر صفر) آغاز شودcrops.extension.iastate.edu. با این کار، یخ به آرامی و تدریجی شکل میگیرد و بلورهای کوچک و منظمی در فضاهای بینسلولی تشکیل میشود که به غشاهای سلولها آسیب جدی نمیزندcrops.extension.iastate.edu. همچنین این حشرات مقدار زیادی آب از سلولهایشان به بیرون پمپاژ میکنند (از طریق کانالهای آب موسوم به آکوآپورین) تا وقتی یخبستن آغاز شد، آب کمتری داخل سلول باشد و سلول از خشکی ناشی از یخزدن پاره نشودcrops.extension.iastate.edu.
نتیجه چنین سازگاریهایی این است که حشره میتواند واقعاً یخ بزند – مثلا شفاف و سخت شود – اما همچنان نمرد. در زمستان، این موجود در حالت “پاپسیکل ششپا” (آبنبات یخی حشرهای!) باقی میماند تا دما دوباره بالا رود و یخها آب شوندcolonialpest.com. سپس فعالیت اندامهایش از سر گرفته میشود و زندگی را ادامه میدهد. نمونههای متعددی از این پدیده در طبیعت دیده شده است. در کنار حشرات، عنکبوتها و حتی دوزیستانی مثل قورباغهی چوبی نیز چنین توانایی خارقالعادهای دارند که بدنشان یخ بزند و زنده بمانندalainpersian.com.
یکی از مشهورترین حشرات با تحمل یخزدگی، مگسهای گال زرینمیله (Eurosta) هستند. لارو این مگس در پاییز داخل گال (برآمدگی) ایجادشده روی ساقه گیاه باقی میماند. با سرد شدن هوا، نزدیک به ۶۵٪ آب بدن لارو تبدیل به یخ میشود اما ترکیبات ضدیخ و قندهای ویژه در داخل سلولهایش از انجماد بخش درونسلولی جلوگیری میکنند. لارو تمام زمستان را یخزده داخل گال سپری میکند و در بهار که دما بالا رفت، یخش آب شده و به شفیره و سپس مگس بالغ تبدیل میشود. پژوهشها نشان داده این لاروها در واقع نوعی شکر به نام ترههالوز در بافتهای خود تجمع میدهند که هنگام انجماد مثل یک شربت غلیظ اطراف مولکولهای حساس را میپوشاند و جلوی آسیب را میگیرد.
مثال دیگر همان کرم پشمالوی ببری ایزابلا است که در بخش قبل گفتیم. در واقع این کرمها هم تا حدی اجازه یخبستن میدهند؛ گلیسرول موجود در بدنشان کمک میکند یخ به صورت کنترلشده در بدن شکل بگیرد و به اندامهای حیاتی صدمه نزندschlitzaudubon.org. آنها ممکن است در طول زمستان چندین بار یخ بزنند و دوباره آب شوند (در اثر نوسانات دما)، و این چرخه را بدون مشکل تحمل میکنند. البته هر بار یخ زدن و آب شدن، کمی استرس به بدن وارد میکند و اگر خیلی مکرر یا سریع رخ دهد ممکن است کشنده شودcolonialpest.com. معمولاً یک دوره هوای گرم کوتاه در میان زمستان (پدیده thaw) به حشرات فرصت میدهد آسیبهای احتمالی انجماد را ترمیم کنند و دوباره برای موج سرمای بعدی آماده شوندcrops.extension.iastate.educrops.extension.iastate.edu.
تمهیدات شگفتانگیز دیگر
حشرات علاوه بر مواردی که گفته شد، ابتکارات دیگری هم برای زنده ماندن در زمستان به خرج میدهند. یکی از آنها استفاده از عایقهای طبیعی برای محافظت از تخمها است. برای مثال، برخی پروانهها و بیدها بعد از تخمگذاری، روی تخمهایشان پوششی کفآلود ترشح میکنند که به سرعت سفت و حجیم میشود و مثل قنداق حبابدار یا یک لایه فوم، تخمها را در بر میگیردtoknowtheland.com. این پوشش فومی هم عایق سرماست و هم تخمها را از خشکشدن یا شکار شدن حفظ میکند. بید چادرزنی شرقی یکی از این گونههاست که مادهٔ بالغ پس از جفتگیری دور شاخه درخت یک حلقه تخم میگذارد و بلافاصله آن را با مادهای کفآلود میپوشاند. این ماده خشک شده و به صورت تودهای قهوهایرنگ شبیه استایروفوم دور تخمها را میگیردtoknowtheland.com. تخمها درون این پوشش زمستانگذرانی میکنند و با رسیدن بهار لاروها سر از تخم در میآورند. در تصویر زیر، نمایی نزدیک از چنین توده تخمی را مشاهده میکنید که مانند لفاف حبابی محافظ، دور تا دور شاخه را پوشانده است.
تخمهای یک گونه بید به شکل یک حلقه دور شاخه درخت تنیده شده و با یک پوشش فومی (قنداق حبابی) پوشیده شدهاند. این “حبابها” در واقع با خشک شدن، مثل یک روکش عایق از تخمها در برابر سرما و عوامل بیرونی محافظت میکنند و تا بهار که نوزادان خارج شوند سالم نگه میدارند.
برخی دیگر از حشرات از همکاری گروهی بهره میبرند. اجتماع حشرات در کنار هم میتواند به حفظ گرما کمک کند. نمونهاش، خوشهبندی پروانههای مونارک بود که گفتیم هزاران پروانه روی یک درخت مینشینند و همدیگر را گرم نگه میدارندfs.usda.gov. یا مورچههای جنگلی تپههای مورچهای بزرگی میسازند که بخش عمیقتر آنها در زیرزمین از یخبندان مصون است؛ کارگران در زمستان به عمق لانه میروند و ملکه و لاروها را در آنجا حفاظت میکنند. در روزهای آفتابی سرد، ممکن است مورچهها را ببینید که به سطح تپه میآیند تا کمی گرمای خورشید بگیرند و سپس به زیرزمین برگردند، انگار که بخواهند خانه را گرم کنند.
آیا سرمای زمستان همهٔ حشرات را نابود میکند؟
یک باور قدیمی میگوید “زمستان سرد پشهها و حشرات موذی را میکُشد و سال بعد راحتتریم!” اما همانطور که حالا متوجه شدهاید، این فقط یک افسانه است. حشرات صدها میلیون سال است که روی کره زمین زندگی میکنند و طی این دوران در برابر هر تغییری در اقلیم سازگاریهای حیرتانگیزی پیدا کردهاندdigikala.com. سرمای زمستان شاید تعداد افراد یک جمعیت را موقتاً کم کند، اما هرگز موجب انقراض یا نابودی کامل یک گونه حشره در یک منطقه در طول یک زمستان معمولی نمیشود. مگر اینکه شرایط غیرعادی پیش بیاید – مثلاً سرمایی بسیار شدیدتر از حد معمول یا یخبندان ناگهانی پس از یک دوره گرما که حشره فرصت آمادهسازی نداشته باشدcolonialpest.com. در حالت عادی، حشرات زمستان را یا با پناهگیری و رکود طی میکنند، یا نسل آیندهشان (تخمها یا شفیرهها) منتظر فصل مناسب میمانند، یا به جاهای گرمتر کوچ میکنند. با اولین نشانههای بهار، دوباره همه جا پُر از حشره خواهد شد. حتی در سالهای خیلی سرد هم اغلب تنها درصدی از جمعیت حشرات کاهش مییابد و باز همانها در بهار به سرعت تکثیر میشوند. به علاوه، برخی گونهها عمداً زمستانها میمیرند چون این بخشی از چرخه زندگیشان است: مثلاً بسیاری از پروانهها و حشرات یکساله در پاییز تخمریزی میکنند و والدین میمیرند؛ اما تخمها زنده میمانند و نسل بعدی در بهار ظاهر میشودcolonialpest.com. پس طبیعت راه را برای بقای آنها باز گذاشته است.
جالب است بدانید در زیستشناسی حتی اصطلاحی برای کشتن آفات توسط سرما وجود دارد: مرگ زمستانی. بعضی کشاورزان امید دارند زمستان سرد تعداد آفتها را کم کند. ولی واقعیت این است که تنها یک زمستان بهندرت آفتی را کاملاً ریشهکن میکند. مثلاً ممکن است سرمای شدید تعدادی از پشهها یا شتهها را از بین ببرد، اما تخمهای مقاوم آنها در گوشهوکنار زنده میمانند و با گرم شدن هوا دوباره جمعیتشان رشد میکند. به علاوه، گرمتر شدن اقلیم در دهههای اخیر باعث شده حوزه پراکنش خیلی از حشرات گسترش یابد؛ چون زمستانهای ملایمتری را تجربه میکنیم و دیگر سرما آن نقش کنترلکننده سابق را ندارد. این یکی از دلایل افزایش برخی آفات و حشرات مهاجم در مناطق جدید است که پیشتر برایشان خیلی سرد بود. بنابراین، افسانهٔ نابودی کامل حشرات در زمستان باور نادرستی است و نباید انتظار داشت طبیعت با سرمای معمولی، خودبهخود حشرات مزاحم را حذف کند.
نقش حشرات زمستانمانده در اکوسیستم
بقای حشرات در زمستان فقط برای خودشان مهم نیست، بلکه برای کل اکوسیستم حیاتی است. تصور کنید اگر هر سال همه حشرات یک منطقه با سرما از بین میرفتند، بهار هیچ گردهافشانی برای گلها انجام نمیشد تا زمانی که مهاجران جدید برسند یا تخم جدیدی باز شود. بسیاری از پرندگان حشرهخوار در اوایل بهار نیاز به حشرات دارند تا جوجههایشان را تغذیه کنند؛ این پرندگان به بازماندگان زمستان (هرچند تعدادشان اندک باشد) وابستهاند تا چرخه غذاییشان شروع شود. همچنین حشرات مرده و تخمهای نابودشدهی زمستان غذای جانوران تجزیهکننده و ریزجثه را فراهم میکند. خلاصه اینکه زمستانگذرانی حشرات بخشی طبیعی از شبکه زندگی است و ضامن این است که با عوض شدن فصل، حیات با قدرت از سر گرفته شود.
در مقابل، اگر زمستان فوقالعاده گرمی داشته باشیم، ممکن است عدم توقف طبیعی در چرخه زندگی حشرات موجب ازدیاد بیش از حد برخی گونهها شود که تعادل را به هم بزند. یا زمستان بسیار نامنظم (مثلاً گرم و سرد شدن پیاپی) میتواند به برخی حشرات آسیب بزند و در نتیجه در بهار جمعیتشان کمتر از حد معمول باشد که روی گردهافشانها یا زنجیره غذایی تأثیر منفی داردcolonialpest.com. پس حتی کیفیت زمستان هم یک عامل زیستمحیطی کلیدی است که بر جمعیت حشرات و به تبع آن کل اکوسیستم اثر میگذارد.
نتیجهگیری: سرسختی شگفتانگیز کوچکترها
حشرات بیش از ۴۰۰ میلیون سال است که روی سیاره ما زندگی میکنندdigikala.com. در این مدت، بارها تغییرات اقلیمی شدید، دورههای یخبندان، عصرهای گرما و سرما را از سر گذراندهاند و با وجود جثه کوچک و ظرافت بدنشان، راههایی برای بقا پیدا کردهاند. استراتژیهای زمستانی حشرات – از مهاجرتهای حیرتآور هزاران کیلومتری گرفته تا تولید ضدیخ در خون و خواب زمستانی درون پیله – همگی نشان از نبوغ طبیعت در حل چالش بقا دارد. دفعه بعد که در دل زمستان طبیعتی خاموش را دیدید، به یاد بیاورید که زیر برگهای یخزده، در عمق خاکهای سرد، پشت پوست خشک درختان و حتی در گوشههای سقف خانه شما، حشراتی در کمین بهار نشستهاند. آنها در سکوت زمستان، یا در حال چرت زدناند یا بیصدا مشغول نبرد شیمیایی با سرما. همین “ریزجثههای سرسخت” هستند که با آغاز فصل گرم، ناگهان دنیای ما را دوباره پر جنبوجوش و رنگارنگ میکنند. زمستان هر چقدر هم سخت باشد، زندگی در مقیاس کوچک جریان خود را پیدا میکند – و این حقیقتی امیدبخش و تحسینبرانگیز درباره حشرات است که سزاوار توجه و احترام ماست.
منابع و مطالعات بیشتر:
-
Farnaz Heydari, حشرات زمستانها کجا میروند؟ دیجیکالا مگdigikala.comdigikala.com
-
Chris Williams, How do Insects Survive our New England Winters? Colonial Pest Controlcolonialpest.comcolonialpest.com
-
Schlitz Audubon Nature Center, How Insects Survive the Winter: Diapause (2020)schlitzaudubon.orgschlitzaudubon.org
-
Iowa State University, Cold Hardiness of Insects (Encyclopedia)crops.extension.iastate.educrops.extension.iastate.edu
-
U.S. Forest Service, Monarch Butterfly Migration and Overwinteringfs.usda.govfs.usda.gov
-
Ohio State University Extension, Joe Boggs, Eastern Tent Caterpillar Egg Massestoknowtheland.com
