Новый, более точный способ дифференциации сибирского шелкопряда – опасного вредителя лесов – и его сородича, соснового шелкопряда, а также обнаружения их гибридов, был разработан учеными. Метод использует традиционный для энтомологии подход: изучение строения гениталий самцов. Предложенный исследователями диагностический индекс поможет службам, занимающимся мониторингом, более эффективно контролировать распространение вредителей и минимизировать риски для хвойных насаждений. О результатах работы сообщается в журнале Life.
Сибирский шелкопряд Dendrolimus sibiricus — один из наиболее опасных вредителей хвойных лесов Северной Азии. Периоды его массового размножения могут затрагивать обширные территории тайги, достигающие нескольких тысяч гектаров, что приводит к значительному экологическому и экономическому ущербу. Этот вид включен в перечень карантинных вредителей в России, некоторых странах Центральной Азии и Европы. В пределах России область распространения сибирского шелкопряда совпадает с ареалом его близкого родственника — соснового шелкопряда Dendrolimus pini, который считается не таким опасным, как его собрат. Внешне эти виды практически неразличимы, что затрудняет мониторинг и контроль, особенно в зонах совместного обитания насекомых, где возможно появление гибридов этих насекомых. Оказалось, что эти виды могут успешно скрещиваться.
Сотрудники Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук в соавторстве с другими исследователями разработали способ дифференциации сибирского и соснового шелкопрядов, а также их гибридов. Для определения видовой принадлежности использовались генитальные аппараты самцов.
Анализ строения половых органов является традиционным способом классификации видов насекомых. Этот метод опирается на характерные особенности генитального аппарата, которые позволяют безошибочно определить насекомых, даже если их внешний вид очень похож. В соответствии с этим подходом, исследователи изучили строение генитальных аппаратов самцов сибирского и соснового шелкопрядов, а также их гибридов. Для работы была использована ценная коллекция экземпляров, собранных в течение 130 лет на территории Европы и Азии и хранящаяся в Зоологическом институте РАН и Всероссийском центре карантина растений.
Специалисты проводили измерения ключевых элементов генитального аппарата бабочек, включая длину клешневидных придатков – вальвы и костального отростка, а также размеры копулятивного органа (эдеагуса) и длину корнутусов (иголочек, расположенных внутри эдеагуса). У сибирского шелкопряда все генитальные структуры, за исключением корнутусов, имели больший размер по сравнению с сосновым. Гибриды, возникшие в результате скрещивания самок соснового шелкопряда и самцов сибирского, продемонстрировали характеристики, занимающие промежуточное положение. Наиболее ценными для определения вида оказались длина вальвы и костального отростка. Эти параметры легко измеряются и позволяют надёжно дифференцировать сибирского шелкопряда от соснового. Исследователи разработали простой диагностический индекс, основанный на соотношении длин различных структур: длины костального отростка к длине вальвы. Он обеспечивает высокую точность в различении не только двух видов, но и их гибридов.
«У большинства бабочек генитальные признаки самцов служат диагностическими маркерами, позволяющими определить вид. Тем не менее, при изучении тесно связанных видов и, особенно, гибридов, визуального описания признаков оказывается недостаточно. Количественные измерения и расчет индексов обеспечивают более объективный и воспроизводимый результат. Разработанный нами индекс особенно полезен для оперативной и точной идентификации видов, а также для различения родительских форм и их гибридов. Для его вычисления применяются замеры длины костального отростка и вальвы – структур, которые легко измеряются и не повреждаются как после спаривания, так и при подготовке генитальных препаратов в лабораторных условиях. Применение этого индекса поможет уточнить современное распространение сибирского шелкопряда и оперативно обнаружить его появление в районах, где он ранее не встречался» , — поясняет Мария Рязанова, аспирантка и старший лаборант Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, ведущая диссертационное исследование по этой теме .
Наличие четких морфометрических критериев важно для работы служб мониторинга, карантинных и лесозащитных подразделений. Эта необходимость возрастает в связи с возможностью распространения сибирского шелкопряда в европейской части России, где он может столкнуться с сосновым шелкопрядом.
«В связи с угрозой распространения сибирского шелкопряда на территории европейской части России, его соседством с сосновым шелкопрядом и подтвержденной в лабораторных исследованиях способностью к скрещиванию, создание эффективных и удобных диагностических средств критически важно для соблюдения карантинных мер, организации мониторинга и обеспечения защиты лесов. Из-за того, что самцы соснового шелкопряда реагируют на синтетический феромон, имитирующий половые выделения самок сибирского шелкопряда, использование стандартных феромонных ловушек в районах, где эти виды обитают вместе, может приводить к неточным результатам. Гибридизация также может усугубить сложившуюся ситуацию. Метрики строения гениталий у самцов и вычисленные на их основе коэффициенты существенно повышают точность видовой идентификации», — заключила руководитель проекта Наталья Кириченко, ведущий научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, доктор биологических наук.
В работе над исследованием были задействованы эксперты из Всероссийского научно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства, Зоологического института РАН, Всероссийского центра карантина растений, Федерального центра оценки безопасности и качества продукции агропромышленного комплекса, а также из Европейско-средиземноморской организации по защите растений (Франция).
Исследование поддержано Российским научным фондом (№22-16-00075-П).
Материалы и фотографии предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»