Защита урожая: как использовать вкусовые предпочтения насекомых против них самих
Ежегодно насекомые-вредители уничтожают до одной пятой мирового урожая. Новый природный подход к пестицидам, который обращает вкусовые и обонятельные предпочтения насекомых против них, может помочь снизить эти потери.
«Ловушки для питания на основе вкуса с использованием натуральных продуктов могут стать экологичной, экономически эффективной и устойчивой альтернативой синтетическим инсектицидам в будущем», — говорит д-р Стефан Пентцольд из Института химической экологии Макса Планка в Йене, Германия.
В рамках финансируемого ЕС проекта ChemoSense он и его команда изучают, какие вкусовые рецепторы использует тополевый листоед (Chrysomela populi) для распознавания своей любимой пищи — листьев тополя — и как это влияет на его пищевое поведение. Ответы могут привести к новым стратегиям борьбы с вредителями в лесном и сельском хозяйстве.
«Несмотря на их важнейшую роль в потреблении пищи, выживании и размножении насекомых, о вкусовых рецепторах известно относительно мало, особенно у жуков», — отмечает он.
Как насекомые выбирают пищу?
Насекомые, как и все животные, имеют предпочтения в еде и могут различать вкусы. Но как они решают, вкусно растение или нет?
«Это довольно сложно и часто зависит от химического состава растения и от того, является ли насекомое полифагом (питается многими видами растений) или олигофагом (питается очень немногими видами)», — поясняет д-р Пентцольд.
Например, хотя листья тополя отпугивают многих полифагов из-за токсичных и горьких веществ, специализированный тополевый листоед находит эти вещества вкусными и поглощает их для самозащиты от хищников.
Насекомые используют покрытые волосками ноги, ротовые органы и антенны, чтобы «попробовать» пищу перед едой. Через эти вкусовые волоски они могут ощущать химический состав предпочитаемых растений.
«Вкусовые вещества из листа могут диффундировать в вкусовые волоски через пору и достигать вкусовых рецепторов внутри насекомого. Если вещество распознано, сигнал передается в мозг, где происходит окончательная проверка, которая говорит мышцам ротового аппарата "ешь меня" или "не ешь меня"», — объясняет д-р Пентцольд.
Однако у некоторых насекомых вкусовые рецепторы находятся в неожиданных местах. «Мы обнаружили, что вкусовые рецепторы тополевого листоеда присутствуют не только во внешних органах, но и во внутренних, таких как кишечник и гемолимфа (аналог крови у насекомых). Интересно, если они действуют как сенсоры питательных веществ, сообщая насекомому "я голоден" или "я сыт"».
Роль запаха: пример пустынного растения
Помимо вкуса, насекомые полагаются на обоняние, чтобы находить пищу, партнеров и избегать хищников или даже определенных растений. Одно из таких растений — лекарственное пустынное растение Achillea fragrantissima (лавандовый хлопок).
«Многим насекомым не нравится это пустынное растение, которое имеет очень сильный запах и природные токсичные вещества, и они выбирают другие растения», — говорит д-р Оснат Малка, главный ученый израильской агротехнологической компании EdenShield.
Компания разрабатывает экологичную альтернативу пестицидам на основе экстрактов этого растения, произрастающего в Иудейской пустыне. Надежда в том, что этот натуральный репеллент поможет фермерам защитить урожай в теплицах, не нанося вреда окружающей среде или здоровью человека.
«Белокрылки и трипсы — самые распространенные вредители в сельском хозяйстве и теплицах. Они очень мелкие, поэтому легко проникают внутрь, и, будучи полифагами, могут питаться разными видами растений», — объясняет д-р Малка.
Продукт под названием GateKeeper (финансируемый по специализированной схеме ЕС для малых высокоинновационных фирм) представляет собой спрей на основе натуральных растительных экстрактов. Его используют у входа в теплицы, чтобы не пускать вредителей внутрь и держать их подальше от культур. Хотя некоторые все же проникают, их количество значительно сокращается.
«Насекомые предпочитают не залетать в эти теплицы, в основном потому, что им не нравится запах, и они выбирают другие варианты. В наших экспериментах, когда у этих насекомых есть выбор, они предпочитают теплицы без этого растительного соединения», — говорит д-р Малка.
Она считает, что такие продукты могут стать новым классом экологических веществ для борьбы с насекомыми-вредителями. «Думаю, нам нужно изменить подход и посмотреть, как природа справляется с этими насекомыми — почему они выбирают одно растение, а не другое — и использовать это в своих интересах».