Уничтожение вредителей: соединения нарушают зимнюю спячку насекомых
Создание соединений, нарушающих зимнюю спячку глобального вредителя, указывает на потенциал разработки естественных и целенаправленных методов борьбы с насекомыми, поедающими урожай.
Ученые создали агенты, которые вмешиваются в период защитной диапаузы (состояния покоя) кукурузной листовёртки (Helicoverpa zea) — вида, поражающего более 100 типов растений и ежегодно наносящего ущерб американским фермерам в размере около $2 млрд.
Соединения, состоящие из синтетических молекул, имитирующих структуру гормона этих насекомых, оказывают три различных эффекта на диапаузу — состояние остановки развития, подобное спячке, которое позволяет многим насекомым пережить зиму. Агенты могут: 1) преждевременно вывести насекомых из диапаузы, 2) помешать им войти в диапаузу или 3) заблокировать её завершение.
Любой из этих случаев можно назвать "экологическим самоубийством", — говорит Дэвид Денлингер, старший автор исследования.
"Диапауза — настолько важный аспект жизненного цикла. Если мы можем нарушить её сроки — заставить их войти в диапаузу в неподходящее время или вывести из неё слишком рано, когда нет доступной пищи, — это было бы очень эффективным инструментом и возможной стратегией контроля. И теперь у нас есть инструменты, которые могут делать все три эти вещи для манипуляции диапаузой".
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Период диапаузы у насекомых частично контролируется гормоном диапаузы. У кукурузной листовёртки и других вредителей было показано, что этот гормон прерывает диапаузу, по сути пробуждая насекомых от их куколочного состояния. В некоторых других видах гормон диапаузы, наоборот, инициирует спячку.
Исследователи изучили структуру гормона и обнаружили, что семь ключевых аминокислот выполняют основную работу по завершению диапаузы. Затем они создали химические соединения на основе структуры этой части гормона и протестировали их на личинках и куколках, выращенных в лаборатории.
"Подражая структуре аминокислот, эти соединения обманывают организм, заставляя его реагировать так, как будто гормон активирован", — говорит Цируй Чжан, первый автор статьи.
Ученые сузили список молекул до трёх, которые оказывают наиболее сильное воздействие на трёх разных стадиях жизни вредителя. В одном случае наука превзошла природу: соединение, преждевременно прерывающее диапаузу, примерно в 50 раз эффективнее, чем инъекция натурального гормона диапаузы.
Одно другое соединение было настолько сильным, что убивало личинок ещё до того, как появлялась возможность нарушить их состояние диапаузы.
"Это не так интересно для нас, потому что мы изучаем, как манипулировать диапаузой. Эти агенты не обязательно убивают их сразу, но вмешательство в диапаузу лишает их защиты, которая помогает пережить неблагоприятные условия", — поясняет Денлингер.
Контроль вредителей на стадии личинки (когда они наносят наибольший ущерб) предпочтителен, так как на стадии куколки они находятся под землёй и недоступны. Однако преждевременное завершение диапаузы означает, что куколки погибнут от воздействия среды или голода и не смогут стать взрослыми бабочками, откладывающими яйца.
В экспериментах соединения вводились насекомым инъекционно. Сейчас ведутся работы по доставке агентов перорально, с пищей. Денлингер предполагает использование этих соединений в другой форме для массового контроля — возможно, путём внедрения их в трансгенные растения.
Текущие меры борьбы включают инсектициды и трансгенные растения (в основном хлопок, а не пищевые культуры), содержащие токсин, смертельный для вредителя.
"Моя догадка в том, что именно эти соединения не решат мировые проблемы, но они укажут нам направление, которое может привести к созданию агентов контроля следующего поколения", — заключает Денлингер.