Старые друзья и новые враги: как эволюционная история предсказывает ущерб от насекомых-захватчиков

Около 450 чужеродных видов растительноядных насекомых обитают в лесах Северной Америки. Большинство из них безвредны, но некоторые наносят огромный ущерб новой среде, атакуя деревья и ежегодно причиняя убытков более чем на $70 млрд.

Проблема в том, что учёные часто не знают, какое насекомое станет следующим опасным захватчиком.

Команда под руководством Вашингтонского университета, опираясь в основном на эволюционную историю взаимодействий насекомых и растений, разработала способ понять, как чужеродные насекомые могут вести себя в новой среде. Модель команды, описанная в статье от 17 октября в журнале Ecology and Evolution, может помочь лесникам прогнозировать, какие инвазии насекомых будут проблемными, и решать, куда направлять ресурсы, чтобы избежать массовой гибели деревьев.

"Что делает плохих захватчиков такими особенными? Это был вопрос на миллион долларов, десятилетиями", — сказал Патрик Тобин, доцент Школы экологических и лесных наук UW и один из руководителей проекта. "Это может кардинально изменить то, как мы прогнозируем влияние чужеродных видов и расставляем приоритеты для ограниченных ресурсов, используемых для смягчения этих последствий".

Новая модель может быстро оценить, имеет ли насекомое-новичок, даже до его появления, высокую вероятность уничтожения популяции деревьев Северной Америки. Для использования модели необходима лишь информация о способе питания насекомого (древесина, сок или листва) и о том, на каких деревьях оно питается в естественном ареале. Модель определит, находятся ли какие-либо североамериканские деревья под угрозой гибели от него.

Исследовательская группа сосредоточилась на чужеродных насекомых, использующих североамериканские хвойные деревья — сосну, кедр, пихту, ель. Они выявили почти 60 таких насекомых-специалистов по хвойным, затем создали исчерпывающую базу данных с информацией о каждом из них, включая черты жизненного цикла и характеристики атакуемых деревьев. Шесть насекомых оказались "высокоопасными", то есть они убили большие площади изначально здоровых местных деревьев.

Например, пихтовая шерстистая тля — бескрылое сосущее сок насекомое из Европы, поражающее и убивающее пихты, — оставила более 100 000 акров мёртвых деревьев на северо-западе Тихого океана. Другой вид, красная сосновая щитовка из Азии, опустошила леса Новой Англии, высасывая соки из тонкой внутренней коры деревьев.

Так что же заставляет избранных чужеродных насекомых становиться самыми разрушительными захватчиками?

"В прошлом исследования фокусировались на аспектах, связанных с самими насекомыми, но мы поняли, что дело вовсе не в этом", — сказала ведущий автор Анджела Мех, выполнившая эту работу в качестве постдокторанта в UW.

То, приживётся ли чужеродное насекомое и станет разрушительным, больше связано с эволюционной историей между новым (североамериканским) деревом-хозяином и родным деревом-хозяином насекомого из его домашнего региона, объяснила Мех. Молекулярные инструменты, позволяющие учёным строить всеобъемлющие филогении (или карты) эволюции видов деревьев, стали ключом к прорыву команды.

Например, если сосна в Азии и другая в Северной Америке разошлись десятки миллионов лет назад, североамериканская сосна, вероятно, не сохранила бы защиту от насекомого, которое живёт только с азиатской сосной. И наоборот, две сосны на обоих континентах, имеющие более общую эволюционную историю и разошедшиеся недавно, могут по-прежнему иметь схожие защитные механизмы.

Новая модель помогает выявить эволюционный "идеальный шторм" для хвойных, когда инвазивное насекомое всё ещё распознаёт новое дерево как источник пищи, но дерево не сохранило адекватной защиты, чтобы сдержать захватчика.

"То, что мы сделали всего за два года, могло бы занять у одного человека всю карьеру, но наличие 15 человек с идеями и опытом для обмена — вот что действительно привело к тому, чего мы смогли достичь", — сказала Мех, которая продолжит эту работу в качестве доцента в Университете Мэна.

Исследователи создают аналогичную базу данных и модель для чужеродных насекомых, использующих лиственные деревья, такие как клён, дуб и ясень. Базы данных как для хвойных, так и для лиственных деревьев будут общедоступны для использования другими учёными.

Они также сотрудничают с Davey Tree Expert Company для разработки мобильного приложения, которое лесник мог бы использовать для определения потенциальных угроз со стороны насекомых, если вид дерева высаживается в определённом месте.