הגנות כימיות של צמחים משפיעות לא רק על הצמיחה וההתפתחות של אוכלי עשב, אלא גם, בעקיפין, על הצרכנים הבאים בשרשרת המזון. מחקר חדש מראה שאוכלי עשב וטורפים שלהם פיתחו אסטרטגיות יעילות להתמודדות עם מטבוליטים משניים של צמחים רעילים.זחלים של עש גב היהלום פורסים אנזים מעי ספציפי כדי להפוך את החומרים הרעילים של הצמח המארח שלהם לבלתי מזיקים. ללא פעילות אנזים זה נפגעים הצמיחה, ההישרדות והרבייה. אף על פי כן, זחלי שרוכים טורפים ניזונים מזחלים מורעלים ללא השלכות שליליות חמורות, מכיוון שיש להם מנגנון ניקוי רעלים משלהם. (eLife, דצמבר 2019, doi:10.7554/eLife.51029).
כדי להאכיל בהצלחה מצמח, אוכלי עשב צריכים להתגבר על החומרים הכימיים שהצמח מייצר כדי להגן על עצמו. קבוצה אחת של תרכובות הגנה אלו היא הגלוקוזינולטים, המיוצרים על ידי כל מיני הירקות המצליבים, כולל כרוב, ברוקולי וחזרת, אך גם על ידי צמח המודל Arabidopsis thaliana. גלוקוזינולטים מומרים בקלות לאיזותיוציאנטים רעילים. אוכלי עשב מסוימים פורסים מנגנונים למניעת היווצרות איזותיוציאנטים. ביניהם ניתן למצוא את עש גב היהלום Plutella xylostella, מזיק חקלאי מרכזי המתמחה בכרוב ובמיני צמחים נלווים.התפרצויות המוניות חוזרות ונשנות הפכו את אוכל העשב הזה למזיק חשוב מבחינה כלכלית של ירקות ברחבי העולם.
קבוצה של מדענים מהמחלקה לביוכימיה במכון מקס פלנק לאקולוגיה כימית בג'נה, גרמניה, והמכון ההודי לחינוך ומחקר מדעי בפונה, הודו, רצו לברר האם השינוי האנזימטי של גלוקוזינולטים הם למעשה מנגנון ניקוי רעלים שהוא חיוני לגדילה, הישרדות ורבייה של חרק המזיקים. יתרה מכך, הזחלים של עש גב היהלום הם חלק משרשרת מזון מכיוון שהם נצרכים על ידי חרקים אחרים, כמו זחלים שרוטים. זחלי השרוכים הם טורפים רעבים שניזונים מסוגים רבים ושונים של טרף חרקים. מסיבה זו, הם משמשים גם כאורגניזמים מועילים בהדברה ביולוגית. לכן המדענים רצו לדעת כיצד גלוקוזינולטים באוכלי עשב ישפיעו על הטורפים שלהם.
ראשית, החוקרים הראו שזחלי עש יהלום הניזונים מצמחים מצליבים מייצרים יותר אנזים ניקוי רעלים ספציפי.עם זאת, זחלים שלא היו מסוגלים עוד לייצר את האנזים נפגעו בבירור בהתפתחותם כשהם ניזונים מצמחים שיצרו גלוקוזינולטים בעליהם: הצמיחה שלהם ירדה, שיעור ההישרדות שלהם היה נמוך יותר והיו להם פחות צאצאים. ניתוח כימי גילה שהזחלים האלה הכילו כמויות גבוהות של איזותיוציאנטים רעילים.
עבור המדענים, תגלית זו הוכיחה שניקוי רעלים אנזימטי הוא חיוני להישרדותו של עש גב היהלום. עם זאת, דניאל Giddings Vassão, ראש קבוצה במחלקה לביוכימיה שהוביל את המחקר עם Sagar Pandit מהמכון השותף בפונה, מציין גם כי יצירת האנזים יקרה לחרקים: "למרות שנוכחות האנזים משמעותית. מגביר את הביצועים של הזחלים, יתרון זה מגיע עם עלויות. חרקים מתפקדים הרבה יותר טוב על צמחים ללא שום גלוקוזינולטים בכלל. האקולוגיה של הגנת הצמח מורכבת מאוד.גם כאשר אוכל עשב פיתח תגובה כימית חכמה לניקוי רעלים של תרכובת הגנה צמחית, הצמח עשוי להמשיך לייצר הגנות כימיות כל עוד ניקוי רעלים מדלדל את משאבי החרקים."
המדענים לא רק רצו לדעת כיצד הזחלים של עש גב היהלום מתמודדים עם הגנת הצמח, אלא גם האם תרכובות הגנה צמחיות משפיעות על הרמה הבאה של שרשרת המזון, כלומר חרקים טורפים שניזונים מהזחלים הללו. "חשבנו שלחסימת הטרנספורמציה הכימית של גלוקוזינולטים בזחלים של עש יהלום תהיה השפעה שלילית על שרוכים טורפים. עם זאת, להפתעתנו, גילינו שלכנפי השרוך כמעט ולא סבלו מהשפעות שליליות כשהם ניזונים מזחלים כאלה", העיר Ruo Sun, המחבר הראשון של המחקר. האם זחלי השרוכים ניזונים מזחלים שיכולים לבטל רעלים של גלוקוזינולטים או מזחלים המכילים איזותיוציאנטים רעילים ביותר, כמעט לא משנה: זחלי השרוכים גדלים קצת יותר לאט כשהם ניזונים לחלוטין מזחלים רעילים; עם זאת, אין לכך השפעה על כושרם ואינו משנה את בחירת הטרף שלהם.מחקרים נוספים גילו כי זחלים שרוכים מסוגלים להפוך את האיזוטיוציאנטים ללא מזיק, למרות שהם מפעילים מנגנון ניקוי רעלים שונה מהזחלים של עש גב היהלום.
התוצאות מעוררות עניין גם לגבי אסטרטגיות אפשריות להילחם במזיק חשוב כלכלית זה, לדברי יונתן גרשנזון, מנהל המחלקה לביוכימיה: "המחקר שלנו מראה שהיכולת של עש גב היהלום לשרוד ולהתפתח בהצלחה בצמחים המכילים גלוקוזינולט תלוי ביכולתו לבצע חילוף חומרים כימי של הגנות אלו. בינתיים, השרוך הירוק הנפוץ, טורף כללי של עש גב היהלום, מבצע חילוף חומרים של גלוקוזינולטים, אך באופן שונה. מאמצים עתידיים לשלוט בעש גב היהלום עשויים להפעיל אסטרטגיית הדברה משולבת: הפרעה לניקוי רעלים של עש יהלום ובו בזמן פריסת טורפים, כמו כנפיים, שאינם מושפעים גם אם לאוכלי העשב חסרה מערכת ניקוי רעלים."
