Ученые выяснили, как западный кукурузный жук стал устойчив к севообороту
Новое исследование отвечает на вопрос, который озадачивал ученых более 15 лет: как западный кукурузный жук – насекомое, которое процветает на кукурузе, но погибает на сое – выживает в полях с чередованием этих культур? Ответ, по мнению исследователей, связан с выработкой ферментов в кишечнике жука.
Результаты описаны в статье в журнале Ecology and Evolution.
История проблемы
- Севооборот потерял популярность в середине XX века с распространением инсектицидов и удобрений в США.
- В 1950-х и 60-х годах, когда некоторые инсектициды перестали работать, фермеры снова стали использовать севооборот для уничтожения жуков, питающихся кукурузой. Метод был эффективен десятилетиями.
- К 1995 году некоторые фермеры начали замечать повреждения от жука даже на полях с севооборотом. Сегодня устойчивые к севообороту жуки широко распространены на Среднем Западе США.
Ключ к устойчивости
По словам профессора Манфредо Зойферхельда, интенсивное давление отбора в условиях севооборота в Восточно-Центральном Иллинойсе стало ключом к появлению устойчивости.
- В округе Шампейн (Иллинойс), где много устойчивых жуков, 84% площадей занято кукурузой или соей.
- В Миссури, где встречаются только дикие (неустойчивые) жуки, почти 50% площадей – не кукуруза и не соя.
Новый подход: фокус на кишечнике
Предыдущие исследования концентрировались на поведенческих изменениях, заставляющих жуков откладывать яйца в соевых полях. Новое исследование сфокусировалось на кишечнике жука, после наблюдений Хорхе Завалы:
- Устойчивые жуки дольше выживали на сое и наносили больше повреждений ее листьям, чем дикие.
- Были обнаружены различия в уровнях протеиназ (ферментов, расщепляющих белки) у устойчивых и диких жуков.
Результаты исследования
Тесты на жуках из Иллинойса, Айовы, Небраски и Миссури подтвердили:
- Устойчивые жуки съедают больше листвы сои и выживают на ней немного дольше, чем дикие.
- В ответ на защитные белки сои (ингибиторы протеиназ) устойчивые жуки увеличивают выработку специфического фермента Cathepsin-L, которого у них изначально больше.
- Дикие жуки в ответ увеличивают уровень другого фермента – Cathepsin-B, который, по-видимому, неэффективен против защиты растения.
Вывод
Эта разница позволяет устойчивым жукам выживать на сое на 2-3 дня дольше – как раз достаточно, чтобы отложить яйца в соевом поле. Весной, когда на этом же поле высаживают кукурузу, личинки вылупляются и питаются ее корнями.
Как отмечает соавтор Джозеф Спенсер, ранее исследователи упускали из виду взаимодействие жука с растением: «Вы должны включить сою в уравнение. Это не пассивный игрок. Поведение жука изменилось, но что облегчает это изменение – так это сдвиг в экспрессии этих пищеварительных протеиназ. Это позволяет им оставаться на сое дольше».