افزایش سطوح کربن دی اکسید و تهدید زندگی پروانه‌های پادشاه
یکی از بررسی‌های جدید دانشگاه میشیگان خطرات جدیدی را آشکار می‌کند که زندگی پروانه‌های پادشاه را تهدید می‌کنند: افزایش سطوح کربن دی‌اکسید موجود در جو منجر به کاهش خواص دارویی گیاهان پادزهر می‌شود که از حشرات در مقابل سموم محافظت می‌کنند.
برگ‌های گیاه پادزهر حاوی سموم تلخی است که به پروانه‌های پادشاه در دفع شکارچی‌ها و انگل‌ها کمک می‌کند، این گیاه تنها غذای این نوع پروانه است. پژوهشگرها در یک آزمایش چندساله در مرکز زیست‌شناسی U-M به پرورش چهار گونه‌ی گیاه پادزهر می‌پردازند که دارای سطوح متغیری از ترکیب‌های محافظتی هستند، به این ترکیب‌ها کاردنولید هم گفته می‌شود. نیمی از گیاهان تحت سطوح نرمال کربن دی‌اکسید رشد می‌کنند و نیمی از آن‌ها هم تقریبا دو برابر این مقدار در معرض این گاز سمی قرار می‌گیرند. گیاهان پادزهر منبع تغذیه‌ی صدها پروانه‌ی پادشاه هستند.
این بررسی نشان می‌دهد، با افزایش سطوح کربن‌دی‌اکسید قوی‌ترین گیاهان پادزهر هم خواص دارویی خود را از دست می‌دهند به‌این‌ترتیب توانایی و طول عمر پروانه‌ی پادشاه و مقاومت آن در برابر یک گونه انگل متداول به شکل قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. این آزمایش نشان می‌دهد که چگونه سطوح بالای کربن‌دی‌اکسید خواص شیمیایی گیاهان را تغییر می‌دهد و این تغییرات هم به‌نوبه‌ی خود بر ارتباط بین پروانه‌های پادشاه و انگل‌های آن‌ها تأثیر می‌گذارند. این بررسی آثار تغییردهنده‌ی آبوهوایی گازهای گرمایشی ناشی از سوخت‌های فسیلی را بررسی نمی‌کند. به‌گفته‌ی لسلی دکر، مؤلف ارشد این پژوهش:
مکانیزم غیرمستقیمی را کشف کردیم که قبل از این ناشناخته بود، بر اساس این مکانیزم تغییرات محیطی (در این نمونه افزایش سطح کربن‌دی‌اکسید موجود در جو) می‌تواند بر بیماری پروانه‌های پادشاه تأثیر بگذارد. نتایج ما نشان می‌دهند تغییرات جهانی محیطی می‌توانند از طریق اعمال تغییر در خواص دارویی گیاهان بر واکنش‌های انگل‌ها تأثیر بگذارند.
دکر این پژوهش را برای رساله‌ی دکترای خود در بخش زیست‌شناسی تکاملی و بوم‌شناسی U-M ترتیب داده است. مارک هانتر یکی از بوم‌شناسان U-M، معتقد است یافته‌های مربوط به بررسی پروانه‌ی پادشاه مفاهیم گسترده‌ای را به دنبال خواهند داشت. بسیاری از موجودات زنده ازجمله انسان‌ها از مواد شیمیایی موجود در محیط برای کنترل انگل‌ها و بیماری‌ها استفاده می‌کنند. آسپیرین، دیجیتالیس، تاکسول و بسیاری از داروهایی دیگر در اصل منشاء گیاهی دارند. به‌گفته‌ی هانتر:
اگر کربن دی‌اکسید منجر به کاهش تراکم داروهای موجود در گیاهان مورداستفاده‌ی پروانه‌های پادشاه شود، به این‌ترتیب تراکم داروها برای تمام موجودات که خوددرمانی می‌کنند (ازجمله انسان‌ها) کاهش می‌یابد. با پذیرفتن خطر تراکم گازهای جوی، می‌توانیم از توانایی خود برای یافتن داروهای جدید در طبیعت استفاده کنیم.
پژوهش‌های قبلی آزمایشگاه هانتر نشان می‌دهند درصورتی‌که بعضی گونه‌های پادزهر در شرایط کربن‌دی‌اکسید بالا رشد کنند، تولید کاردنولید در آن‌ها کاهش می‌یابد. این یافته توجه دکر را جلب کرد؛ او با هانتر به بررسی تأثیر افزایش CO2 بر آسیب‌پذیری پروانه‌های پادشاه پرداخته است.
آن‌ها یک سیستم آزمایشی را ساختند که امکان دست‌کاری و اندازه‌گیری کل اتصال‌های کلیدی داخل یک زنجیره ازجمله این موارد را فراهم می‌کند: سطوح کربن دی‌اکسید، تراکم‌های سمی موجود در برگ‌های گیاه پادزهر، آلودگی انگلی و آسیب‌پذیری پروانه‌ی پادشاه نسبت به انگل‌ها. این بررسی میدانی در سال ۲۰۱۴ و ۲۰۱۵ اجرا شد. آن‌ها گیاهان پادزهر را در چهل محفظه‌ی رشد و در معرض دو سطح متفاوت کربن‌دی‌اکسید قرار دادند. بیست محفظه در معرض تراکم نرمال و جهانی کربن‌دی اکسید با مقدار تقریبی ۴۰۰ ppm (واحد در میلیون) و ۲۰ محفظه در معرض ۷۶۰ ppm کربن‌دی اکسید قرار گرفتند. در صورت کاهش نیافتن سوخت‌های فسیلی، میزان کربن‌دی‌اکسید تا پایان قرن به این سطح خواهد رسید.
در این بررسی سطح کاردنولید محافظتی چهار گونه‌ی گیاه پادزهر متفاوت بود. قوی‌ترین گونه آسکلپیاس کوراساویکا بود که به آن پادزهر حاره‌ای هم گفته می‌شود. گیاهانی که در محفظه رشد کردند برای تغذیه‌ی پروانه‌های پادشاه در نظر گرفته شدند و هر پروانه‌ی پادشاه یک رژیم پایدار از یک گونه‌ی گیاه پادزهر مستقل را با سطح مشخصی از کربن‌دی اکسید دریافت کرد.
در صورت عدم کنترل، میزان گاز CO2 در جو تا پایان قرن به ۷۶۰ ppm می‌رسد
دزهای کنترل‌شده و دقیقی از انگل پروانه‌ای متداولی که بیشتر به پاتوژن مالاریا مربوط است به پروانه‌های سه‌روزه تزریق شد. افروسیستیس الکتروسیرا یک نوع تک یاخته است که طول عمر پروانه‌ی پادشاه بالغ را کوتاه می‌کند و مانع از توانایی پرواز او شده و به این صورت تعداد زادوولد آن را هم کاهش می‌دهد. در طی زمان تقریبی دو هفته، کرم پروانه تا طول تقریبا دو اینچ با نوارهای زرد، سفید و مشکلی رشد می‌کند. سپس کرم پروانه یک پوشش شفیره‌ای می‌سازد و تقریبا به مدت ده روز در آن می‌ماند تا به پروانه‌ی نارنجی و مشکی تبدیل شود.
دکر و هانتر در آزمایشگاه زیست‌شناسی خود صدها پروانه‌ی پادشاه بالغ را پرورش دادند. طول عمر هر پروانه (در میشیگان پروانه‌های پادشاه معمولا به مدت یک ماه رشد می‌کنند) ثبت شد و تعداد هاگ‌های انگلی روی هر قالب هم شمرده شد. پژوهشگرها با کنار هم قرار دادن این داده‌ها به این نکته پی بردند که سطوح کربن‌دی‌اکسید موجود در جو چگونه قادر به تغییر تراکم‌های سمی در چهار گونه‌ی پادزهر بودند و همین‌طور نشان دادند که قرار گرفتن این گیاهان در معرض کربن‌دی‌اکسید چگونه بر طول عمر و آسیب‌پذیری پروانه‌ی پادشاه تأثیر می‌گذارد.
کاهش شدید آستانه‌ی تحمل انگلی و طول عمر در پروانه‌هایی مشاهده شد که از کوراساویکا تغذیه می‌کردند. در این گونه‌ی پادزهر کربن‌دی‌اکسید نرمال محیط منجر به کاهش ۲۵ درصدی تولید کاردنولید شد. در پروانه‌هایی که از پادزهر کوراساویکا تحت شرایط افزایش کربن‌دی‌اکسید تغذیه کردند، آستانه‌ی تحمل انگلی در مقایسه با پروانه‌هایی که از همان گیاه در شرایط کربن‌دی‌اکسید نرمال تغذیه کردند، به‌اندازه‌ی ۷۷ درصد کاهش یافت. طول عمر پروانه‌هایی که از گیاه کوراساویکا در شرایط افزایش کربن‌دی‌اکسید، تغذیه کردند به خاطر تزریق انگل به‌اندازه‌ی هفت روز کاهش پیدا کرد؛ اما در مورد پروانه‌های پادشاهی که از کوراساویکا در معرض کربن‌دی‌اکسید نرمال و محیطی تغذیه کردند، طول عمر تنها دو روز کاهش یافت. به گفته‌ی دکر:
ما می‌توانیم نشان دهیم که گونه‌های پادزهر دارویی در شرایط افزایش کربن‌دی‌اکسید، توانایی‌های محافظتی خود را از دست می‌دهند. نتایج ما نشان می‌دهد افزایش کربن‌دی‌اکسید منجر به کاهش آستانه‌ی تحمل پروانه‌های پادشاه در برابر انگل‌های متداول شده و زهرآگینی انگلی را افزایش می‌دهد.
در سال‌های گذشته جمعیت پروانه‌های پادشاه رکود چشم‌گیری داشته است. اغلب بحث‌های مربوط به پروانه‌های پادشاه بر نابودی زیست‌بوم متمرکز است که شامل قطع کردن درختان در جنگل‌های مکزیک (محلی برای اقامت زمستانی پروانه‌ها) و همین‌طور از بین رفتن گیاهان پادزهر است که از پروانه‌ها در طول مهاجرت سالیانه‌ی آن‌ها در آمریکای شمالی محافظت می‌کند. به گفته‌ی هانتر:
از بین رفتن زیست‌بوم در طول مهاجرت و تغییرات آبوهوایی همه از عواملی هستند که بر کاهش جمعیت پروانه‌های پادشاه تأثیر می‌گذارند. متأسفانه نتایج ما هم نشان می‌دهند درصورتی‌که تراکم کربن‌دی‌اکسید موجود در جو افزایش پیدا کند، آسیب‌پذیری پروانه‌های پادشاه در مقابل انگل‌ها بالاتر خواهد رفت.