Publiserat 12.1.2023
Text: Benjamin Fuchs
Redigering: Viestintätoimisto Jokiranta Oy
Bilder: Benjamin Fuchs

 

Mängden och mångfalden av pollinerande insekter har minskat i en alarmerande takt under de senaste årtiondena i Europa och Nordamerika, och även på andra håll i världen. Detta gäller vilda insektspopulationer, humlor (Bombus sp.) som pollinerar trädgårdsväxter, odlingsväxter och vilda växter samt honungsbin (Apis mellifera). Den förändrade markanvändningen, jordbruket och användningen av bekämpningsmedel är utan tvekan de största orsakerna till förlusten av pollinatörer. De ekonomiska konsekvenserna är betydande eftersom värdet av den skörd som är beroende av pollinatörer globalt är över 150 miljarder euro per år. Följderna drabbar inte bara ekosystemen inom jordbruket, i och med att största delen av alla växtarter djurpollineras och fotosyntetiska växter utgör grunden för allt liv på jorden.

Den första odlingsväxten som var resistent mot glyfosat, sojabönan Roundup Ready, kom ut på marknaden 1996. Sedan dess har odlingen av genmanipulerade sorter som tål ogräsmedel ökat enormt. Detta har i sin tur ökat användningen av Roundup och andra glyfosatbaserade herbicider (GBH). Patentet för glyfosat löpte ut 2000 och därefter har GBH-produkterna blivit världens mest använda bekämpningsmedel. Glyfosatrester finns i olika växtmiljöer överallt i världen. I vårt forskningsprojekt utreder vi hur glyfosatbaserade herbicider och de miljöföroreningar de orsakar påverkar pollinatörernas beteende, lärande, minne och andra kognitiva funktioner, som också kan vara kopplade till tarmfloran.

 

Bekämpningsmedel försämrade humlans förmåga att lära sig

Vi sökte svar på våra frågor genom att undersöka humlesamhällena och låta humlorna utföra en uppgift som gick ut på att skilja mellan färger. Med hjälp av uppgiften kan man ta reda på hur GBH-produkterna påverkar de enskilda humlornas förmåga att lära sig och minnas färger. De enskilda humlorna utsätts för antingen bekämpningsmedel eller en kontrollgruppsbehandling. I inlärningsförsöket flyger humlorna omkring på en arena med ”blommor” i olika färger, dvs. färgplattor med antingen sockerlösning eller besk kininlösning. Fem färger representerar belöningen, dvs. socker, och fem färger bestraffningen, dvs. kinin.

Med hjälp av försöksupplägget kan man iaktta skillnader i hur de humlor som utsatts för bekämpningsmedlet lär sig och skiljer mellan färger. Docent Marjo Helander på institutionen för biologi vid Åbo universitet genomförde nyligen ett pilotförsök i samarbete med FD Olli Loukola, forskare i beteendeekologi vid Uleåborgs universitet. Enligt resultaten försämrades lärandet och minnet hos humlor som utsattes för en dos ogräsmedel (Roundup Gold) som i verkligheten skulle kunna förekomma på en besprutad åker.

 

Glyfosat förändrar humlornas tarmflora

Tarmens mikrober kan påverka ett djurs hjärnaktivitet och beteende. Den dubbelriktade kopplingen mellan tarmfloran och hjärnan, dvs. den så kallade tarm-hjärnaxeln, och dess roll har inte studerats lika mycket hos insekter som hos ryggradsdjur. Det har påvisats att glyfosat påverkar humlors mikroflora genom att minska antalet nyttiga bakterier som påverkar immunregleringen och motståndskraften. En störning av den normala mikrofloran leder i sin tur till ökad dödlighet.

Det finns allt mer forskning som visar att GBH-produkter ändrar tarmflorans mångfald och sammansättning och att tarmmikroberna är viktiga för värddjurets hälsa. För att bättre förstå glyfosatets effekter på djuren behöver vi veta mer om hur glyfosatet påverkar tarmfloran, som är väsentlig för djurens välbefinnande.

Efter att ha undersökt humlornas kognitiva inlärningsbeteende analyserar vi sammansättningen av deras tarmflora. Ur tarmproverna isolerar vi DNA, och i samarbete med docent Manu Tamminen vid Åbo universitet uppskattar vi den totala mängden mikrober och mängden av de viktigaste bakterierna.

 

Ogräsmedel påverkar blommornas doft

Vår forskningsgrupp studerar humlornas förmåga att skilja mellan växter som behandlats med GBH-produkter (realistisk dos från åkerbesprutning) och kontrollväxter. För det ändamålet utför vi experiment i forskningsväxthusen i Åbo universitets botaniska trädgård och på åkrar. Under fältstudierna antecknar vi humlornas besök hos växter som behandlats på olika sätt. De experiment som utförs under kontrollerade växthusförhållanden ger också ytterligare information om mekanismer som påverkar doften från blommorna på de växter som besprutats med glyfosatbaserade herbicider, och därmed hur lockande de är för humlorna.

Vi analyserar också den kemiska sammansättningen av växternas dofter i samarbete med professor James Blande vid Östra Finlands universitet för att ta reda på vilka biokemiska processer som eventuellt orsakar förändringar i humlornas beteende. I fältexperimenten utreder vi under realistiska förhållanden glyfosatbesprutningens effekter på vilka blommor humlorna väljer.

Utöver den omedelbara besprutningseffekten ackumuleras GBH-produkterna i jordmånen överallt i världen och påverkar därmed indirekt nyttiga pollinatörer och insekter genom biokemiska förändringar i växterna. Till och med små halter av ogräsmedel i jordmånen kan förändra blommornas doft och påverka hur de lockar de insekter som besöker dem. I stor skala kan detta göra blommorna på odlingsväxter mindre attraktiva så att pollinatörerna börjar undvika dem. Ogräsmedel kan försämra pollinatörernas kognitiva förmågor, som påverkar minnet och färgseparationen, och därigenom i betydande mån påverka förlusten av pollinatörer och ekosystemets funktion.

Målet för vår forskning är att få en samlad bild av de förändringar som sker i växternas fysiologi, pollinatörernas reaktioner på blommors dofter samt pollinatörernas tarmflora, och på det sättet få mer information om de mekanismer som påverkar i bakgrunden. Våra forskningsresultat intresserar forskarsamhället men är också till nytta när beslut ska fattas om hur bekämpningsmedel används i jordbruket, skogsvården, trädgårdarna och rekreationsområdena och på våra egna gårdar.

 

 

Docent, FD Benjamin Fuchs forskar i den kemiska ekologin i jordbrukets ekosystem. Hans särskilda intresseområden är den globala förlusten av biodiversitet till följd av människans aktivitet, de faktorer som påverkar detta samt de ekosystemtjänster som pollinatörer och andra nyttiga insekter tillhandahåller. Sedan 2019 har Fuchs arbetat vid enheten för biodiversitet vid Åbo universitet. Han har byggt upp ett multidisciplinärt nätverk där kemister, mikrobiologer, växtfysiologer och ekologer samarbetar och med ett holistiskt tillvägagångssätt undersöker klimatförändringarnas och jordbrukskemikaliernas effekter på växtekologin och insekternas mångfald.

 

 

Litterature:

Fuchs, B., Saikkonen, K., & Helander, M. (2021). Glyphosate-modulated biosynthesis driving plant defense and species interactions. Trends in Plant Science, 26(4), 312–323.

Helander, M., Lehtonen, T. K., Saikkonen, K., Despains, L., Nyckees, D., Antinoja, A., Solvi, C., & Loukola, O. J. (2023). Field-realistic acute exposure to glyphosate-based herbicide impairs fine-color discrimination in bumblebees. Science of the Total Environment, 857, 159298.

Leino, L., Tall, T., Helander, M., Saloniemi, I., Saikkonen, K., Ruuskanen, S., & Puigbò, P. (2021). Classification of the glyphosate target enzyme (5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase) for assessing sensitivity of organisms to the herbicide. Journal of Hazardous Materials, 408, 124556.

Ruuskanen, S., Fuchs, B., Nissinen, R., Puigbò, P., Rainio, M., Saikkonen, K., & Helander, M. (2023). Ecosystem consequences of herbicides: The role of microbiome. Trends in Ecology & Evolution, online first.

 

Länkar:

https://sites.utu.fi/helandersaikkonenlab/news/new-article-on-glyphosate-based-herbicide-effects-on-bumblebees-garners-international-attention/