Управление генетикой саранчи для борьбы с её нашествиями
В 1921 году русский энтомолог Борис Уваров обнаружил, что один вид саранчи может менять внешний вид и поведение в зависимости от плотности популяции. При низкой плотности насекомые были невзрачного цвета и избегали друг друга. При высокой плотности они становились ярко окрашенными и образовывали стаи.
Это явление известно как фазовая полифения саранчи:
- Одиночная фаза (solitarious): низкая плотность, особи избегают контакта.
- Стадная фаза (gregarious): высокая плотность, особи привлекаются друг к другу и формируют рои.
Способность менять фазу обратима в течение жизни особи. Наиболее разрушительным видом является пустынная саранча (род Schistocerca), встречающаяся в Африке и на Ближнем Востоке.
Цель исследования Ходжуна Сона из Университета Центральной Флориды — понять, почему некоторые виды кузнечиков становятся саранчой, и выявить молекулярные механизмы этого превращения. Род Schistocerca включает около 50 видов, но лишь немногие из них известны как стадные саранчовые.
Экспериментальный подход:
В лаборатории созданы два сценария плотности для нескольких видов кузнечиков из Флориды, Техаса и Калифорнии:
- Изоляция: особи не могут видеть, касаться или чувствовать запах друг друга.
- Высокая плотность: 500–1000 особей в одной клетке, где они постоянно контактируют.
Предварительные результаты:
Два нестадных вида из Флориды в лабораторных условиях проявили признаки фазового перехода: меняли цвет, а в условиях скученности начинали привлекаться друг к другу и даже маршировать вместе. Это указывает на то, что потенциальная способность к роению может быть шире распространена, но в природной среде не реализуется.
Практическая значимость:
Стадная саранча — один из самых серьёзных сельскохозяйственных вредителей в мире. Понимание биологических основ этого поведения может привести к созданию новых, экологически безопасных методов борьбы, например, путём манипуляции генами на стадии развития насекомого, что позволит избежать использования химических пестицидов.
Исследование финансируется Национальным научным фондом (NSF) по программе CAREER в размере $787 000 на пять лет. Образовательный компонент гранта включает использование саранчи как модели для преподавания биологии студентам и школьникам, а также проведение практического курса по научным методам для студентов-биологов.