Насекомых можно обучить для защиты урожая

Одна из главных современных задач человечества — обеспечить продовольственную безопасность. Рост населения (к 2050 году ожидается около 10 млрд человек) требует резкого увеличения производства пищи на единицу площади, так как расширение посевных земель ограничено, особенно в условиях изменения климата.

Один из путей — сократить потери урожая от вредителей, включая насекомых. Например, в основных зерновых культурах, таких как рис и кукуруза, потери от насекомых достигают 15%.

Химические инсектициды остаются основным методом борьбы, но их будущее под вопросом из-за рисков для здоровья человека, экономической нагрузки на фермеров и развития резистентности у вредителей. Их использование также наносит вред окружающей среде, загрязняя её и воздействуя на полезные организмы (пчёл, птиц, рыб). Спрос на продукты без остатков пестицидов растёт, а законодательное регулирование инсектицидов ужесточается. Поэтому нужны экологичные альтернативы.

Борьба с вредными насекомыми с помощью полезных

Биологический контроль — использование естественных врагов вредителей — признан устойчивым и экологичным подходом. Эти естественные враги (хищники, патогены и паразитоиды) часто высокоспециализированы и атакуют только определённые виды вредителей, минимизируя побочные эффекты для экосистемы.

Паразитоиды (в основном наездники и мухи, откладывающие яйца в других насекомых) — наиболее эффективны, так как их численность растёт быстрее, чем у хищников. Они составляют почти 14% всех описанных видов насекомых. Многие виды массово разводятся для выпуска в сады и теплицы, но их эффективность нужно повышать, увеличивая не только численность, но и успешность поиска пищи и хозяев.

Сладкий аромат нектара

Паразитоиды при поиске пищи ориентируются на зрительные и обонятельные сигналы. Они способны обучаться, связывая определённые запахи или цвета с наградой (пищей или хозяином), что ускоряет поиск.

Они питаются богатой углеводами пищей, например, цветочным нектаром. В нектаре обитают микроорганизмы, такие как дрожжи, которые меняют его состав (сахара, аминокислоты) и производят особые ароматы. Эти ароматы очень привлекательны для паразитоидов.

Чтобы повысить эффективность паразитоидов в полевых условиях, необходимо понять, как микробные сигналы от дрожжей нектара влияют на их обучение и предпочтения. Этому было посвящено недавнее исследование.

Эксперимент по обучению паразитоидов

Целью было выяснить, могут ли частые посещения цветов научить паразитоидов запоминать запах богатого энергией нектара, ферментированного дрожжами. Исследовалась способность к обучению и память у паразитоида тлей (наносящих огромный ущерб урожаям) при воздействии летучих смесей из искусственно синтезированных нектаров, ферментированных различными дрожжами нектара.

Результаты показали:

• Наивные (неопытные) паразитоиды имели врождённое предпочтение к нектару, заселённому определёнными дрожжами.
• После тренировки (трёхкратное двухминутное кормление с фильтровальной бумаги, пропитанной дрожжевым нектаром) паразитоиды демонстрировали сильное влечение к этим и другим дрожжевым нектарам в течение следующих 24 часов.

Это доказывает, что обученные паразитоиды способны находить нектар в поле гораздо быстрее.

Практическое применение

Полученные данные открывают возможности для повышения эффективности паразитоидов в программах биоконтроля против тлей. Высокая способность к обучению позволяет массово тренировать паразитоидов перед выпуском в поле, формируя у них специфический ответ на дрожжевые сахарные растворы.

Такие растворы можно предлагать на кормовых станциях в поле, где естественных источников пищи мало. Это поможет поддерживать и удерживать популяции паразитоидов, повышая их эффективность поиска пищи и хозяев и, в конечном итоге, улучшая подавление популяций тлей.