خنافس الروث تساعد في الحفاظ على صحة النظم البيئية

الشكل 1: أمثلة على خنافس الروث في البيئات المعتدلة والاستوائية. (A)المقيم Aphodius rufipes هو نوع نشط ليلاً يوجد بكثرة في الأنظمة البيئية الزراعية. ويعد مصدر غذاء هامًا للخفافي. (B)الحافر Onthophagus coenobita يوجد في الأنظمة البيئية الزراعية، وغالبًا ما يحمل حشرات عث صغيرة تستخدم خنافس الروث لنقلها بين كرات الروث. (C) الذكر Proagoderus watanabei، وهو نوع حافر يوجد في ساباه، ماليزيا، يتغذى على الروث. (D) Paragymnopleurus maurus، وهو نوع متداول يوجد في ساباه، ماليزيا، يدفع كرة الروث إلى بر الأمان باستخدام ساقيه الخلفيتين.

الشكل 2 : ثلاث استراتيجيات مختلفة للتعشيش تستخدمها خنافس الروث. (A) خنافس المقيم تضع بيضها مباشرة في الروث حيث تقضي اليرقات فترة تطورها بالكامل. (B) خنافس الحافر تحفر أنفاقًا في التربة حيث تشكل كرات صغيرة من الروث تُعرف باسم كرات التربية. تضع الأنثى بيضها في تلك الكرات، حيث ستتغذى اليرقات. (C) خنافس الروث المتدحرجة تشكل كرة من الروث وتدحرجها بعيدًا إلى مكان آمن، قبل دفنها في التربة ووضع البيض.

الشكل 3: التفاعلات المبسطة بين الثدييات، وخنافس الروث، والبذور في (A) نظام بيئي غير متضرر، (B) نظام بيئي متضرر بشكل معتدل أو مجزأ، و(C) نظام بيئي متضرر بشكل كبير أو مجزأ.** يتم إظهار فقدان الأنواع والتفاعلات باللون الرمادي. هناك ثلاثة أنواع من التفاعلات المحتملة: (1) الثدييات-البذور** - حيث تقوم الثدييات فقط بتوزيع البذور؛ (2) لثدييات-خنفساء الروث** - حيث لا يحدث توزيع للبذور؛ (3) الثدييات-خنفساء الروث-البذور** - حيث تقوم كل من الثدييات وخنافس الروث بتوزيع البذور. في النظام البيئي المتضرر بشكل معتدل أو المجزأ (B)، يمكن لخنافس الروث تغيير تفضيلات تغذيتها إلى روث مختلف. ولكن هذا لا يحدث في النظام البيئي المتضرر بشكل كبير أو المجزأ (C)، لذا تُفقد الخنفساء وتفاعلاتها.

Note for the media: Use of the pictures provided by iDiv is permitted for reports related to this media release only, and under the condition that credit is given to the picture originator.

Open PDF in new window.

Paul Manning¹, Xin Rui Ong², Eleanor M. Slade²

¹Faculty of Agriculture, Dalhousie University, Truro, NS, Canada
²Asian School of the Environment, College of Science, Nanyang Technological University, Singapore

خنافس الروث هي مجموعة من الحشرات التي تستخدم بشكل أساسي روث (براز) الثدييات للتغذية والتعشيش. هذه الخنافس مهمة في تحليل وإعادة تدوير الروث في التربة، مما يمكّن العناصر الغذائية الموجودة في الروث من الدوران في النظام البيئي. تقدم خنافس الروث العديد من الفوائد لصحة ووظيفة كل من النظم البيئية الطبيعية والمعدلة من قبل الإنسان، مثل نشر البذور، وتقليل الطفيليات في الماشية، وتعزيز نمو النباتات. في هذه المقالة، سنستكشف تاريخ حياة خنافس الروث الأساسية. ثم نتعمق قليلاً في أهمية خنافس الروث داخل الغابات الاستوائية والنظم البيئية الزراعية.

أساسيات خنافس الروث

سيكون العديد من القراء على دراية بخنافس الروث من الأفلام الوثائقية عن الطبيعة. بمجرد أن ترى خنفساء تدحرج كرة من الروث (براز الحيوانات) بمهارة، يصبح المنظر صعب النسيان. قد يتفاجأ القراء عند معرفة أن خنافس الروث توجد في معظم أنحاء العالم (الشكل 1A–D)، على جميع القارات باستثناء القارة القطبية الجنوبية! تُسمى هذه المجموعة من الخنافس بهذا الاسم بسبب عادتهم في استخدام روث الثدييات كطعام وتعشيش. ومع ذلك، تختار بعض أنواع خنافس الروث اللحم المتعفن، والفطريات، والفواكه، وحتى الديدان الألفية والجنادب الميتة! مثل جميع الخنافس، تمتلك خنافس الروث مجموعتين من الأجنحة: زوج داخلي مرن يستخدم للطيران، وزوج خارجي قوي يعمل كدرع. تمتلك جميع خنافس الروث هوائيات تتسع عند الأطراف لتشكل شكل المضرب، ولدى ذكور بعض الأنواع قرون مميزة تستخدم في القتال من أجل الإناث (الشكل 1C). هناك أكثر من 7000 نوع مختلف من خنافس الروث، ويتم اكتشاف أنواع جديدة كل عام. يمكن تصنيف خنافس الروث إلى ثلاث مجموعات رئيسية بناءً على عاداتها في التغذية والتعشيش (الشكل 2).

 المجموعة الأولى هي خنافس الروث القاطنة. تصل القاطنات إلى كومة من الروث وتأخذ مسكنها بسرعة. داخل الروث، تتزاوج وتضع البيض. بمجرد أن تفقس، تقضي اليرقات (المرحلة غير الناضجة من الخنافس) كل فترة تطورها في التغذية داخل كومة الروث التي تعمل كمنزل ومصدر غذاء (الشكل 2A). المجموعة الثانية هي الحفارات. تصل خنافس الأنثى الحفارة إلى الروث وتبدأ في حفر نفق في التربة. تقوم بسحب قطع صغيرة من الروث إلى النفق، مُشكلة هذه القطع إلى كُتل تُعرف باسم كُرات التكاثر. يتنافس الذكور بعد ذلك للحصول على أنثى ونفقها، الذي يدافعون عنه حتى يتم التزاوج وتضع الأنثى بيضها في الروث (الشكل 2B).  ثم هناك المجموعة الثالثة، وهي الدافعة. يصل ذكر إلى الروث ويشكلها إلى كرة باستخدام ساقيه الخلفيتين. إذا كانت كرة الروث تروق للأنثى، يقوم بدحرجتها بعيدًا ويبدأ في دفن الروث في التربة. بمجرد دفنها، تضع الأنثى بيضة داخل الكرة، وتغذي اليرقة على كرة الروث طوال فترة تطورها—آمنة ومحمية في التربة (الشكل 2C).

بغض النظر عن الطريقة التي تستخدمها خنافس الروث للتغذية والتعشيش، فإن أنشطتها تضيف وتخلط المادة العضوية في التربة. وهذا أمر بالغ الأهمية للحيوانات والميكروبات الأخرى في التربة، ويوفر دفعة من العناصر الغذائية لجذور النباتات.

خنافس الروث في النظم البيئية للغابات الاستوائية

تشكل خنافس الروث شبكات من التفاعلات مع الثدييات التي تتغذى على روثها. تملك كل من الثدييات وخنافس الروث تفاعلات مع النباتات المثمرة التي تنشر بذورها في الروث (الشكل 3A). ومع ذلك، إذا انقرضت بعض الثدييات، فقد يؤثر ذلك على خنافس الروث التي تتغذى على روثها وتوزيع النباتات التي تساعد في نشر بذورها【1】 (الشكل 3B).

لقد درسنا التفاعلات بين الثدييات وخنافس الروث في الغابات الاستوائية في البرازيل وسنغافورة وماليزيا. لقد فقدت هذه الغابات الاستوائية تنوعها البيولوجي بسبب إزالة الغابات، والتجزئة، والصيد. نتوقع أنه مع تزايد الاضطراب في الغابات وتجزئتها إلى قطع أصغر، سيتناقص عدد أنواع الثدييات، وسنرى أيضًا عددًا أقل من خنافس الروث.

نتنبأ بأن التفاعلات المعقدة بين الثدييات وخنافس الروث والنباتات المثمرة ستكون أبسط في المناطق المتضررة وقطع الغابات المعزولة مقارنة بالغابات الاستوائية الكبيرة والصحية.

لاختبار توقعاتنا، قمنا بإعداد مصائد مُبَيتة بالروث من ثدييات مختلفة في بيئات تتراوح بين الغابات وزراعة النخيل الزيتية.** نظرنا في مناطق واسعة من الغابات المستمرة وقطع صغيرة من الغابات. ثم قمنا بعدّ وتحديد الخنافس التي انجذبت إلى كل نوع من الروث في كل بيئة.

وجدنا أن شبكات خنافس الروث والثدييات في الغابات الاستوائية تتمتع بمرونة نسبية، مما يعني أنها لا تتغير كثيرًا استجابةً لعمليات قطع الأشجار والتجزئة. نعتقد أن هذا يرجع إلى أن خنافس الروث ليست انتقائية جدًا بشأن نوع الروث الذي تتغذى عليه. بينما تفضل العديد من الخنافس نوعًا معينًا من الطعام، فإن القليل منها يتخصص في نوع واحد فقط من الروث. لذلك، إذا فقدت نوعًا واحدًا من الثدييات في منطقة ما، يمكن لمعظم خنافس الروث ببساطة التحول إلى روث نوع آخر من الثدييات لتناول وجبتها التالية (الشكل 3B). اكتشفنا أن بعض خنافس الروث تتغذى حتى على روث البايثون!

ومع ذلك، على الرغم من أن الشبكات كانت مرنة في البيئات المتضررة بشكل معتدل، وجدنا أنه في المواقع المتضررة بشدة، مثل مزارع النخيل الزيتية وقطع الغابات المعزولة الصغيرة، أصبحت الشبكات بسيطة، مع عدد أقل من أنواع خنافس الروث وتفاعلات أقل بين الخنافس والثدييات【2】 (الشكل 3C).

إن استخدام مصائد مُبَيتة بالروث للقبض على الخنافس يخبرنا فقط إذا كانت الخنافس تنجذب إلى الروث، ولكنه لا يخبرنا ما إذا كانت تلك الخنافس تتغذى بالفعل على ذلك النوع من الروث. كنا قادرين فقط على تزويد المصائد بروث الثدييات التي يمكننا العثور عليها بسهولة، مثل الحيوانات الموجودة في حدائق الحيوان. ولحسن الحظ، فإن الطرق المخبرية الجديدة تسمح لنا بمعرفة بالضبط أي روث من الثدييات كانت الخنافس تتغذى عليه. لذلك، في أعمالنا الحالية، نقوم بتشريح أمعاء الخنافس لتحليل المواد الوراثية الموجودة في محتويات أمعائها. تسمح لنا هذه الطريقة بتحديد أي روث من الثدييات كانت الخنافس تتغذى عليه قبل القبض عليها. نأمل أن يسمح لنا ذلك بتوثيق شبكات أكثر اكتمالًا، بما في ذلك الأنواع النادرة أو الصعبة الدراسة من الثدييات، والتفاعلات بين الثدييات وخنافس الروث التي تعيش في مظلة الغابة—نعم، هناك خنافس روث تعيش في المظلة أيضًا!

خنافس الروث في النظم البيئية الزراعية

تعد خنافس الروث من الأعضاء المهمة في النظم البيئية الزراعية، وقد استكشف العديد من الباحثين كيف تساعد خنافس الروث في دعم إنتاج الغذاء. على سبيل المثال، تقوم الذباب التي تلدغ وتزعج الأبقار وغيرها من الحيوانات الزراعية بوضع بيضها في الروث، ويتغذى يرقات الذباب غير الناضجة على الروث عند فقسها. تساعد خنافس الروث في الحفاظ على صحة الحيوانات الزراعية مثل الأغنام والأبقار والخيول من خلال دفن روث الحيوانات الزراعية، بحيث لا يتوفر للذباب مكان للتكاثر.

كما تساعد خنافس الروث في تقليل عدوى الطفيليات (نيماتودا) لدى الحيوانات الزراعية. تتغذى الديدان الطفيلية (الديدان الخيطية) على الحيوانات التي ترعى في المراعي، حيث تتكاثر هذه الديدان في الحيوانات وتخرج بيضها في الروث. عندما تفقس البيض، تنتقل اليرقات إلى العشب وتُبتلع من قبل الحيوانات الرعوية مثل الأبقار أو الأغنام، مما يزيد بسرعة من معدلات العدوى. عندما تحفر خنافس الروث عبر الروث، فإنها تتسبب في جفافه، مما يؤدي إلى قتل البيض وتقليل أعداد الديدان الطفيلية في المراعي، مما يؤدي إلى تقليل عدد الحيوانات المصابة. تساعد هذه العملية أيضًا في إعادة تدوير ومزج التربة، مما يسهل حركة المغذيات عبر التربة لتكون متاحة للنباتات.

نظرًا لأن خنافس الروث صغيرة نسبيًا وغالبًا ما تكون خفية، قد لا يدرك العديد من المزارعين حتى أن خنافس الروث تعيش في مزارعهم. ومع ذلك، على الرغم من حجمها الصغير، فإن خنافس الروث توفر لصناعة الماشية في المملكة المتحدة وحدها حوالي 367 مليون جنيه إسترليني سنويًا!

تكون خنافس الروث حساسة لكيفية إدارة المراعي. في إحدى الدراسات، جمع العلماء الخنافس من سلسلة من مزارع الماشية في إيرلندا. قارنوا بين المزارع التقليدية التي تستخدم الأسمدة الصناعية والمبيدات الحشرية والمزارع المدارة عضويًا، التي لم تستخدم أيًا منهما. ووجد الباحثون أن المزارع العضوية تحتوي على عدد أكبر من خنافس الروث وأنواع أكثر من تلك الموجودة في المزارع الأخرى. ثم اكتشفنا أن وجود عدد أكبر من أنواع خنافس الروث يزيد من نمو النباتات، ولكنه لا يفيد في تحسين عدد الفراغات الهوائية في التربة.

تُعتبر المبيدات الطفيلية أيضًا تهديدًا خطيرًا لخنافس الروث التي تعيش في النظم البيئية الزراعية. هذه المواد الكيميائية تُعطى للحيوانات الزراعية لحمايتها من الطفيليات مثل القراد والبراغيث والديدان الخيطية. تتغذى الطفيليات على دم الحيوانات وأحيانًا تنقل الأمراض. تُطرح المبيدات الطفيلية عمومًا في روث الحيوانات، لذا فإن نفس المواد الكيميائية التي تقتل الطفيليات يمكن أن تؤثر أيضًا على خنافس الروث عندما تتغذى على الروث. للأسف، اكتشفنا أن أحد المبيدات الطفيلية الشائعة الاستخدام لعلاج الحيوانات الزراعية يمكن أن يقتل خنافس الروث أو يمنعها من التكاثر. وهذا يقلل من صحة عدد خنافس الروث وكمية الروث التي تدفنه. يمكن للمزارعين المساعدة في حماية خنافس الروث عن طريق استخدام كمية أقل من المبيدات الطفيلية، ومعالجة الحيوانات ذات الأعداد الكبيرة من الطفيليات فقط، أو اختيار العلاجات التي تكون أقل سمية لخنافس الروث.

خنافس الروث الثمينة والشيقة

كما ترى، تعتبر خنافس الروث ثمينة. كما تعرف الآن، فإن لها العديد من الأدوار البيئية الهامة في النظم البيئية الطبيعية والزراعية، ويمكن أن تساعدنا في فهم المزيد عن صحة هذه النظم. على سبيل المثال، نظرًا لأن خنافس الروث مرتبطة بالثدييات، إذا لاحظنا اختفاء بعض أنواع خنافس الروث من غاباتنا، فهذا يشير إلى أن الثدييات في الغابة قد تختفي أيضًا. تحتاج التربة والنباتات الصحية إلى المغذيات، التي تساعد خنافس الروث وغيرها من الحيوانات التربة في توفيرها. إن اختفاء خنافس الروث وغيرها من الحيوانات التربة بسبب الاضطرابات الكيميائية والبيئية سيؤدي إلى تدهور خصوبة التربة، مما يعني أن بذور العديد من النباتات قد لا تنتشر أو تنمو.

لقد وضعت السلوكيات المختلفة التي تظهرها خنافس الروث هذه الكائنات في بؤرة العديد من الدراسات السلوكية الشيقة. وقد تضمنت النتائج اكتشاف خنافس تتنقل باستخدام درب التبانة، وأخرى تقوم بتوزيع بذور نباتات خدعت الخنفساء عن طريق التطور لتبدو وتفوح برائحة روث الظباء! ابق عينيك مفتوحتين على هذه المخلوقات الرائعة أينما وجدت نفسك، فقد لا تعرف ما هي الاكتشافات التي قد تقوم بها.

المصطلحات

المادة العضوية
مركبات ناتجة عن بقايا الكائنات الحية الميتة، مثل النباتات والفطريات والحيوانات.

 التنوع البيولوجي
تنوع الحياة على الأرض.

التجزئة
عملية انقسام شيء ما إلى قطع أصغر.

النظام البيئي
مجتمع من الحيوانات والنباتات والبكتيريا والفطريات التي تعيش في موقع معين، بالإضافة إلى المكونات غير الحية من ذلك البيئة.

مبيدات الطفيليات
أدوية تُعطى للحيوانات لقتل طفيلياتها.

- مبيدات الطفيليات:
أدوية تُعطى للحيوانات لقتل طفيلياتها.

الشكر والتقدير

نحن ممتنون لتشين سي. لي للسماح لنا باستخدام صوره لخنافس الروث التي التُقطت في صباح، ماليزيا—يمكن العثور على تصويره فيwww.chienclee.com.

المراجع

[1] Raine EH, Slade EM. 2019 Dung beetle–mammal associations: methods, research trends and futuredirections. Proc. R. Soc. B 286: 20182002. doi:10.1098/rspb.2018.2002

[2] Ong XR, Slade EM & Lim MLM. Dung beetle-megafauna trophic networks in Singapore’s fragmented forests. Biotropica. In press. doi:10.1111/btp.12840

[3] Nichols, E., Spector, S., Louzada, J., Larsen, T., Amezquita, S., Favila, M., & The Scarabaeinae Research Network. (2008). Ecological functions and ecosystem services of Scarabaeinae dung beetles. Biological Conservation, 141, 1461-1474.  doi:10.1016/j.biocon.2008.04.011

[4] Beynon, S. A., Wainwright, W. A., & Christie, M. (2015). The application of an ecosystem services framework to estimate the economic value of dung beetles to the UK cattle industry. Ecological Entomology, 40, 124-135. In review

[5] Hutton, S. A., & Giller, P. S. (2003). The effects of the intensification of agriculture on northern temperate dung beetle communities. Journal of Applied Ecology, 40(6), 994-1007.

[6] Manning, P., Slade, E. M., Beynon, S. A., & Lewis, O. T. (2017). Effect of dung beetle species richness and chemical perturbation on multiple ecosystem functions. Ecological Entomology, 42(5), 577-586.

تحرير بواسطة: Helen Phillips, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Germany

الاقتباس: Manning P, Ong XR and Slade EM (2021) Soil Ecosystems Change with Time. Front. Young Minds. 9:543498. doi: 10.3389/frym.2021.543498

تضارب المصالح: يعلن المؤلفون أن البحث قد تم إجراؤه في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح .

COPYRIGHT © 2021 Manning, Ong and Slade. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

المراجعين الشباب

فريق FDR-HB_Peru iGEM
العمر: 14–17
نحن فريق في علم الأحياء التركيبية مع المسابقة الدولية للآلات المعدلة وراثيًا (iGEM) في ليما، بيرو. نحن الفريق الوحيد من المدارس الثانوية في أمريكا اللاتينية ونفخر بعملنا في إنشاء كاشف للكبريت باستخدام البكتيريا. معظمنا متعلمون للغة الثانية، ويتراوح عمر مجموعتنا بين 14 و17 عامًا. نحن نحب الكائنات المعدلة وراثيًا!

المؤلفون

بول مانينغ
بول هو زميل ما بعد الدكتوراه في كلية الزراعة بجامعة دالهوزي. يحمل درجة بكاليوس العلوم في الزراعة من كلية نوفا سكوتيا الزراعية، ودكتوراه في علم الحيوان من جامعة أكسفورد. يعمل في مجال علم البيئة والتسمم لخنافس الروث منذ عام 2013. تهدف أبحاثه إلى فهم كيف تدعم مجتمعات الحشرات وظائف النظام البيئي (مثل تحلل الروث) في الأنظمة الزراعية. كما يهتم بول بزيادة الفهم العام وتقدير الحشرات من خلال الحديث مع مجموعات المجتمع، والعمل مع الشباب، وإجراء الأبحاث من خلال العلوم المجتمعية المشاركة.*paul.manning@dal.ca*

زين روي أونغ
زين روي هي طالبة دكتوراه في المدرسة الآسيوية للبيئة في جامعة نانيانغ التكنولوجية. تخرجت من الجامعة الوطنية في سنغافورة بدرجة بكاليوس في علوم الحياة، متخصصة في علم البيئة البيئية. تم تقديم زين روي لأول مرة إلى عالم خنافس الروث الرائع خلال سنوات دراستها الجامعية، وهي تدرس الآن تنوع خنافس الروث وتفاعلاتها مع مجتمعات الثدييات في جنوب شرق آسيا.

إلينور م. سلايد
إلينور أستاذ مساعد في المدرسة الآسيوية للبيئة. تحمل درجة بكاليوس في علم الحيوان من جامعة ليدز، وماجستير في علم البيئة من جامعة أبردين، ودكتوراه في علم الحيوان من جامعة أكسفورد. إلينور عالمة بيئية تركز أبحاثها على حماية وإدارة واستعادة المناظر الطبيعية للغابات الاستوائية والأنظمة الزراعية. هي مهتمة بشكل خاص باللافقاريات وقد درست خنافس الروث وأهميتها للأنظمة البيئية الصحية لمدة 17 عامًا. كما أنها مهتمة باستخدام العلوم للمساعدة في إبلاغ السياسات وأفضل الممارسات في صناعة زيت النخيل.

التمويل (ترجمة)

يعترف فريق ترجمة تنوع التربة بدعم المركز الألماني لأبحاث التنوع البيولوجي المتكامل (iDiv) هاله-يينا-لايبزيغ الممول من قبل مؤسسة البحث الألمانية (DFG FZT 118, 202548816).

المترجم

رغد سلمان محمد
رغد س. محمد هي باحثة بارزة في مجال بيولوجيا النبات، وتعمل حاليًا كباحثة علمية رئيسية في وزارة التعليم العالي والبحث العلمي في بغداد، العراق. حاصلة على درجة الدكتوراه في التكنولوجيا الحيوية للنبات والتربة، وتعد من الشخصيات الرائدة في الزراعة المستدامة، خصوبة التربة، وجودة المياه. قدمت رغد إسهامات مهمة في مجالات التكنولوجيا الحيوية، علم الخلايا، علم الوراثة، والنباتات المعدلة وراثيًا، حيث نشرت أكثر من 148 بحثًا، وحصلت على 303 استشهادات، بواقع h-index: 8. تركز أبحاثها الحالية على التراكم الحيوي والمعالجة النباتية للملوثات المشعة والمعادن الثقيلة باستخدام نباتات مثل Cynodon dactylon، وتسعى لتطوير تقنيات لتحسين نوعية التربة والمياه.