Биология

УНИКАЛЬНЫЕ НАСЕКОМЫЕ

Cпециалисты лаборатории экологии птиц и наземных беспозвоночных Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН (город Екатеринбург) приступили к исследованию насекомых-филлофагов, обитающих на городских территориях, в число которых попали и тли. Изучение последних возобновила после 40-летнего перерыва кандидат биологических наук Наталья Николаева.

В 60-е годы XVIII в. немецкий естествоиспытатель, действительный член Петербургской АН Петер Симон Паллас, совершивший экспедицию на Урал, собрал богатую коллекцию насекомых (включая тлей), положившую начало энтомологии края. Но за прошедший период никто из местных специалистов не изучал тлей, а потому исследования в данном направлении - "белое пятно", хотя в них есть практическая необходимость: многие из тлей - сельскохозяйственные вредители.

Малый интерес к этим насекомым, вероятно, объясняется их небольшими размерами (0,5 - 7 мм), энтомологи же, как правило, собирают видных представителей, т.е. выступают своего рода коллекционерами. Тли же не декоративны, да и оценить их можно лишь при большом увеличении. Кроме того, у них весьма сложен процесс идентификации диагностических признаков (их используется более 50).

В последнее время сотрудники указанного института изучают тлей на древесных, кустарниковых и травянистых растениях в Екатеринбурге, в районе биостанции Уральского государственного университета в Двуреченске, в Висимском государственном биосферном заповеднике и в окрестностях города Ревды (оба в Свердловской области), а также в Шали (Чеченская Республика) и обязательно учитывают данные, полученные от коллег из других регионов. К настоящему времени определено уже 240 видов тлей Свердловской области, из них 145 - в Екатеринбурге. Кстати, цифры эти в 10 раз больше, чем были ранее известны вообще для всего Урала.

Образцовой для региона является территория Висимского заповедника: там выявлено 118 видов тлей. В местных девственных лесах видовой состав и экологическая структура последних сильно разнятся с другими территориями. Проводимый же сравнительный анализ позволяет ученым определить степень антропогенного воздействия (обусловленного случайной или преднамеренной деятельностью человека) на их количество и разнообразие.

Работникам института за три года удалось собрать свыше 25 тыс. особей тлей из различных биотипов и выделить большое количество ранее неизвестных для Урала видов. Николаева подчеркнула, что в разработке новой научной темы приняли активное участие ведущие специалисты по насекомым-филлофагам - доктор биологических наук Ирина Богачева (по ее инициативе были начаты эти исследования), заместитель директора института, доктор биологических наук Евгений Воробейчик и их молодые коллеги - Галина Замшина, Алексей Нестерков, Александр Ермаков, студентка Уральского госуниверситета Ольга Ухова.

В продолжение разговора Наталья Владимировна отметила: тли относятся к отряду равнокрылых, куда входят еще подотряды цикадовых, белокрылок, листоблошек и червецов (надсемейство насекомых, относящееся к отряду полужесткокрылых). Он насчитывает 10 тыс. видов, в том числе 4 тыс. на просторах бывшего СССР (из них около 1000 видов тлей). А всего в мире известно порядка 47000 видов этих насекомых. Их биологическая уникальность - результат долгой эволюции: предки тлей появились не позднее конца каменноугольного периода - карбона (280 млн. лет назад). И насекомые, и растения тогда были огромными. Затем, как и все остальные живые организмы, тли уменьшились в размерах - это дало им возможность занять самые разнообразные экологические ниши. В меловом периоде (145 - 65 млн. лет назад) у них происходило активное видообразование, а к середине четвертичного появились 13 современных семейств и 20 подсемейств. Причем самое богатое видовое разнообразие тлей в прошлые эпохи было свойственно периодам прохладных и влажных климатов. Не случайно и в настоящее время в тропиках этих насекомых меньше, чем в умеренных широтах, где и находились центры их видообразования.

Стадии развития тлей: A - взрослая самка; B - взрослая мужская особь; C - молодая самка; D - самка, откладывающая яйцо; E - яйца.

Исследовательница рассказала: цикл жизни большинства насекомых, обитающих на нашей планете, включает четыре фазы - яйцо, личинка, куколка, взрослое насекомое. У тлей же третьей стадии нет. К тому же, в отличие от высших насекомых, у них довольно слабое жилкование крыльев, а обе их пары имеют приблизительно один и тот же размер. Впрочем, с утверждением, что тли примитивны, можно согласиться лишь частично - простота строения тела компенсировалась у них многообразием внутривидовых форм (полиморфизмом) и сложными жизненными циклами.

Уже в пермском периоде (начало - 299 млн. лет назад) линия эволюции тлей разделилась на три ветви - хермесы, филлоксеры и истинные тли. Представители первых двух откладывают яйца, последние (их более 90% всех видов) могут размножаться живорождением. А приблизительно 20 млн. лет назад у тлей появилась способность "обходиться" без самцов (партеногенез).

Из-за того, что в популяции "рождаются" лишь самки, отсутствуют затраты энергии на "производство" и поиск самцов; по скорости размножения тли выигрывают 2 - 3 недели по сравнению с разнополыми насекомыми. Огромное число личинок окружают мать, а уже через неделю они и сами производят на свет себе подобных. Поэтому к окончанию летнего периода потомство одного насекомого достигает тысячи особей. И еще: репродуктивный потенциал тли в 8 раз выше, чем у раздельнополых насекомых такого же размера, откладывающих яйца. Но дело не только в живорождении и партеногенезе. Обычно женские особи всех животных (и человека в том числе) размножаются, лишь достигнув половой зрелости после оплодотворения мужскими сперматозоидами. А у тлей обнаруживается так называемый телескопический эмбриогенез, или неотения, т.е. превращение половых клеток в личинки еще в самом теле. Вот почему каждая самка тли, если ее встретить летом, содержит в себе своих будущих детей женского пола. Они-то и образуют клон - потомство самки с идентичным генным набором. Впрочем, как свидетельствует Николаева, на разных кормовых растениях клоны как таковые генетически несхожи. Отсюда происходит очень сложная структура популяций тлей и почти неограниченные возможности их приспособления.

Тли - сосущие насекомые, имеющие длинный хоботок. Питаются они соком растений, а не тканями, как грызуны. Ко всему прочему они еще и паразиты (не случайно их именуют растительными вшами), однако им нет смысла уничтожать своего хозяина. Если состояние и качество сока последнего ухудшаются, то у тлей появляются крылатые самки-мигранты, покидающие его и переселяющиеся на другие. Конечно, сами они не летают на дальние расстояния, а переносятся на сотни километров порывами ветра. Бескрылые же особи ползком перемещаются на расстояния до 18 м.

Благодаря малым размерам и пассивным миграциям крылатые тли беспрепятственно преодолевают любые границы и континентальные барьеры. Да и люди непреднамеренно перевозят их по всему свету на разных видах транспорта, кроме, наверное, космических кораблей и подводных лодок. Однако основные виды попадают в тот или иной регион Земли из-за возделывания одинаковых растений - сельскохозяйственных, плодово-ягодных, декоративных. Например, с саженцами деревьев во многие области Урала завезли до 50 % обитающих там тлей. А в Екатеринбурге, загрязненном всевозможными химическими веществами, тлей больше и по видам, и по количеству, чем в ненарушенных заповедных экосистемах. Что неудивительно: здесь находится огромное число видов растений, образующих сплошные насаждения, и вспышки размножения насекомых тут - явление неизбежное. Не стоит забывать и об обширной садоводческой зоне вокруг города. А глобализация торговли декоративными растениями (срезанными и в горшках) привела к непрекращающемуся проникновению новых видов тлей в Россию вообще и на Урал в частности.

Эти насекомые, констатирует далее Николаева, могут питаться на мхах, папоротниках и высших цветковых. Последние на территории нашей планеты доминируют - с их появлением и бурным видообразованием была тесно связана и эволюция, и последующее повсеместное распространение тлей. Причем они должны точно избрать подходящее кормовое растение, чтобы обеспечить и себя, и свое потомство. С этой целью самки-мигранты используют особые органы обоняния. Кроме того, у них имеются крупные многофасеточные глаза (видящие один объект из нескольких точек): с их помощью и благодаря обостренному обонянию они сканируют растительность с большой высоты, приземляются на выбранные объекты и пробуют хоботком сок. При этом их слюнные железы выделяют секрет, содержащий энзимы, делающие растительный сок более питательным для них самих. В результате листья и побеги растений часто изменяются, скручиваются, покрываются выпуклостями и галлами (наростами), а нахождение внутри них защищает тлей от непогоды и поедания хищниками. Кстати, среди насекомых именно тли - самые активные переносчики фитовирусов: они держат их в своем теле и распространяют при частой смене растений-кормильцев. При внедрении в растение этих вирусов биохимия его сока также трансформируется, причем, что удивительно, в благоприятную для тлей сторону.

Важно и то, что в клетках тела этих насекомых присутствует симбионт - бактерия Бухнера афидикола. Она находит в них защиту, усваивает питательные компоненты из добытого ими растительного сока, а сама, в свою очередь, продуцирует белок и аминокислоты. Кроме того, помогает активному усвоению тлями азотистых соединений и т.д.

Наталья Николаева задается вопросом: примитивны ли тли? Ведь, как известно, критерий прогресса в природе - жизнестойкость вида и число особей. А эти насекомые существуют уже 280 млн. лет, внутри одного вида - разнообразие форм (что компенсирует малое количество видов), морфологические и экологические их особенности позволяют быстро адаптироваться и к изменению естественных факторов, и к антропогенному воздействию. А там, где большинство насекомых погибает из-за промышленных загрязнений, тли не только выживают, но и имеют численное преимущество.

Их много вдоль городских магистралей - там происходит нитрификация почвы, растения впитывают нужные тлям азотистые соединения. В кишечнике у них есть фильтрационная камера - все необходимое сохраняется, а вредное и ненужное (скажем, избыток сахара) выходит через трубочки на брюшке. Этими сладкими выделениями (они носят название падь, или медвяная роса) с удовольствием питаются муравьи, пчелы, осы, шмели. Наконец, вместе с сахарами тли выводят всевозможные вредные вещества, в том числе тяжелые металлы. И тем самым решают насущную для современных мегаполисов проблему - борьбу с индустриальным загрязнением.

С другой стороны, тли - вредители многих культурных растений: табака, свеклы, томатов, хлебных злаков и плодовых деревьев. Из-за них гибнет до 30 % продукции чая в Кении, Индии и Китае. Бороться против них помогают новые системные средства нервнопаралитического действия, никотиноиды - актара, калипсо, конфидор, которые, между прочим, не накапливаются в овощах и фруктах.

Словом, небольшие размеры, быстрое насыщение, партеногенез и способность к живорождению дает тлям явное преимущество в покорении планеты по сравнению со многими высшими насекомыми.

Николаева Н., Понизовкина Е., Мария Сапрыкина