Размер имеет значение: как ученые выявляют опасных вредителей леса

Сибирский шелкопряд Dendrolimus sibiricus — один из самых опасных вредителей хвойных лесов Северной Азии. Его вспышки массового размножения охватывают тысячи гектаров тайги, что наносит серьезный экологический и экономический ущерб. Вид является карантинным в России, ряде стран Центральной Азии и Европе. В России ареал сибирского шелкопряда пересекается с ареалом близкого вида — 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.

Сибирский шелкопряд. Источник: КНЦ СО РАН

Ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами нашли надежный способ отличить сибирского шелкопряда от соснового шелкопряда, а также изучить их гибриды. Инструментом отличия таксонов послужили генитальные аппараты самцов.

Сравнение строения генитальных аппаратов — это классический метод разделения видов насекомых. Он основан на уникальных признаках полового аппарата, позволяющих точно идентифицировать насекомых, даже если внешне они практически неотличимы. Руководствуясь этим, специалисты изучили строение генитальных аппаратов самцов сибирского и соснового шелкопрядов и их гибридов. Материалом для исследования послужила уникальная коллекция образцов, собранных за 130 лет на территории Европы и Азии, которая хранится в Зоологическом институте РАН и Всероссийском центре карантина растений.

Ученые измеряли ключевые структуры генитального аппарата бабочек: длину клешневидных придатков (вальвы и костального отростка), а также размеры копулятивного органа (эдеагуса) и длину корнутусов (иголочек, упакованных в эдеагусе). У сибирского шелкопряда все генитальные структуры оказались крупнее, чем у соснового, кроме корнутусов. Гибриды, полученные от скрещивания самок соснового и самцов сибирского шелкопрядов, заняли промежуточное положение. Длина двух основных придатков, вальвы и костального отростка, оказались наиболее информативными для видовой диагностики. Эти признаки легко измеряются и надежно отличают сибирского шелкопряда от соснового. Исследователи предложили простой диагностический индекс: отношение длины одной структуры к длине другой: длины костального отростка к длине вальвы. Он позволяет с высокой точностью различать не только два вида, но и их гибридов.

Источник: КНЦ СО РАН

«У подавляющего большинства чешуекрылых, или бабочек, генитальные структуры самцов несут диагностические признаки, по которым можно различить виды. Однако при работе с близкородственными видами и особенно гибридами простого визуального описания признаков недостаточно. Количественные измерения и расчет индексов дают объективный и воспроизводимый результат. Предложенный нами индекс особенно удобен для быстрой и точной идентификации видов и разграничения родительских видов и их гибридов. Для расчета этого индекса используются замеры длины костального отростка и вальвы — структур, которые легко измеряются и не повреждаются ни после спаривания особей, ни при подготовке генитальных препаратов в лаборатории. Использование данного индекса позволит уточнить текущий ареал сибирского шелкопряда и своевременно выявить его проникновение в регионы, где ранее этот вид отсутствовал», — поясняет Мария Рязанова, аспирантка и старший лаборант Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, которая успешно выполняет диссертационное исследование по данной теме.

Один из авторов статьи Мария Рязанова. Источник: КНЦ СО РАН

 Разработка точных морфометрических критериев имеет прямое практическое значение для программ мониторинга, карантинных и лесозащитных служб. Это особенно актуально в связи с потенциалом сибирского шелкопряда распространиться в европейской части России, где он может иметь больше шансов на взаимодействие с сосновым шелкопрядом.

«Учитывая риски распространения сибирского шелкопряда в регионах европейской части страны, соседство с сосновым шелкопрядом и продемонстрированную в лабораторных условиях способность этих видов к скрещиванию, разработка надежных и простых в использовании диагностических инструментов имеет важное значение для карантина, программ мониторинга и лесозащиты. Поскольку самцы соснового шелкопряда способны откликаться на синтетический половой феромон самок сибирского шелкопряда, стандартные феромонные ловушки в зонах совместного обитания могут давать неоднозначные данные. Ситуацию способна еще больше осложнить гибридизация. Морфометрические показатели гениталий самцов и рассчитанные индексы существенно повышают точность видовой идентификации», — заключила руководитель проекта Наталья Кириченко, ведущий научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, доктор биологических наук.

Руководитель проекта Наталья Кириченко. Источник: КНЦ СО РАН

В исследовании также принимали участие специалисты 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, Европейско-средиземноморской организации по защите растений (Франция).

Исследование поддержано Российским научным фондом (№22-16-00075-П).