Наши противники всегда кажутся на шаг впереди. Хотя в настоящее время у контролеров вредителей имеется множество доступных химических препаратов, позволяющих им принимать меры против нежелательных насекомых, у целевых видов быстро развивается устойчивость к различным активным веществам.
Часто для этого достаточно одного изменения генетического материала организмов. Это означает, что ученым известно более 500 вредителей со всего мира, которые в настоящее время способны противостоять в общей сложности 300 различным инсектицидам.
Многие комары-переносчики болезней сопротивляются любым попыткам контролировать их так же упорно, как колорадские жуки и другие сельскохозяйственные вредители.С другой стороны, другие виды, которые не подвергались нападениям, на самом деле пострадали намного больше. В конечном итоге пестициды не просто остаются на одном поле, а попадают в прилегающие поля, леса и воду. Однако живущие там насекомые вырабатывают гораздо меньшую сопротивляемость. «Со временем эти виды становятся в два-четыре раза более устойчивыми к используемым пестицидам», — заявил профессор Маттиас Лисс, руководитель отдела системной экотоксикологии UFZ.
С другой стороны, вредителям удается стать от десяти до тысячи раз более устойчивыми.Исследователи хотели выяснить, как возникает это несоответствие. «Это представляет интерес с точки зрения сельского хозяйства, а также с точки зрения охраны природы», — подчеркнул Маттиас Лисс. Это потому, что любой, кто лучше понимает эти процессы, имеет возможность замедлить распространение сопротивления среди наших жутких, ползучих противников. Это не только позволит нам более эффективно бороться с ними.
Это также будет означать, что потребуется меньше пестицидов, опасных для других видов.Так что же делает вредителей всего сущего такими адаптивными художниками по выживанию? У исследователей были свои подозрения в этом отношении.
Обычно это были организмы, которые поселялись в новых местах обитания и могли быстро размножаться. Однако массовое размножение вредителей таким способом вскоре приводит к интенсивному соперничеству между существами.
Именно это соперничество может способствовать развитию сопротивления.Это потому, что пестициды не только убивают часть насекомых, но и ослабляют выживших. «Это не относится к устойчивым существам, — пояснил биолог Джеремиас Беккер, — теперь они имеют преимущество перед своими ослабленными сородичами и могут отобрать у них ценные ресурсы». Вот почему сильное соперничество может означать, что устойчивые вредители быстрее вытесняют своих восприимчивых сородичей.С другой стороны, ситуация иная для многих насекомых, которые живут на прилегающих полях или в воде, а не в самих посевах.
Они являются частью разнообразного сообщества, в котором им приходится преодолевать и другие проблемы. Хищники и соперничающие виды также ограничивают размножение и соперничество внутри одного вида. Существа, которые не сопротивляются, получают от этого выгоду согласно девизу: «Враг моего врага — мой друг». Следовательно, в разнообразном сообществе устойчивые существа не могут так хорошо использовать свое преимущество перед восприимчивыми сородичами. «Это означает, что разрыв постоянно увеличивается», — пояснил Матиас Лисс. «Вредители сельскохозяйственных культур становятся все более устойчивыми к пестицидам, а их соседи на прилегающих полях и в воде — нет».
Исследователи UFZ проверили, верна ли эта теория, в лабораторных испытаниях на комарах вида Culex quinquefasciatus. Эти отношения с обычным комаром обитают в тропиках и субтропиках и передают опасные для человека и животных болезни, от птичьей малярии до вируса Западного Нила. «Этих существ особенно хорошо можно содержать в лаборатории, — пояснил Матиас Лисс. «Вот почему они часто используются как представители других видов комаров».В начале испытания в резервуарах исследователя одновременно плавали 400 личинок этих существ.
Три четверти из них содержали генетический материал одной или даже двух копий гена устойчивости к пестицидам, называемого ace-lR. Другая четверть была вынуждена обходиться без этой генетической информации и, следовательно, не была устойчивой.
Отдельные популяции регулярно обрабатывались инсектицидом хлорпирифосом, а также сталкивались с различными условиями жизни. Четверым из них пришлось делить свои резервуары с водяными блохами, что дало им конкуренцию и ограничивало рост населения. Вместе с четырьмя другими исследователи удаляли от десяти до двадцати процентов личинок два раза в неделю, чтобы имитировать влияние хищников. Выжившие комары в этой популяции жили в изобилии, не вступая в борьбу с другими организмами.
В последних четырех популяциях насекомым позволили беспрерывно размножаться, и вскоре они столкнулись с интенсивным соперничеством. Затем исследователи наблюдали, как частота генов устойчивости изменялась на протяжении шести поколений комаров — процесс, который биологи называют «микроэволюцией».
В результате наиболее быструю трансформацию испытали популяции без хищников и видов межвидовой конкуренции. Доля комаров с геном устойчивости выросла с 75 до 95 процентов в ходе испытания. «В этих популяциях существа должны были только победить конкуренцию со стороны своих собственных рядов», — объяснил Матиас Лисс. Небольшие различия в генетическом материале могут принести решающие преимущества, особенно при ограниченных ресурсах.
Вот почему соперничество между сородичами ускоряет микроэволюцию. С другой стороны, ситуация выглядит совсем иначе, когда в игру вступают конкурирующие виды, такие как водяные блохи или хищники, такие как исследователи, ловящие личинки.
В обоих случаях ген устойчивости распространялся в популяциях под воздействием пестицидов значительно медленнее.Однако, если в воде не было инсектицида, те же механизмы гарантировали, что популяции снова быстро потеряли свой ген устойчивости без вражеских видов.
Если бы они вообще не столкнулись с ядовитым препаратом, эта генетическая черта в конечном итоге принесла бы им не пользу, а только недостатки, поскольку сопротивление имеет свою цену. Это означает, что устойчивые существа должны вкладывать средства, например, в дополнительные ферменты, которые способны расщеплять пестицид. Энергии, необходимой им для этого, не хватает для других задач. Например, это часто приводит к ухудшению роста устойчивых существ.
При более сильном соперничестве только 40 процентов комаров вместо 75 процентов обладают геном устойчивости через шесть поколений. Однако водяные блохи и хищники тоже задержали это развитие. Дополнительные проблемы, подобные этим, действительно замедляют микроэволюцию.
Ученые предполагают, что эти эффекты составляют фундаментальный принцип и, следовательно, применимы ко всем средам обитания и видам. «Это может привести к появлению новых подходов к борьбе с вредителями», — сказал Матиас Лисс. Это означает, что увеличение биоразнообразия с конкурентами и хищниками вредоносных организмов снизит развитие устойчивости.
Если вредные организмы попытаются проникнуть на поля, с ними будет легче бороться, используя более низкие уровни пестицидов. «Однако сначала нужно выяснить, сработает ли это на практике», — подчеркнул Маттиас Лисс. Однако в одном он не сомневается: разнообразие видов не только приносит большие экологические преимущества, но и облегчает борьбу с вредителями.