Эффект против бабочки: как наука помогает бороться с нашествием непарного шелкопряда

В природе известно немало насекомых-вредителей, представляющих серьезную угрозу для лесов и урожаев. Один из самых опасных — непарный шелкопряд (Lymantria dispar). Около 30% повреждений лесов в России приходится на этот вид. Проблему с его нашествием в каждом регионе решают по-своему. Однако в скором будущем ситуация может измениться: недавно новосибирские ученые провели масштабное исследование и смогли найти слабые места этих бабочек.

Что необычного эксперты увидели в «диете» непарного шелкопряда? Какое средство позволит взять под контроль его популяцию? Об этом порталу Наука.РФ рассказал автор проекта, старший научный сотрудник Института систематики и экологии животных Сибирского отделения РАН, кандидат биологических наук Сергей Павлушин.

Шведский стол для вредителя

Согласно научным данным, непарный шелкопряд способен повреждать около 300-500 видов растений, хотя чаще имеет «предпочтения» в зависимости от региона. Или, говоря научным языком, формирует кормовые расы. Причем за несколько поколений насекомое может добавлять в свой рацион растения, к которым ранее интереса не испытывало.

Вспышки массового размножения этого вредителя регистрируют давно. Например, на территории республики Тыва уже с 1950-х фиксировали масштабные случаи, когда было поражено около 80% лесничеств в регионе. В Московской области отмечали вспышки в конце XIX и в середине XX веков. Сообщалось, что в 1957 году в Москве кладки шелкопряда находили даже в кремлевских стенах.

Сегодня вспышки размножения непарного шелкопряда происходят почти ежегодно. Чаще всего они затрагивают территории Алтайского края, Новосибирской, Свердловской и Тюменской областей, Хабаровского края и Подмосковья. При этом суммарная площадь вспышек по России нередко достигает миллиона гектар. Основными факторами нашествий становятся климатические изменения и более высокая, по сравнению с растениями, скорость адаптации насекомых.

«Глобальное потепление позволяет насекомому успешно завершить жизненный цикл и заселять новые территории, быстрее приспосабливаясь к новым условиям. Растения в таких случаях могут быть уязвимыми к массовым вспышкам, так как ранее их не возникало. Деятельность человека тоже, несомненно, влияет на распространение. Классический пример: создание искусственных лесополос. Это идеальный шведский стол для вредителя, так как они представляют монокультуру, сочетая благоприятные условия для развития», — объясняет кандидат биологических наук Сергей Павлушин.

Пестициды, паразиты и субботники

Конечно, можно сказать, что такие вспышки размножения насекомых — естественная часть экосистемы. Они могут ускорять круговорот биомассы в биогеоценозе и становиться фактором ускорения сукцессии*. Но влияние человека, который воздействует на природу, смещая баланс, нельзя отрицать. Если вовремя не принять меры, возникает риск увидеть на месте леса заболоченную территорию.

«Тема регуляции численности насекомых — центральная для биологической защиты растений. Сейчас все чаще говорят о необходимости в природоподобных технологиях, безопасном природопользовании. К тому же, методы молекулярной биологии открывают с каждым годом все больше возможностей. Поэтому внимание к экологическим проектам довольно высокое, что не может не радовать», — подчеркивает ученый.

Наиболее популярный метод борьбы с шелкопрядом — химический, с помощью пестицидов. Но со временем насекомое вырабатывает к ним устойчивость. Более экологичный способ: бактериальные препараты. Но штаммы бактерий, которые для этого обычно используют, поражают всех чешуекрылых — и полезных, и вредных. Кроме того, устойчивость к бактериальному заражению может сильно отличаться между популяциями, зависеть от внешних условий и, в целом, формируется сравнительно быстро, объясняет эксперт.

Еще один, нестандартный метод предложили ученые Всероссийского научно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ). Специалисты научились выращивать в лаборатории энтомофага оэнциртуса (Ooencyrtus kuvanae), паразитирующего на вредителях. Проникая внутрь яйца непарного шелкопряда, это насекомое поедает личинку и затем погибает, поскольку ничем другим не питается. Этот вид можно было бы выращивать в промышленных масштабах и заселять им очаги размножения шелкопряда.

«Это интересный и уже более прицельный способ регуляции численности — по канонам биозащиты. Предлагают еще феромонные ловушки, но это скорее для мониторинга численности. Если будет вспышка — они не помогут», — комментирует Сергей Павлушин.

Иногда в регионах организуют субботники и проводят акции по массовой зачистке парков и лесов от непарного шелкопряда. Успех таких мероприятий зависит от площади и количества людей, считает специалист. Когда наступает пик численности насекомых — а это могут быть десятки кладок на каждом дереве на площади до десяти тысяч гектар и более — приходится исследовать буквально тысячи деревьев, чтобы вручную собрать кладки или обработать их специальным средством. Такая мера скорее подойдет для небольшой численности насекомых на маленькой территории.

В целом, какой бы способ в регионах не выбирали, важно, чтобы это был комплексный подход, отмечает биолог. Чем разносторонней способ регуляции, тем выше его эффективность.

Задержка в развитии

Серьезный шаг в решении проблемы удалось сделать ученым Института систематики и экологии животных СО РАН, разработавшим новый метод контроля непарного шелкопряда.

«Начало исследований легло в основу моей диссертационной работы и продолжилось по проектам Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Российского научного фонда (РНФ). Как это нередко бывает в науке, сначала цель была несколько иной: посмотреть, как затяжное весеннее развитие влияет на жизнеспособность непарного шелкопряда», — вспоминает ученый.

В ходе экспериментов биологи наблюдали, как насекомые питались листвой разного «возраста»: от только что распустившихся листьев из почек до более зрелых листовых пластин. Дело в том, что в природе насекомые стараются синхронизироваться с развитием растений, чтобы получить пищу на самых «питательных» стадиях. Но бывает так, что весной после потепления наступают холода. Растения, более устойчивые к таким переменам, продолжают развиваться — в результате у них с насекомыми наступает рассинхрон в развитии. Из-за этого иммунная система непарного шелкопряда слабеет, он становится более уязвим к вирусам.

Чтобы убедиться в этом, исследователи использовали вирус ядерного полиэдроза из группы бакуловирусов. Эксперименты показали, что в условиях затяжного весеннего развития смертность насекомых увеличивалась в четыре раза при низких дозах (до 10% гибели) и в два раза — при умеренных (выше 30% гибели).

«Мы заметили, что даже контрольный вариант в ряде случаев погибал от вируса, хотя по идее его никто не заражал (на то он и контроль). Выяснилось, что часть из них была вирусоносителями. Получается, что биохимия листьев провоцировала активацию вирусной инфекции и вместе с тем увеличивала смертность от стандартного вирусного заражения», — делится эксперт.

Интересно, что аналогичный эксперимент, но уже с бактериями, показал обратный эффект: к удивлению биологов оказалось, что устойчивость к ним у насекомых, наоборот, повышалась.

Исследования позволили ученым разработать рекомендации, какие средства против насекомых-вредителей и в какие периоды будут наиболее эффективными. Кроме того, удалось обнаружить перспективный штамм цитоплазматического полиэдроза. Это уже другая группа вирусов, относящейся к так называемым циповирусам, патогенным для насекомых. В ближайшем будущем препарат на его основе отправят на испытания.

Но на этом исследования не заканчиваются. Специалисты намерены изучить еще одного, второго по значимости вредителя хвойных насаждений — сибирского шелкопряда. Заниматься этой задачей будут в лабораториях на базе Университета «Сириус».

ИИ помогает

Возможно ли в будущем решить проблему со всеми насекомыми-вредителями? Наука может в этом помочь, если удастся преодолеть разрыв между фундаментальной и прикладной сферами, отвечает специалист. В арсенале ученых, в том числе, научного коллектива Института систематики и экологии животных СО РАН, есть немало перспективных наработок для биозащиты. Но продвинуть их дальше по бюрократическим процедурам регистрации тяжело.

«Не хватает единого органа, который бы взял на себя функцию по полноценному сопровождению научных разработок из лаборатории на рынок. Не говоря уже о том, что процедуры регистрации препаратов очень дорогостоящие и длительные», — объясняет Сергей Павлушин.

Решить вопрос могла бы ускоренная процедура регистрации, с приоритетом для биологических препаратов с доказанной экологической безопасностью. Помимо этого, важно создавать условия, побуждающие хозяйства использовать биологические препараты. Еще одним важным шагом для развития технологий в этой области является создание отдельной нормативной категории биопрепаратов. Дело в том, что сейчас такие средства находятся в Каталоге агрохимикатов и пестицидов, а это затрудняет продвижение биопрепаратов на рынок, уточняет эксперт.

Тем не менее, разработки в этом направлении продолжают развиваться. Помогает в том числе искусственный интеллект. Например, в сельском хозяйстве, где уже сравнительно давно применяют дистанционное зондирование.

«В тесном сотрудничестве с коллегами из Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН мы помогаем создавать методы мониторинга вспышек массового размножения насекомых с помощью космоснимков. Их масштабная обработка — как раз задача для ИИ», — рассказывает Сергей Павлушин.

Нейросети востребованы и в микробиологии: все чаще их используют в биоинформатических исследованиях, создаются языковые модели для обработки ДНК. Работа с геномом имеет сильный тренд на автоматизацию, что в перспективе значительно ускорит исследования во всех сферах биологии, заключает эксперт.

Анна Шиховец