• Artă și cultură
  • Afaceri și economie
  • Educație și societate
  • Mediu inconjurator
  • Sănătate
  • Drept și politică
  • Stiinta tehnologiei
  • Internaţional

Pilula amară: monarhi, lapte de lapte și automedicație într-o lume în schimbare

PELLSTON, Mich. - Plantele de lapte care cresc în 40 de camere în formă de cub, pe un vârf de deal, la Stația Biologică a Universității din Michigan, oferă o privire asupra viitorului, care permite cercetătorilor să pună o întrebare: Cum vor merge fluturii monarhi?

Gazul cu dioxid de carbon este pompat în jumătate din cutiile transparente, acoperite cu plastic, pentru a simula atmosfera care va exista probabil peste peste un secol dacă nivelurile de gaze cu efect de seră care captează căldura continuă să crească din cauza arderii combustibililor fosili.

Plantele de lapte din camere au fost hrănite sute de omizi monarhi în această vară. Milkweed este singurul aliment al omidei monarh, care își satisface nevoile nutriționale, oferind în același timp un impuls medicinal neprețuit. Frunzele plantei conțin o toxină amară care ajută insectele să îndepărteze prădătorii și paraziții.

Dar lucrările anterioare la avanpostul biologic al U-M din nordul Michiganului, în laboratorul ecologului Mark Hunter, au arătat că unele specii de lapte produc niveluri mai scăzute de toxine de protecție, numite cardenolide, atunci când sunt cultivate în condiții ridicate de dioxid de carbon.

Această descoperire a atras atenția doctorandului U-M, Leslie Decker, care, împreună cu Hunter, a proiectat un studiu de urmărire pe mai mulți ani, aflat în desfășurare la Stația Biologică, care este punctul central al disertației sale din cadrul Departamentului de Ecologie și Biologie Evolutivă.

„Când am auzit asta, a declanșat cu adevărat o alarmă”, a spus Decker. "Dacă toxinele care sunt foarte active împotriva paraziților scad sub CO2 ridicat, ce înseamnă asta pentru susceptibilitatea monarhilor în viitor?"

Cele mai multe discuții despre situația dificilă a monarhului se concentrează pe pierderea habitatului: tăierea copacilor din pădurea mexicană unde monarhii petrec iarna, precum și pierderea plantelor de alge sălbatice care le susțin în timpul migrației lor anuale în America de Nord.

Studiul U-M examinează un alt tip de amenințare potențială. Este unul dintre primele experimente pentru a evalua impactul probabil al nivelurilor ridicate de dioxid de carbon - aceleași gaze de montare blamate pentru schimbările climatice cauzate de om - asupra sănătății viitoarelor populații de monarhi.

Dar a ajunge la răspunsuri nu este o simplă propunere. A fost necesară crearea unui sistem experimental care să permită lui Decker și Hunter să manipuleze și să măsoare toate verigile cheie din lanț: nivelurile de dioxid de carbon, concentrațiile de toxine din frunzele de lapte, infecția cu paraziți și sensibilitatea monarhului la acești paraziți.

monarhi
Omizi de fluture monarhi pe plante de lapte la stația biologică U-M. Credit de imagine: Levi Stroud „Este un mic truc frumos care ne permite să explorăm cât de bine funcționează medicina”, a spus Hunter, care studiază monarhi la Stația Biologică de nouă ani. În acea perioadă, a văzut numere de monarhi la stație scăzând, așa cum au făcut-o și în alte părți din Midwest.

Prin „medicament”, Hunter se referă la toxinele cardenolide din frunzele de lapte. În sălbăticie, fluturii monarhi feminini infectați cu paraziți caută uneori plante de lapte cu un nivel ridicat de toxine și își depun ouăle acolo, un proces cunoscut sub numele de automedicație transgenerațională.

„Se pare că multe tipuri de animale se auto-medicează”, a spus Hunter, profesor la Departamentul de Ecologie și Biologie Evolutivă. Cu alte cuvinte, ei folosesc substanțe chimice în mediu pentru a-i ajuta cu proprii lor paraziți și boli. Și, bineînțeles, oamenii fac asta de foarte mult timp - obținem încă aproximativ jumătate din noile noastre medicamente din plante.

„Așadar, acest studiu al fluturilor monarhi are implicații mai largi. Dacă dioxidul de carbon crescut reduce concentrația de medicamente din plantele pe care le folosesc monarhii, ar putea schimba concentrația de medicamente pentru toate animalele care se auto-medicează, inclusiv pentru oameni. Când jucăm ruleta rusă cu concentrația de gaze atmosferice, jucăm ruleta rusă cu capacitatea noastră de a găsi noi medicamente în natură. ”

Patru specii de plante de lapte în camerele de creștere de la stația biologică. Dioxidul de carbon gazos este pompat în cuburile acoperite cu plastic pentru a studia modul în care plantele răspund la modificările chimiei atmosferice. Credit de imagine: Levi Stroud Patru specii de lapte au fost cultivate în această vară în camerele de creștere ale stației biologice încadrate din PVC. Jumătate din plante au primit niveluri normale de dioxid de carbon, în jur de 400 de părți pe milion, iar cealaltă jumătate a obținut aproape dublul acestei cantități. Cercetătorii au măsurat nivelurile de toxine cardenolidice din diferitele țesuturi ale plantelor, astfel încât să știe doza exactă a fiecărei omizi primite.

Lângă câmpul cu camerele de creștere, într-o clădire a stației biologice cunoscută sub numele de hambar de stâlpi, plantele de lapte au fost hrănite cu omizi monarhi. Fiecare omidă a primit o dietă constantă a unei singure specii de lapte cu expunere cunoscută la dioxid de carbon.

Într-o altă încăpere de la hambarul polului, omizele de 3 zile au fost expuse la doze atent controlate ale unui parazit monarh comun care este îndepărtat de agentul patogen al malariei. Ophryocystis elektroscirrha este un protozoar care scurtează durata de viață a unui fluture monarh adult, îi împiedică capacitatea de a zbura și reduce numărul descendenților pe care îi produce.

Un fluture monarh la stația biologică U-M. Credit de imagine: Levi Stroud Sub un microscop stereoscopic, Decker a folosit un tub de sticlă conică pentru a adăuga 10 spori mici de paraziți în formă de fotbal pe un disc de un sfert de inch de frunze de lapte pe care apoi le-a hrănit la o omidă.

„Știm exact câte spori a mâncat fiecare omidă, precum și doza exactă de toxină de lapte pe care au primit-o”, a spus Hunter în timp ce scotea discurile de un sfert de centimetru de frunze de lapte de la plantele de laborator folosind un pumn de hârtie de mână de modă veche.

În aproximativ două săptămâni, omizele au crescut până la o lungime de aproximativ 2 inci, cu benzi galbene, albe și negre izbitoare. Apoi s-au pupat în interiorul unei crizalei cu coajă dură timp de aproximativ 10 zile înainte de a apărea, transformate, ca fluturi portocalii și negri.

În Michigan, fluturii monarhi trăiesc de obicei aproximativ o lună. În laboratorul stației biologice de pe deal, în această vară, Decker și Hunter au crescut 480 de fluturi monarhi adulți din ouă. Majoritatea au murit până la sfârșitul lunii august, iar durata de viață a fiecărui individ a fost înregistrată.

În următoarele câteva luni, înapoi în Ann Arbor, Decker va contoriza cu atenție numărul de spori din exteriorul fiecărei carcase de fluturi.

Discurile cu un diametru de un centimetru sunt îndepărtate din frunzele de lapte cu un pumn de hârtie. Sporii de paraziți sunt așezați pe discurile frunzelor, care sunt apoi alimentate cu omizi monarh. Credit de imagine: Levi Stroud Luate împreună, diferitele date vor permite cercetătorilor să stabilească modul în care modificările nivelurilor de dioxid de carbon atmosferic au modificat concentrațiile de toxine din cele patru specii de lapte și, la rândul lor, modul în care expunerea la aceste plante a afectat durata de viață a monarhului și susceptibilitate la boli.

„Aceasta este o modalitate de a determina modul în care CO2 ridicat modifică chimia acestor plante și modul în care acele modificări își desfășoară activitatea în lanțul alimentar”, a spus Decker. „În același timp, o mulțime de oameni au crescut fluturi monarhi în copilărie și încă au un atașament sentimental față de ei. Așadar, munca noastră poate motiva unii oameni să se preocupe mai mult de modul în care schimbările globale ne modifică lumea. ”

Vara aceasta a fost cel de-al doilea sezon de teren pentru proiect, mai rămânând încă două. Studiul este finanțat printr-o subvenție acordată de Departamentul U-M de Ecologie și Biologie Evolutivă și o bursă de absolvenți a Stației Biologice U-M.

Dacă studiul arată că o anumită specie de lapte ar putea ajuta generațiile viitoare de monarhi să lupte împotriva paraziților, ar putea fi posibil să se elaboreze un plan de gestionare care să solicite plantarea speciilor benefice de lapte pentru a ajuta populațiile de monarhi puternic infectate, a spus Decker.

Stația biologică U-M se află în județul Emmet, la vârful cel mai nordic al peninsulei inferioare a Michiganului. Județul Emmet găzduiește patru dintre cele 12 specii de lapte care cresc în Michigan și, odată, deținea cea mai mare concentrație de plante din America de Nord, potrivit Hunter. În timpul celui de-al doilea război mondial, zona a devenit centrul național de prelucrare și prelucrare a aței de alge, care a fost folosit în veste militare.

Hunter a spus că numărul monarhilor de la Stația Biologică a scăzut în cei nouă ani pe care îi studiază. În 2013, nu a fost observat niciun monarh la gară, deși s-au întors în ultimele două veri.

„Ceea ce vedem aici face parte dintr-un declin regional din Midwestul de Sus care pare a fi legat de pierderea plantelor de lapte în jurul marginilor câmpurilor agricole”, a spus el. „Când laptele de lapte dispare, la fel și monarhii.”