عملکرد سامانه عصبی حشرات و نحوه تأثیر حشره‌کش‌ها

حشره کش ها از مهم‌ترین ابزارهای مدیریت آفات در کشاورزی محسوب می‌شوند و نقش بسیار مهمی در حفظ عملکرد محصولات زراعی و باغی و کاهش خسارت بیماری های میوه و آفات دارند. هر گروه از حشره‌کش‌ها دارای نحوه اثر مشخصی است و بسته به ساختار شیمیایی خود، قسمت‌های مختلف بدن حشره را هدف قرار می‌دهد. شناخت ساختمان بدن حشرات، به‌ویژه کوتیکول و سامانه عصبی، به درک بهتر نحوه عملکرد این سموم کمک می‌کند و انتخاب صحیح حشره‌کش را امکان‌پذیر می‌سازد.

طبقه‌بندی حشره کش ها

در سال های اخیر حشره کش ها به روش زیر تقسیم بندی میشوند:

• ترکیباتی که برای دستگاه عصبی حشرات سمی اند.
• ترکیباتی که رفتار حشرات را تغییر می دهند.
• ترکیبات شیمیایی که تولید مثل و مراحل رشد و نمو حشرات را بر هم میزنند.

ساختار کوتیکول و اجزای تشکیل دهنده آن  

جلد حشرات تشکیل شده از کوتیکول و سلول های اپیدرمی است.کوتیکول همچنین دارای سلول های حسی است که متصل به سیستم اعصاب مرکزی است و همین سلولها هستند که هدف اصلی سم قرار میگیرند.

ضخامت کوتیکول در حشرات

به طور کلی جلد دارای مقدار زیادی پروتئین بوده و از دو قسمت تشکیل شده است:

سطح خارجی یا اپی کوتیکول:

دارای مقدار زیادی لیپید و پروتئین است و از موم، کوتیکولن و پلی فنل تشکیل شده است. این قسمت از کوتیکول نسبت به آب نفوذ ناپذیر است.

• پروکوتیکول (Procuticle)

از بخش خارجی اگزوکوتیکول و بخش داخلی اندوکوتیکول تشکیل شده است.

الف) اگزوکوتیکول (Exocuticle)

دارای پروتئین های آبگریز،کیتین و ترکیبات فنلی بوده و ماهیتی چربی دوست دارد.

ب) اندوکوتیکول (Endocuticle)

حاوی 70 درصد آب،پروتئین و کریستال های کیتین است و  ماهیت آبدوستی دارد.

نفوذ حشره کش ها در کوتیکول

پوسته کیتینی حشرات در برابر ورود حشره کش های تماسی مانعی چندان جدی به حساب نمی آید، برای این امر چندین دلیل وجود دارد :

• اول این که سطح بدن حشرات نسبت به حجم آن در مقایسه با پستانداران بسیار زیاد است.
• دوم این که در حشرات، فاصله بین قرار گرفتن حشره کش ها در سطح بدن و دستگاه عصبی کوتاه است
• دلیل سوم خاصیت چربی دوستی غالب حشره کش های تماسی است، که میتواند در کوتیکولی که خود نیز ماهیتی چربی دوستی دارد، نفوذ کند.

نکته : آزمایش ها نشان میدهد که در حشرات میزان سمیت از راه تماس تقریبا معادل سمیت از راه تزریق است.

عوامل میزان نفوذ ترکیبات حشره کش 

• شیب غلظت در عرض پوست بدن حشره
• سطح تماس
• ضخامت پوست
• ضریب پخش ماده سمی

عملکرد سامانه عصبی

همانگونه که از نام حشره کش ها مشخص است برای کشتن حشرات مورداستفاده قرار میگیرند. حشره کش ها بر اساس ساختار شیمیایی اشان به گروه های مختلفی تقسیم میشوند و بر همین اساس نیز شیوه عمل متفاوتی دارند.

• سامانه عصبی

بیشتر حشره کش ها روی بخشهای مختلف سامانه عصبی تاثیر میگذارند، سامانه ای که کنترل کننده بدن حشرات بوده و بنابراین هدف مناسبی برای آفت کش ها خواهد بود.

• نورون

حشره کش ها جایگاه اثر متفاوتی در سامانه عصبی و واحد تشکیل دهنده آن یعنی نورون دارند.

• پردازش محرک‌ها

حشرات پیوسته محیط درونی و بیرونی شان را پایش میکنند و به منظور نگهداری خودشان در حالت بهینه و در نتیجه رشد و نمو و تولید مثل بیشینه، پاسخ مناسب را بروز میدهند.

• پاسخ عصبی

تقریبا همیشه یک محرک توسط یک ساختار حسی دریافت شده و به سامانه عصبی مرکزی فرستاده میشود و سامانه عصبی مرکزی پاسخ مناسب مرتبط با آن شرایط را تعیین میکند.

انواع نورون ها در حشرات

تقریبا همه نورون های سامانه عصبی مرکزیحشرات تک قطبی هستند. در این نوع نورون ها از جسم سلولی فقط یک زائده ( نوریت ) بیرون آمده است که به دندریت و آکسون منشعب میشود.

سلول های حسی پیرامونی از نوع نورون های دو قطبی هستند.

• این نوع نورون ها دارای یک دندریت کوتاه غیر منشعب برای دریافت تحریکات محیطی اند.
• یک آکسون بلند منتهی به گره های عصبی هستند.

نورون های چند قطبی که دارای انشعابات بسیار میباشند در گره های عصبی وجود داشته و مرتبط به گیرنده های کششی هستند.

سیناپس و نحوه انتقال پیام عصبی

• سیناپس

مکانی که در آنجا سلول های عصبی اطلاعات را از سلول های دیگر دریافت میکنند یا به سلول های دیگر منتقل میکنند سیناپس نامیده میشود. در حشرات معمولا سیناپس بین آکسون یک نورون و نوریت نورون دیگر رخ میدهد.

• اتصال به ماهیچه

گاهی اوقات تماس آکسون به ماهیچه نیز به عنوان سیناپس توصیف میشود.

• شکاف سیناپسی

در بیشتر سیناپس ها که انتقال اطلاعات از یک سلول به سلول دیگر مستلزم وجود انتقال دهنده های شیمیایی است، غشای پلاسمایی دو نورون به صورت موازی در تماس نزدیک با یکدیگر قرار میگیرند و در یک فاصله 20 تا 25 نانومتری که شکاف سیناپس نامیده میشود از هم جدا میمانند.

• پیش سیناپس و پس سیناپس

در مکان این سیناپس های شیمیایی، به سلول انتقال دهنده اطلاعات، نورون پیش سیناپس و به سلول دریافت کننده اطلاعات، سلول پس سیناپس گفته میشود.

• پروتئین‌های سیناپسی

درون سیناپس چسبیده به غشای تار عصبی پیش سیناپس، پروتئین هایی وجود دارند که احتمالا در آزادسازی انتقال دهنده های شیمیایی نقش دارند. در قسمت سیتوپلاسمی این پروتئین ها، وزیکول های سیناپسی قرار دارند.

• وزیکول‌های سیناپسی

این وزیکول ها غالبا کوچک و با اندازه 50 تا 80 نانومتر هستند و محتویاتشان را درون شکاف سیناپس با برون بری آزاد میکنند.

پتانسیل عمل و جریان ا لکتریکی در نورون ها

• پیام عصبی

یک پیام عصبی مانند دیدن، بو، درد و…. بصورت یک جریان الکتریکی در طول نورون حرکت میکند و پدید آورنده بار الکتریکی یون هایی هستند که در مسیر کانال هایی در غشا نورون عبور کرده وارد سلولهای عصبی میشوند .

• کانال‌های یونی

چهار نوع کانال برای عبور یونهای مختلف شناخته شده است که شامل کانال سدیم، کانال پتاسیم، کانال کلسیم و کانال کلر است .

• عملکرد کانال‌ها

این کانال ها توسط تحریک کننده هایی باز و بسته میشوند و در مورد اغلب سموم این تحریک کننده ها هستند که تحت تاثیر سموم قرار میگیرند و در سیستم عصبی اختلال ایجاد میکنند.

• حالت استراحت

در حالت کلی وقتی نورون در حالت استراحت قرار دارد و پیامی مخابره نمیکند  خروج کاتیون از سیتوزول آکسون بیشتر از ورود آنها است و باعث منفی شدن بار درون سلول نسبت به بیرون آن میشوند .

• پتانسیل عمل

وقتی یک پیام ایجاد میشود پتانسیل عمل اتفاق می افتد و با تغییر الکتریکی در عرض غشای آکسون  باعث تغییر  پتانسیل غشا میگردد

• دوره تحریک‌ناپذیر

پتانسیل عمل همچون موجی طول آکسون را طی میکند و وقتی پتانسیل عمل در طول آکسون در حال اجرا است پتانسیل عمل دیگری نمیتواند اتفاق بافتد که به این دوره زمانی دوره تحریک ناپذیری گفته میشود.

انتقال دهنده های عصبی

• آزاد شدن پیام

زمانی که یک بار الکتریکی به انتهای سلول عصبی میرسد یک پیام عصبی را از انتهای سلول آزاد میسازد. دو ماده مهم در این ارتباط شناخته شده است: استیل کولین و نور اپی نفرین.

• انواع انتقال‌دهنده‌ها

تحریکاتی که استیل کولین را مورد استفاده قرار میدهند کولینرژیک و آنهایی که نور اپینفرین را مورد استفاده قرار میدهند آدرنرژیک نامیده میشوند.

• اتصال به گیرنده

این پیام رسانها از سیناپس عبور کرده و به یک دریافت کننده در ابتدای سلول عصبی بعدی متصل میشود.

• ایجاد پیام جدید

این اتصال منجر به پدید آمدن یک بار الکتریکی جدید در سلول بعدی میشود که به همان طریق در سلول بعدی حرکت میکند.

• بازیافت پیام‌رسان

وقتی پیام رسان شیمیایی پیام خود را منتقل کرد توسط سلول تولید کننده بازیافت شده و سلول حالت استراحت به خود میگیرد و آماده دریافت پیام بعدی میشود. کار انتقال پیام سلول به سلول ادامه میابد تا پیام به سیستم مرکزی اعصاب برسد.

• پاسخ عصبی

واکنش سیستم مرکزی به همین صورت به سلولهایی که باید کاری انجام دهند (مثل حرکت کردن عضله) میرسد.

نحوه اثر سموم عصبی

سموم عصبی بر اساس محل اثر و نحوه اختلال در انتقال پیام‌های عصبی، به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

• آفت‌کش‌های آکسونیک (Axonic Insecticides)
• آفت‌کش‌های سیناپتیک (Synaptic Insecticides)

آفت کش های آکسونیک

انتقال علایم عصبی طی دو مرحله صورت میگیرد.

• یکی آکسونیک در این سیستم علایم عصبی به صورت الکتریکی از محل دریافت در امتداد آکسون حرکت کرده .
• یک سلول دیگر که ممکن است عصبی یا عضلانی و … باشد می رسد و همانطور که گفته شد این ارتباط بیشتر الکتریکی است.

نکته: آفتکشهای آکسونیک آفت کش هایی هستند 

• انتقال الکتریسیته از طریق آکسون های عصبی را مختل میسازند.
• آکسونها بخشی از سلول های عصبی هستند که رشته ای طویل بوده و پالسهای سلول عصبی را به سلول های دیگر منتقل میکنند.

سموم سیناپتیک

• محل انتقال

انتقال سیناپتیک در محل ارتباط سلول‌های عصبی با سلول‌های دیگر، به‌ویژه سلول‌های عضلانی، صورت می‌گیرد.

• نوع ارتباط

ارتباط سیناپتیک عمدتاً شیمیایی است.

• انتقال پیام

یک تحریک عصبی از طریق آکسون به سیناپس می‌رسد. در آنجا موجب آزاد شدن ماده شیمیایی انتقال‌دهنده تحریکات عصبی می‌شود که پیام عصبی را منتقل می‌سازد.

• نحوه عملکرد سم

سموم سیناپتیک کار این واکنش شیمیایی را مختل می‌سازند.

حشره کش ها یکی از مهم‌ترین ابزارهای کنترل آفات در کشاورزی هستند که عمدتاً با تأثیر بر سامانه عصبی حشرات عمل می‌کنند. شناخت ساختار کوتیکول، نورون، سیناپس، انتقال پیام عصبی و نحوه اثر سموم آکسونیک و سیناپتیک، درک بهتری از عملکرد این ترکیبات فراهم می‌کند و به انتخاب صحیح حشره‌کش برای مدیریت آفات و کاهش خسارت محصولات کشاورزی و بیماری های میوه کمک می‌کند. استفاده آگاهانه از حشره‌کش‌ها، علاوه بر افزایش اثربخشی، موجب کاهش مصرف سموم و حفظ سلامت محیط زیست خواهد شد.

سؤالات متداول (FAQ)

۱. حشره کش ها بر چه اساسی طبقه‌بندی می‌شوند؟

حشره‌کش‌ها بر اساس نحوه اثر به سه گروه شامل سموم مؤثر بر دستگاه عصبی، تغییر‌دهنده رفتار حشرات و تنظیم‌کننده‌های رشد و تولیدمثل تقسیم می‌شوند.

۲. کوتیکول چه نقشی در جذب حشره‌کش‌ها دارد؟

کوتیکول اولین لایه محافظ بدن حشره است و میزان نفوذ حشره‌کش‌های تماسی به ویژگی‌های این لایه بستگی دارد.

۳. مهم‌ترین هدف حشره‌کش‌های عصبی چیست؟

این سموم با ایجاد اختلال در انتقال پیام‌های عصبی، عملکرد طبیعی بدن حشره را متوقف کرده و موجب مرگ آن می‌شوند.

۴. تفاوت آفت‌کش‌های آکسونیک و سموم سیناپتیک چیست؟

آفت‌کش‌های آکسونیک انتقال جریان الکتریکی در آکسون را مختل می‌کنند، در حالی که سموم سیناپتیک انتقال شیمیایی پیام بین نورون‌ها را هدف قرار می‌دهند.

۵. چرا شناخت سامانه عصبی حشرات در انتخاب حشره‌کش اهمیت دارد؟

آگاهی از نحوه عملکرد سامانه عصبی و محل اثر سموم، به انتخاب حشره‌کش مناسب، افزایش کارایی کنترل آفات و کاهش مصرف بی‌رویه سموم کمک می‌کند.