Сотрудники Института систематики и экологии животных СО РАН открыли новые механизмы регуляции вспышек размножения непарного и сибирского шелкопряда. Эти насекомые-вредители ежегодно повреждают больше двух миллионов гектаров территории России и распространяются со скоростью 40 километров в год.
Сергей Викторович Павлушин, старший научный сотрудник ИСиЭЖ СО РАН, кандидат биологических наук, получил за это открытие премию Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2023 год.
«Мы определили скорость и границы распространения непарного и сибирского шелкопряда, а также обозначили природные механизмы, которые влияют на чувствительность насекомых к разным типам патогенов: бактериальным и вирусным. Кроме того, проверили и доказали эффективность вирусного штамма, на основе которого планируем в будущем сделать биологическое средство защиты от насекомых», — отметил Сергей Павлушин.
Исследование учёных — большая комплексная работа с привлечением разных коллективов Красноярска, Санкт-Петербурга, Новосибирска и других городов. Энтомологи работали в экспедициях: например, отлавливали с помощью феромонных ловушек насекомых, чтобы определить, насколько далеко они распространились, а также применяли молекулярные, генетические и биохимические методы.
Специалисты определили условия, при которых эффективнее работают вирусные или бактериальные препараты. Оказалось, что препараты на основе бактерий выгоднее использовать ранней теплой весной, когда природа и насекомые развиваются синхронно, а вирусные, наоборот, лучше применять в самый уязвимый момент.
В вегетационный сезон растения и насекомые начинают пробуждаться и должны развиваться синхронно или хотя бы синхронизировано с определенной стадией развития растения. Если этого не происходит, листья для насекомого становятся менее питательными, более токсичными. Ему нужно тратить больше ресурсов на детоксикацию.
Исследователи проводили эксперимент: специально рассинхронизировали развитие растения и насекомого, что в природе происходит достаточно регулярно. «Такое часто случается и в Сибири, когда приходит резкое потепление весной, деревья начинают развиваться, а потом наступает продолжительная прохлада. Насекомое уже начало активно питаться, но пришло похолодание и развитие приостановилось. У растений температурный порог чуть ниже, чем у насекомых, поэтому постепенно происходит нарастание рассинхрона. Растение начинает опережать по развитию насекомое, что сказывается на показателях иммунных реакций насекомого. Оно начинает сильнее болеть вирусными заболеваниями», — сказал заведующий лабораторией экологической физиологии ИСиЭЖ СО РАН кандидат биологических наук Вячеслав Викторович Мартемьянов.
Помимо этого, исследователи выделили штамм вируса из сибирского шелкопряда. Он обладает рядом свойств, которые делают его эффективнее бактериальных препаратов, существующих на рынке сейчас.
«Важный плюс этого вируса — последействие. Вирусы, один раз попавшие в популяцию, продолжат передаваться и в последующие поколения. Мы специально заразили некоторое количество особей и получили потомство от той резистентной части, которая выжила. У них была не очень хорошая выживаемость, они плохо переносили воздействие стрессоров. Кроме того, этот штамм вируса показал высокую эффективность. В конце прошлого года мы закончили эксперимент и выяснили, что одна вирусная частица, проглоченная гусеницей, способна привести к летальному исходу в 70 % случаев», — сказал Вячеслав Мартемьянов.
По прогнозам исследователей, биологическое средство на основе штамма вируса цитоплазматического полиэдроза может начать применяться на практике через три-четыре года. Сейчас учёные расширяют фундаментальные знания о вирусе и начинают заниматься процедурой регистрации средства. Параллельно они планируют развивать дистанционный мониторинг и прогноз вспышек численности шелкопрядов, что может существенно повысить эффективность применения препаратов на основе биологических агентов.
Непарный шелкопряд входит в число ста инвазивных опасных видов. Он легко подстраивается под природные изменения и сейчас всё больше продвигается на север.
«Если говорить про нашу равнинную территорию, на улице температура может опускаться до минус тридцати (что летально для непарного шелкопряда), под снегом же будет около минус восьми. Он адаптировался к этим погодным условиям и оставляет кладки в самом низу дерева. Хотя, например, в Японии, они могут быть и на верхушке. На Горном Алтае кладки можно увидеть на голых скалах: оказалось, что голая скала выступает температурным буфером. Несмотря на то что она обдувается ветром, температура там выше. Камень тянет с земли тепло и этого достаточно, чтобы переживать экстремальные температуры», — прокомментировал Вячеслав Мартемьянов.
В основном непарный шелкопряд поражает лиственные деревья. Лиственный лес, конечно, может восстановиться, однако в любом случае жизнедеятельность растения приостанавливается, фотосинтезирующая активность снижается, это уязвимый для леса период. Сибирский же шелкопряд повреждает хвойные деревья, а они не восстанавливаются. Почти 70 % повреждений лесов приходится на эти два вида вредителей.
Хотя непарный шелкопряд в основном питается лиственными растениями, он приспособился и к хвойным. «В работе, которую курировал Сергей Павлушин, в экспериментальных условиях мы показали, что непарный шелкопряд может освоить и сосну — не самое подходящее для питания насекомых дерево. А когда мы были в европейской части России, увидели полностью объеденные непарным шелкопрядом ели, что встречается очень редко», — сказал Вячеслав Мартемьянов.
В итоге этой большой междисциплинарной работы учёные планируют получить экологически безопасный и экономически целесообразный контроль основных видов лесных чешуекрылых.
Текст: Полина Щербакова.
Источник: «Наука в Сибири».