التغير المناخي والأمراض النباتية.. أحدث كابوس للبشرية (دراسة)
يوما بعد آخر، يتكشف لدى البشر أن مكافحة التغير المناخي ليست رفاهية، ولا يجب أن تكون، بل إن تغير المناخ سوف يطال غذاءنا.
ويشكل تفشي الأمراض النباتية مخاطر كبيرة على الأمن الغذائي العالمي والاستدامة البيئية في جميع أنحاء العالم، كما يؤدي إلى فقدان الإنتاجية الأولية والتنوع البيولوجي بما يؤثر سلبًا على الظروف البيئية والاجتماعية والاقتصادية للمناطق المتضررة.
هذا ما خلصت إليه دراسة مستفيضة نشرتها مجلة نيتشر العلمية بعنوان "آثار تغير المناخ على مسببات الأمراض النباتية والأمن الغذائي ومسارات المستقبل"، وكتبها كل من براجيش سينج ومانويل ديلجادو باكريزو والينورا ايجيدي وايميليو جيرادو.
وناقش الباحثون في دراستهم كيف من المحتمل أن تتغير أحمال مسببات الأمراض النباتية وضغط المرض في ظل سيناريوهات المناخ المستقبلية. واستكشفوا التأثيرات الحالية والمستقبلية لتغير المناخ وتكثيف استخدام الأراضي على الجغرافيا الحيوية لمسببات الأمراض، والتفاعلات بين الميكروبيوم النباتي ومسببات الأمراض النباتية ، وعلى حدوث أمراض النبات وحدتها، وتأثيرها الجماعي على الزراعة والإنتاج الأولي. كما درسوا سبل التخفيف من مخاطر تفشي الأمراض ، من خلال تحسين مراقبة الأمراض ، والنمذجة التنبؤية ، واستراتيجيات الإدارة المستدامة الفعالة.
وقال واضعو الدراسة فى مقدمتها إن تغير المناخ يزيد من مخاطر تغيير تطور العوامل الممرضة والتفاعلات بين المضيف والممرض وتسهيل ظهور سلالات ممرضة جديدة. كما يمكن أن يتغير نطاق العوامل الممرضة ، مما يزيد من انتشار أمراض النبات في مناطق جديدة.
ودرس الباحثون فى دراستهم كيف تتغير ضغوط أمراض النبات في ظل سيناريوهات المناخ المستقبلية وكيف سترتبط هذه التغييرات بإنتاجية النبات في النظم البيئية الطبيعية والزراعية.
وخلصوا إلى أن زيادة حدوث وشدة تفشي الأمراض النباتية تشكل مخاطر كبيرة ومتنامية على الإنتاجية الأولية والأمن الغذائي العالمي وفقدان التنوع البيولوجي للعديد من المناطق المعرضة للخطر في العالم.
فعلى سبيل المثال، تقدر الخسائر السنوية في غلة المحاصيل الناجمة عن مسببات الأمراض (الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب الأمراض وتقيد صحة وإنتاجية المضيف) والآفات وحدها بنحو 220 مليار دولار أمريكي، مما يؤثر بشكل مباشر على الأمن الغذائي والاقتصادات الإقليمية والجوانب الاجتماعية والاقتصادية الأخرى المرتبطة.
ويتفاقم هذا بسبب خسارة ما بعد الحصاد التي تسببها الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض مثل Penicillium spp. و Xanthomonas euvesicatoria.
علاوة على ذلك، يشكل تغير المناخ خطرًا متزايدًا لتكثيف أمراض النبات، مما يعرض للخطر الإمدادات الغذائية في العالم والتنوع البيولوجي الطبيعي للنباتات.
وفي ذلك السياق، يُفترض أن أي مكاسب محتملة في الغلة في العقود الخمسة القادمة سوف يقابلها ضغط المرض المتغير الناتج عن تغير المناخ الناجم عن مسببات الأمراض المعروفة والناشئة.
وفي العموم، تصاب النباتات بمجموعة متنوعة من مسببات الأمراض، بما في ذلك البكتيريا والفطريات والفيروسات والديدان الخيطية، والتي تختلف في أنماط حياتها (التغذية الحيوية، واستخلاص العناصر الغذائية من الخلايا الحية، والنخريات، واشتقاق العناصر الغذائية من الخلايا الميتة)، واستراتيجيات العدوى (داخل الخلايا أو خارج الخلية) والأنسجة النباتية المستهدفة (على سبيل المثال، نسيج الخشب أو اللحاء أو الجذور أو الأوراق).
ويتمثل أحد التحديات الرئيسية للتنبؤ بأمراض النبات في المكان والزمان في فهم كيفية تفاعل هذه العوامل الممرضة المختلفة مع الدوافع المتعددة للمرض والاستجابة لها (على سبيل المثال، مسببات الأمراض الأخرى، والعائل / النواقل، والكائنات الحية الدقيقة المتعايشة والبيئة)، وكيف تشترك في ذلك الاستجابة لتغير المناخ.
ومن الناحية النظرية، قد يسهل تغير المناخ عدوى النبات بطرق متعددة كما يمكن أن يؤدي تغير المناخ أيضًا إلى تحولات نطاق مسببات الأمراض والمضيفين، مما سيزيد من انتشار أمراض النبات في مناطق جديدة. وعلى سبيل المثال، من المرجح أن تزداد وفرة مسببات الأمراض الفطرية التي تنقلها التربة في معظم النظم البيئية الطبيعية في ظل سيناريوهات تغير المناخ المتوقعة، مع عواقب كبيرة ولكن غير محددة كمًا للإنتاجية الأولية على مستوى العالم. وبالمثل، فإن التباين في الرطوبة النسبية يؤثر على وفرة مسببات الأمراض وإصابتها بالعدوى.
على سبيل المثال، يتسبب الجفاف المطول في إجهاد مائي في أشجار الغابات، مما يؤدي إلى زيادة التعرض للعدوى بمسببات الأمراض التي تسبب مرض الموت الرجعي من جنس Phytophthora ، مما يسهل حدوث أمراض جديدة محتملة.
وأدت الزراعة الأحادية المحصولية الموحدة وراثيًا والكثافة العالية للزراعة في الزراعة الحديثة إلى تسريع ظهور مسببات الأمراض الفتاكة القادرة على التغلب على أصناف المحاصيل المقاومة للأمراض وتعزيز حجم سكان العامل الممرض والتنوع الجيني. وبالمثل ، فإن الإفراط في الاعتماد على مبيدات الآفات قد أدى أيضًا إلى ظهور سريع لسلالات جديدة من مسببات الأمراض.
تفشي الأمراض النباتية
ووفقا للدراسة، فقد كثفت العولمة والتجارة الدولية حركة مسببات أمراض المحاصيل بين القارات في العقود القليلة الماضية، مما زاد من خطر الانتقال من المناطق التي تنتشر فيها الأمراض إلى المناطق الخالية من الأمراض.
ومن الأمثلة على التجارة والنقل كعوامل دافعة لظهور العوامل الممرضة مرض ذبول الموز ، المعروف أيضًا باسم مرض بنما، الناجم عن الفطريات المنقولة عن طريق التربة Fusarium oxysporum والمعروفة بالمكعبية ، والتي من المحتمل أن تكون نشأت في جنوب شرق آسيا ثم انتشرت على مستوى العالم خلال القرن العشرين.
ومن ناحية أخرى، من المحتمل أن تكون التغيرات المناخية والبيئية والممارسات الحديثة لإدارة الأراضي التي تهيمن عليها الزراعة الأحادية والمحاصيل عالية الكثافة قد سهلت ظهور وتكييف مسببات الأمراض النباتية القادرة على الانتشار خارج نطاقاتها الجغرافية العادية. على سبيل المثال ، يُزرع فول الصويا والقمح على نطاق واسع في الزراعة الأحادية عالية الكثافة ، وتتأثر محاصيلهما بعدد كبير من الآفات ومسببات الأمراض. يعتبر صدأ فول الصويا الناجم عن فطر Phakopsora pachyrhizi وبقع القمح الناجم عن فطر Zymoseptoria tritici من أكثر الأمراض تدميراً على هذه المحاصيل، وقد تم توثيق خسائر الغلة بأكثر من 50% خلال الأوبئة الشديدة.
وعلى الرغم من تعقيد النظم الإيكولوجية الطبيعية (على سبيل المثال ، تفاعلات التنوع البيولوجي) ، فإن تغير المناخ وما يرتبط به من ظهور وتطور مسببات الأمراض يشكلان تحديات مماثلة لمجتمعات النباتات البرية والإنتاجية. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون لتوسيع نطاق Phytophthora cinnamomi المرتبط بالاحترار العالمي تأثير سلبي كبير على مجتمعات النباتات الأصلية في أجزاء كثيرة من العالم. يمكن أن يكون لزيادة عبء المرض، نتيجة لتغير المناخ، عواقب وخيمة على العديد من الأنواع النباتية، وإنتاج الغذاء والأمن، واستدامة النظام الإيكولوجي، والصراعات الاجتماعية.
احترار المناخ
يمكن أن تؤثر التغيرات في درجات الحرارة العالمية بشكل كبير على ظهور مسببات الأمراض في النظم البيئية الزراعية والطبيعية، مما يزيد من مخاطر التعرض للآفات ومسببات الأمراض الجديدة. من المتوقع أن يؤدي الاحترار العالمي إلى زيادة وفرة العديد من مسببات الأمراض النباتية التي تنقلها التربة الفطرية، مع عواقب وخيمة على الإنتاجية الأولية. ويمكن أن يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى تطوير سلالات جديدة من مسببات الأمراض التي تتكيف بشكل أفضل وأكثر ضراوة.
وقالت الدراسة أنه يمكن أن يؤثر احترار المناخ بشكل كبير على جوانب حيوية. على سبيل المثال، تقلل درجة الحرارة اليومية المنخفضة من فترة الكمون لمسببات صدأ أوراق البن Hemileia Vastatrix ، مما يعزز أوبئة الصدأ في أمريكا الوسطى. ويؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى تقصير فترة حضانة العامل الممرض، مما يؤدي إلى زيادة وفرة العامل الممرض خلال موسم النمو. كما يرتبط ارتفاع درجة الحرارة (إلى جانب الرطوبة العالية) بتحسن شدة مرض لفحة البطاطس (Phytophthora infestans) وتقرح جذع الفوما الناتج عن لفت البذور الزيتية، على سبيل المثال.
وأدى ارتفاع متوسط درجات الحرارة في فصل الشتاء إلى زيادة معدلات إصابة الكستناء الأمريكي بالفطر Phytophthora spp كما تسبب في أحداث موت الأشجار الشديدة في أمريكا الشمالية. وأخيرًا، كشفت دراسة استمرت 30 عامًا عن الصلة بين ذوبان الجليد المبكر وعدوى اللفحة الثلجية (Phacidium infestans) في أشجار الصنوبر.
ومن ناحية أخرى، من المرجح أن تزداد شدة لفحة رأس Fusarium في القمح بسبب التحول من Fusarium culmorum المعتدل الذي يفضل الظروف الباردة والرطبة إلى ظروف Fusarium graminearum الأكثر عدوانية التي تفضل الظروف الدافئة والرطبة.
وبالمثل، حلت سلالات جديدة أكثر عدوانية وتحملًا لدرجات الحرارة من Puccinia striiformis محل السلالات القديمة وتسبب في تفشي صدأ القمح في الولايات المتحدة وأستراليا وأوروبا.
أما سبب كون النباتات أكثر عرضة لمسببات الأمراض في درجات الحرارة المرتفعة غير مفهوم جيدًا. ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى كبت مناعة النبات ، مما يؤدي إلى زيادة عدوى مسببات الأمراض.
ففي نبات الأرابيدوبسيس، على سبيل المثال، يتم كبح إنتاج حمض الساليسيليك ، وهو هرمون حاسم للدفاع عن النبات ، في درجات حرارة عالية بسبب ضعف تنشيط عوامل النسخ المناعي الرئيسية مثل CBP60g. وفي الأرز ، تعمل درجات الحرارة الدافئة على زيادة التعرض لمرض اللفحة البكتيرية، وكذلك تعزيز فرص الإصابة بمرض انفجار الأرز.
ارتفاع ثاني أكسيد الكربون
يؤثر ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على الاستجابات المناعية للنبات ومستويات الهرمونات التي يمكن أن تؤثر على تفاعلات مسببات الأمراض النباتية.
وتشير حالات المرض المتنوعة في ظروف زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون إلى استجابات مُمْرِضة ومعتمدة على المضيف لثاني أكسيد الكربون.
وزادت مستويات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة من شدة البياض الدقيقي على القرع الناجم عن Sphaerotheca fuliginea ، وكذلك لفحة الرأس والبقع على القمح الناتجة عن Fusarium spp و Septoria tritici ، على التوالي ، في حين تم تقليل حساسية فول الصويا تجاه مسببات مرض العفن الفطري Peronospora manshurica.
وبالمثل، فإن التغييرات في خصائص سطح الأوراق الناتجة عن ارتفاع معالجة ثاني أكسيد الكربون عززت مرض الصدأ لأشجار الحور الرجراج ، لكنها قللت من شدة مرض البقع البنية لأشجار القيقب.
ويؤثر ارتفاع ثاني أكسيد الكربون على التفاعلات الحيوية الثلاثية بين القمح وفيروس القزم الأصفر للشعير (BYDV) وناقل المن Rhopalosiphum padi. وأدت عدوى BYDV إلى زيادة محتوى النيتروجين فوق الأرض للقمح الذي ينمو في ظل ارتفاع ثاني أكسيد الكربون ، مقارنة بالنباتات غير المصابة ، مما يقلل من أداء النواقل وابتلاع اللحاء. ويؤثر ارتفاع ثاني أكسيد الكربون بشكل واضح على نتائج تفاعلات مسببات الأمراض النباتية ، ولكن لا يوجد حاليًا إطار موحد لفهم آثارها وعواقبها والتنبؤ بها.
التباين الناجم عن تغير المناخ في توافر المياه
وتعد الاختلافات في الرطوبة النسبية ورطوبة التربة من بين الدوافع الرئيسية لوفرة مسببات الأمراض النباتية وإصابتها بالعدوى، وبالتالي من المحتمل أن تؤثر التغيرات التي يسببها المناخ في الرطوبة على تفشي أمراض النبات في المستقبل. وتتطلب العديد من الأمراض الفطرية رطوبة عالية لإنبات الجراثيم وإصابة النباتات المضيفة.
وتعمل الرطوبة العالية بشكل عام على تعزيز ضراوة مسببات الأمراض التي تصيب أنسجة النباتات الهوائية. فمثلا، معدلات الإصابة بمرض Sclerotinia sclerotiorum في الخس وممرض عفن الساق Phytophthora sojae أعلى في ظل زيادة الرطوبة.
وترتبط الرطوبة العالية أيضًا بزيادة إنتاج السموم الفطرية deoxynivalenol بواسطة F. graminearum ، وهو عامل ممرض يصيب مجموعة من الحبوب ، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة وانخفاض في جودة الغذاء. وعلى العكس من ذلك، بالنسبة لـ M. oryzae، العامل المسبب لانفجار الأرز ، و Streptomyces spp، التي تسبب الجرب البكتيري في البطاطس، فإن ظروف الرطوبة المنخفضة تزيد من أعداد العوامل الممرضة وشدة المرض. وتشير التحليلات الحديثة إلى أن الزيادة الإجمالية في الرطوبة النسبية يمكن أن تزيد من حدوث الأمراض الفطرية بشكل عام.
تختلف تأثيرات الجفاف على معدلات الإصابة بمسببات الأمراض وشدة المرض بشكل كبير. على سبيل المثال ، أمراض مثل تعفن جذور البازلاء (التي تسببها Aphanomyces euteiches) ، وتعفن البصل الأبيض (Sclerotium cepivorum) ، والقمح الذي يأخذ كل شيء (Gaeumannomyces graminis var. tritici) ، وتعفن تاج القمح (Fusarium spp.) ، والبراسيكا الساق السوداء (Leptosphaeria) البقعة) والقدم السوداء العنب (Ilyonectria / Dactylonectria spp.) كلها تزداد شدتها مع زيادة طول وتواتر الجفاف.
ومن ناحية أخرى ، قلل الجفاف من شدة تعفن فاكهة الكيوي الصلبة. وبشكل عام ، سوف تعمل الجراثيم على تسريع موت الأشجار الناجم عن الجفاف عن طريق استنفاد موارد الأشجار نتيجة لعمليات الإصلاح والتجزئة ، في حين من المتوقع أن تكون الأمراض التي تسببها التغذية الحيوية أقل حدة في الجفاف بسبب العلاقة القوية بين أداء العوامل الممرضة والحالة التغذوية للأشجار. ومع ذلك ، إذا كانت النباتات الحيوية قادرة على غزو الأشجار المجهدة ، فمن المتوقع أن تسبب آثارًا أكثر حدة تعتمد على الجفاف على الأشجار لأنها تستنفد احتياطيات الكربوهيدرات المهمة لتحمل جفاف الأشجار.
يمكن للتحولات الناتجة عن الجفاف في اتجاه وقوة تفاعلات مسببات الأمراض النباتية عبر تدرج الجفاف أن تعدل توسعات نطاق المرض استجابة لتغير المناخ. وعلى سبيل المثال ، يؤدي الجفاف والمعدلات المرتفعة لوفيات الأشجار في المناطق القاحلة إلى تسريع الانخفاض في صدأ نفطة الصنوبر عند الارتفاعات المنخفضة ، في حين يقلل حدوث العائل البديل الأقل في الارتفاعات العالية احتمالات الإصابة ، حتى عندما تصبح الظروف المناخية أكثر ملاءمة.
ويمكن أن يؤدي الجفاف أيضًا إلى ظهور مسببات أمراض جديدة يمكنها تحمل الظروف البيئية القاسية والاستفادة من التغييرات في فسيولوجيا النبات استجابة للإجهاد. على سبيل المثال ، يفضل الجفاف إصابة نبات الحمص بمسببات الأمراض الفطرية لتعفن الجذر الجاف Macrophomina phaseolina.
وأدى خفض الاستجابات المناعية القاعدية للنبات الناجم عن الجفاف إلى زيادة عدوى فيروس الوريد الأصفر في البطاطس وأعراض مرض الوريد الأصفر. تعمل هذه التغييرات على تعديل تفاعلات المضيف والفيروس والناقل (الذبابة البيضاء المسببة للاحتباس الحراري) مما يؤدي إلى تعزيز الانتقال الأفقي للفيروس.
