Текст уведомления здесь
Непарный шелкопряд перед атакойФото предоставлено В.Мартемьяновым

«Важно изучить механизмы защиты от вируса, которые используют сами растения»

«Чердак» побеседовал с Вячеславом Мартемьяновым о создании вирусного препарата, способного регулировать плотность популяции непарного шелкопряда

Почти тысячу гектаров реликтовой лиственницы острова Ольхон на Байкале летом 2018 г. уничтожил лесной вредитель непарный шелкопряд (Lymantria dispar). Специалисты говорят, что еще в прошлом году популяция этого насекомого была в три раза меньше. На будущий год ситуация может стать критической, ведь один непарный шелкопряд откладывает до 500 яиц. Лиственница далеко не единственная пища непарного шелкопряда. В его рационе более 500 видов деревьев, растущих на территории Азии, Европы, Японии, Северной Америки и Северной Африки. Это насекомое считается одним из самых известных лесных вредителей во всем мире, его аппетиты наносят ощутимый экономический ущерб многим странам. Старший научный сотрудник лаборатории экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАН Вячеслав Мартемьянов рассказал, как можно победить шелкопряда.
Добавить в закладки
Комментарии

[Ch.]: Традиционный способ борьбы с непарным шелкопрядом – увидел, пришел/прилетел/приехал и обработал. Что не так с этой схемой?

[ВМ]: К сожалению, если увидеть съеденные сотни тысяч гектаров леса можно всегда, то добраться до этих очагов порой нет возможности. Например, в Республике Алтай вспышки численности непарного шелкопряда происходят постоянно, но даже при наличии современных инсектицидов бороться с этой проблемой специалисты зачастую не могут: территории труднодоступны как для наземного транспорта и самолетов, так и для пеших «прогулок». Вот и остается просто смотреть, как погибает лес.

ВАЖНО: В период вспышки численности непарного шелкопряда плотность насекомых на одно дерево достигает 10 000 гусениц, а по России повреждается порядка 1 млн гектаров леса в год. Человек тоже страдает от действий насекомого: взрослые бабочки непарного шелкопряда могут вызвать аллергическую реакцию. Сильным аллергеном являются чешуйки на брюшке насекомого, которые самки счесывают, чтобы укрыть яйцекладку.

В нашем институте создан и успешно опробован ряд биопрепаратов против гусениц непарного шелкопряда, шелкопряда-монашенки, личинок рыжего соснового пилильщика и др. на основе бакуловирусов, однако они, как и многие биоинсектициды, не лишены недостатков и нуждаются в усовершенствовании и модификации технологии применения.  

Вячеслав Мартемьянов (крайний слева) – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАНФото предоставлено Вячеславом Мартемьяновым

Задача текущего вирусологического проекта лаборатории экологической паразитологии ИСиЭЖ СО РАН, поддержанного Российским научным фондом, – создать вирусный препарат (препарат на основе вируса, поражающего насекомое в природе), обработка которым не приведет к массовому и мгновенному уничтожению непарного шелкопряда, но позволит вирусу закрепиться в популяции вредителя и инфицировать будущее потомство, тем самым регулируя количество особей.

ВАЖНО: В проект вовлечены генетики, биологи, молекулярные биологи с разных континентов: Токийский университет сельского хозяйства, Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений (Санкт-Петербург), Институт водных и экологических проблем ДВО РАН (Хабаровск), Институт цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск), Лесная служба США, а в ближайшее время подключится Лесная служба Канады.

Горный Алтай. Слева массив леса, объеденный непарным шелкопрядом (хорошо видно по цвету)Фото предоставлено Вячеславом Мартемьяновым

[Ch.]: Какой вирус станет основой для будущего препарата против непарного шелкопряда и как он будет действовать? Что за суперспособность позволит ему регулировать популяцию вредителя?

[ВМ]: Мы работаем с естественным энтомопатогеном (заболеванием, которому подвержено насекомое) непарного шелкопряда – вирусом ядерного полиэдроза. В мире существуют препараты на основе этого вируса, но в них используется только одна его жизненная стратегия – открытая. Она приводит к быстрой гибели большей части популяции непарного шелкопряда, т.е. вирус убивает жертву «в открытую». Такие препараты подходят для массовой обработки – распыляются на тысячи гектаров леса и в течение непродолжительного времени уничтожают насекомое.

Нас же интересует второй тип жизненной стратегии вируса (не самый популярный среди исследователей) – скрытый. В этом случае в оптимальных условиях вирус не приводит к гибели хозяина, однако, никак не проявляясь, сохраняется в организме хозяина и передается его потомству. В острую же форму переходит только при воздействии на хозяина стресс-факторов, например голодания, или воздействия погодных факторов. Мы считаем, что эта стратегия будет более эффективна, т.к. позволит распространить вирус в популяции за счет естественной миграции насекомых, т.е. “насытить” популяцию скрытым вирусом и сделать ее более уязвимой для действия факторов среды. При этом не будет необходимости массового распыления – достаточно микроочагового внесения препарата.

Вирус ядерного полиэдроза. Электронно-просвечивающая фотография. На срезе видны белковые включения (большие полиэдрические образования) и вирионы вируса (более мелкие палочковидные образования), которые заключаются внутрь белка при созревании вирусаФото предоставлено Вячеславом Мартемьяновым
ВАЖНО: Основной способ миграции непарного шелкопряда – попутный ветер. Мохнатые и легкие гусеницы с высокой парусностью выпускают шелковую нить, которую подхватывает ветер – так они могут перемещаться, по нашим последним данным, на десятки километров. В зависимости от территории этот способ передвижения может модифицироваться. Например, на Горном Алтае гусеницы собираются в так называемые одеяльца и мигрируют группой по 1000 насекомых. По-настоящему летают самки только азиатской популяции непарного шелкопряда. Именно их во всем мире боятся больше всего. США и Канада, например, тратят огромные средства на портовые карантинные службы, которые больше похожи на высокотехнологичные научно-исследовательские лаборатории. Каждый грузовой танкер тщательно проверяется на предмет яйцекладок, имаго и бабочек непарного шелкопряда, и если такие следы найдены, то проводят дезинфицирующие мероприятия, а могут и вовсе развернуть корабль обратно. Но, как свидетельствуют недавние косвенные генетические доказательства, данный «замок» закрыт не идеально и, вероятно, незаконные эмигранты в США и Канаде есть не только среди людей. Этот факт вызывает большую обеспокоенность служб леса этих государств.

Яйцекладка самки непарного шелкопрядаФото предоставлено Вячеславом Мартемьяновым

У нас уже собрана коллекция штаммов вируса ядерного полиэдроза и популяции непарного шелкопряда с различных территорий – от Японии до Европы, а также – коллекция штаммов вируса, полученных при совместной работе с Американской лесной службой Департамента сельского хозяйства США. Так как открытая и скрытая формы инфекции определяются диаметрально противоположной эволюцией способов нападения вируса на насекомое – в случае открытой инфекции эволюция идет по пути усиления вирулентных свойств (уровня болезнетворности вируса), скрытая форма, наоборот, предполагает их снижение, – то для разработки желаемого препарата нам нужно выявить и изучить экологические и молекулярные механизмы функционирования этих жизненных стратегий энтомопатогенного вируса.

Чтобы в лабораторных условиях определить летальную для насекомого дозу вируса, штаммы вируса наносят на листья березы, высушивают и затем штампуют на «порции». Накормить ими нужно тысячи гусениц, определив летальные дозы для каждого исследуемого вариантаФото предоставлено Вячеславом Мартемьяновым

Наши ближайшие задачи – проверить, какие генотипы штамма американского вируса (высоко- или низковирулентные) будут лучше цепляться за насекомых и как хорошо будет наследоваться вирус в потомстве. Следующий этап проведут наши японские коллеги – с помощью RNA-seq-технологий (транскриптомное секвенирование) они протестируют высоко- и низковирулентные генотипы на клеточных линиях, полученных от непарного шелкопряда. 

Кроме того, в свете недавно опубликованной канадскими учеными статьи сформировалась дополнительная задача разработать метод «генетического слежения» за популяциями шелкопряда с использованием одиночных нуклеотидных замен в ядерных генах. В рамках этого сотрудничества мы планируем разработать и широко опробовать высокоинформативный метод для слежения за эволюционными событиями в популяциях непарного шелкопряда на протяжении всего ареала.

Сбор насекомых совместно с японскими коллегамиФото предоставлено Вячеславом Мартемьяновым

[Ch.]: Мы говорим о борьбе человека с вредителями за ресурс – лес, а сами деревья как-то борются с насекомыми за свою жизнь?

[ВМ]: Деревья отлично распознают насекомых – например, реакция на сосущих и грызущих вредителей у них совершенно разная: растения быстро включают те защитные функции, которые в данном случае наиболее эффективно сработают. Человек может использовать в своих целях знание законов, на которых строятся эти отношения. В недавнем исследовании, которое мы проводили с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) и Институтом органической химии СО РАН (Новосибирск), мы показали, как меняется восприимчивость непарного шелкопряда к вирусным и бактериальным препаратам в зависимости от условий весны, а именно – условий питания только что вылупившихся гусениц.

Зараженный вирусом ядерного полиэдроза непарный шелкопряд. Покровы насекомого представляют собой органическое вещество – хитин, который расщепляется под действием хитиназы вируса, в результате чего хитин легко повреждаются и вирус выходит наружуФото предоставлено Вячеславом Мартемьяновым

Дело в том, что начало питания гусениц непарного шелкопряда приурочено к распусканию листьев кормового растения – березы. Однако в Сибири часто наблюдаются весенние похолодания, которые приводят к фенологическому разрыву (рассинхронизации) в развитии насекомых и растения. Это происходит из-за различий в их минимальном температурном пороге развития: в период весеннего похолодания листья березы худо-бедно распускаются, а вот гусеницы непарного шелкопряда пребывают в оцепенении, и после наступления теплой погоды начинают питание с задержкой, т.е. более зрелыми листьями. Качественный состав зрелых листьев отличается от молодых – например, в них меньше белка и, как показали недавние исследования, больше токсических тритерпеноидов (сложные производные изопрена).

Сначала мы показали, что при таких фенологических изменениях существенно снижается жизнеспособность насекомых, а позже что чувствительность гусениц непарного шелкопряда к инфицированию узкоспециализированным бакуловирусом увеличивается, когда насекомые «отставали» от развития кормового растения. В тоже время чувствительность гусениц к более широкоспециализированным бактериям, наоборот, снижалась при питании более зрелыми листьями (вот публикация по этому поводу). Результатом работы стали рекомендации по выбору соответствующих биопрепаратов при обработке насекомых в зависимости от погодных условий весны: если весна холодная, то лучше обрабатывать вредителя вирусными препаратами, а если «дружная» – бактериальными. Т.е. без лишних затрат таким нехитрым способом можно увеличивать эффективность обработок.          

Этот пример еще раз доказывает, что, изучив жизненные стратегии вируса ядерного полиэдроза непарного шелкопряда и механизмы защиты, которые используют сами растения, человек может адаптировать эти знания для создания не только более эффективных, но и более деликатных препаратов для борьбы с вредителями.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Аксолотль и победа над бесконечностью

Седьмая история о фантастических тварях и о том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Над загадкой чемпиона по регенерации среди позвоночных биологи бьются уже больше полутора столетий. Аксолотли искромсаны вдоль и поперек, но все так же отрешенно глядят на нас из аквариумов и исправно отращивают себе новые ноги, руки и даже глаза. А чем можем похвастаться мы?
Добавить в закладки
Комментарии

Даже если вы никогда не видели аксолотля, вы опознаете его без труда. Это длинное и мясистое туловище с пушистыми жабрами и флегматичными глазами навыкате.  Скорее всего, вы встретите его в какой-нибудь лаборатории, в плену у физиологов или эмбриологов.

Возможно, вам выпадет возможность попробовать его жареным, если окажетесь в Японии, — это потому, что аксолотли даже слишком хорошо размножаются в лабораторных условиях.

И, кажется, вероятность повстречать аксолотля на обеденной тарелке уже выше, чем в живой природе, — его естественный ареал обитания ограничен мексиканским озером Сочимилько, в южной части Мехико, и, по словам ученых, становится все меньше и меньше.

[ ... ]
Читать полностью
Черенковское излучение вокруг ядерного реактораAaron Frank

Быстрее света

За что советские ученые получили Нобелевскую премию по физике в 1958 году

28 октября 1958 года советским ученым была впервые присуждена Нобелевская премия по физике — за открытие и истолкование эффекта Черенкова. «Чердак» коротко рассказывает о том, кто были эти ученые и что это за эффект.
Добавить в закладки
Комментарии

В 1933 году Павел Черенков и Сергей Вавилов (первый был аспирантом у второго) в лаборатории Физико-математического института обнаружили ранее неизвестное явление. Чистая вода без всяких примесей начинала светиться под действием радиации. Как показали дальнейшие наблюдения, дело было в очень быстро движущихся заряженных частицах.

Излучение Вавилова — Черенкова возникает, когда частица движется быстрее скорости света в плотной среде. Слова «быстрее скорости света» тут не ошибка: принципиально нельзя превысить лишь скорость света в вакууме, а вот во всех материалах свет движется медленнее, чем в вакууме, и это уже вовсе не фундаментальное ограничение. Частица, разогнанная в вакууме, вполне может влететь в воду со скоростью, например, 299 791 километр в секунду, в то время как для воды предел составляет около 225 тысяч километров в секунду. А для оптического стекла это значение еще меньше: некоторые сорта замедляют свет до 140 тысяч км/с, то есть свет распространяется в них вдвое медленнее! [ ... ]

Читать полностью

Попробуй спеть мертвую песню

Как и зачем лингвисты восстанавливают звучание клинописных стихов

Из шумер в греки: кто научил Гомера сочинять стихи? Ученые из Института языкознания вместе с коллегами из Института русского языка, МГУ и Вышки пробуют восстановить звучание стихотворной речи на шумерском, аккадском и хеттском, читая клинописные тексты второго тысячелетия до нашей эры.
Добавить в закладки
Комментарии

«Встала из мрака младая с перстами пурпурными Эос…» — так или как-то похоже начинал в гомеровские времена какой-нибудь сказитель свое повествование о войнах и странствованиях. Что заставляло его переходить на поэтический язык? Почему нельзя было проще — что-то вроде «Рано утром молодая Эос с пурпурными перстами встала из мрака»? Почти любой древний эпос в основном представляет собой стихи, и не случайно. Стихотворная форма: ритм, рифма, поэтические формулы — была необходима при устной передаче длинных текстов. Зачем? Да просто потому, что иначе человеку — сказителю — трудно запомнить большие объемы текста. Попробуйте выучить наизусть «Войну и мир» и согласитесь, что «Евгения Онегина» учить значительно проще.

Кроме этого, древний эпос еще и часто складывался из отдельных частей-сюжетов, которые в более раннюю эпоху могли существовать как отдельные истории с теми же или иными героями. Такие истории как будто склеивали в единый длинный рассказ. Это тоже вызвано условиями, продиктованными необходимостью устной передачи: из относительно независимых сюжетов складываются строительные блоки длинного повествования, которые передаются из поколения в поколение и запоминаются благодаря ритмизованным структурам и формулам. Склеить разнородные блоки можно с помощью одинаковых зачинов, одинаковых героев, одинакового ритма речи, строения сюжета. Так и устроены древние сказания, которые читали нараспев или, может быть, даже пели «древние старцы», один из которых нам известен под именем Гомера.

При этом гомеровский эпос, да и в целом древнегреческая поэзия, устроены довольно сложно. Очевидно, что этой традиции предшествовала большая предыдущая культурная традиция, идущая из обширного, единого в культурном отношении региона — древнего Ближнего Востока и Малой Азии II тыс. до нашей эры, времени позднего бронзового века, времени великих царств древности, времени, предшествовавшего «темным векам» начала I тыс. до н.э., когда рушились эти самые великие царства и начиналась куда более знакомая нам цивилизация, описанная в Библии и древнегреческой литературе.

Итак, чтобы быть услышанным и усвоенным последующими поколениями, эпос дописьменной эпохи должен быть поэтическим — изложенным так, чтобы при произнесении вслух возникал некий ритм, и построенным из «строительных блоков» отдельных сюжетов. Именно такими, вероятно, были сказания, сложенные в Месопотамии и зафиксированные в первых письменностях мира, на шумерском и аккадском языках, в третьем и втором тысячелетиях до нашей эры. Например, эпос о Гильгамеше собрали из шумерских сказаний аккадцы где-то в XVIII веке до нашей эры. Достоверно известно, что в те времена уже была музыка, под которую пели песни; в шумерском языке есть слова, обозначавшие песни; найдены клинописные таблички, записи которых, вероятно, позволяют реконструировать звучание шумерской и аккадской музыки; в археологических раскопках, в частности в раскопках города Ур, обнаружены лиры, а энтузиасты даже пытаются делать их копии и играть музыку, которая звучала четыре с половиной тысячи лет назад — до строительства египетских пирамид и Стоунхеджа. Безусловно, традиция напевного повествования под лиру была известна по всему Ближнему Востоку еще 5 тысяч лет назад. [ ... ]

Читать полностью