Из жизни тлей: в клоне только девушки

Три года назад сотрудники лаборатории экологии птиц и наземных беспозвоночных ИЭРиЖ приступили к новой теме — изучению насекомых-филлофагов, обитающих на деревьях и кустарниках городов. В том числе и тлей. Исследованием тлей занялась кандидат биологических наук Н.В. Николаева, точнее, вернулась к нему после 40-летнего перерыва. Еще студенткой она нашла на Урале 68 видов тлей. Вот что рассказала Наталия Владимировна о жизни этих мелких, но очень любопытных насекомых.
 

— Тли на Урале — «белое пятно» энтомологии. Уральская энтомология началась в 60-е годы XVIII века, когда известный естествоиспытатель П. Паллас совершил экспедицию в наш край и собрал коллекцию насекомых. Но за прошедшие с тех пор 240 лет никто из уральских энтомологов не брался за изучение тлей. Между тем тли — обязательный компонент сообществ насекомых, и в их исследованиях есть и практическая потребность, поскольку среди тлей много сельскохозяйственных вредителей.
 

Отсутствие интереса к тлям, возможно, объясняется их малыми размерами (от 0,5 мм до 7 мм), а энтомолог интуитивно собирает ярких насекомых, ведь он всегда коллекционер. Тли же не обладают декоративностью, их привлекательность открывается только при большом увеличении. В общем, афидологов (от англ. афид — тля) немного. Наши представления о тлях, даже обитающих на территории Европы, недостаточны. Другие насекомые легко определяются по диагностическим признакам. У тлей процесс идентификации вида очень сложен, при этом используется до 50 диагностических признаков, а также в сборах должны быть представлены все формы, характерные для популяций этих насекомых. Мы изучаем афидофауну древесных, кустарниковых и травянистых растений в Екатеринбурге, а также в районе биостанции УрГУ в Двуреченске, в Висимском заповеднике, в окрестностях Ревды и Шали, анализируем материалы коллег из других регионов. Уже определено 240 видов тлей Свердловской области, из них 145 в Екатеринбурге. Это в 10 раз больше, чем ранее было известно для всего Урала в целом.
 

Эталон для нашего региона — территория Висимского заповедника, где найдено 118 видов тлей. В нетронутых лесах видовой состав и экологическая структура тлей очень отличаются от других регионов, и сравнительный анализ позволяет судить о степени антропогенного воздействия на их обилие и биоразнообразие.
 

Казалось бы, зачем усложнять себе жизнь работой с такой «трудной» группой насекомых? Однако биологические особенности тлей настолько отличаются от таковых у прочих насекомых, что наши представления о механизмах адаптации биологических видов к трансформации среды и регуляции биоразнообразия без знакомства с тлями были бы неполными.
 

Благодаря энтузиазму моих коллег по институту за три года исследований удалось собрать свыше 25 тысяч особей тлей из разных биотопов и выявить много новых для Урала видов. Ведь даже обнаружить эту мелочь, часто полностью замаскированную под цвет растения, очень непросто. Большой вклад в работу над новой научной темой внесли ведущий специалист России по насекомым-филлофагам Ирина Александровна Богачева, по чьей инициативе и были начаты исследования, Евгений Леонидович Воробейчик, обладающий огромным опытом в изучении реакций насекомых на антропогенные воздействия, а также наши молодые специалисты Галина Замшина, Алексей Нестерков, Александр Ермаков и, конечно, студентка Уральского госуниверситета Ольга Ухова.
 

Тли принадлежат к отряду Равнокрылых, куда входят также подотряды цикадовых, белокрылок, листоблошек и червецов. Отряд Равнокрылых насчитывает 10 тысяч видов, в том числе 4 тысячи на территории бывшего СССР (из них около 1000 видов тлей). Всего в мире известно около 4700 видов тлей (для сравнения: кузнечиков 10 тыс. видов, жуков-долгоносиков 60 тыс.).
 

Биологическая уникальность тлей — результат их длительной эволюции.
 

Предки тлей появились не позднее конца каменноугольного периода — карбона, т.е. 280 миллионов лет назад. Поверхность Земли тогда покрывали гигантские растения, и насекомые тоже были гигантскими: стрекозы с размахом крыльев в метр, а тли размером с яйцо. (Спрессованные остатки древних растений образовали мощные отложения, в том числе каменного угля, где и сохранились отпечатки насекомых.) Потом тли, как и все насекомые, уменьшились в размерах, что позволило им занять самые различные экологические ниши.
 

В меловом периоде у тлей шло бурное видообразование, а к середине четвертичного появились 13 современных семейств, 20 подсемейств. Но самое богатое видовое разнообразие тлей в прошлом было характерно для периодов с прохладным и влажным климатом. И сейчас в тропиках тлей меньше, чем в умеренных широтах, где располагались центры их видообразования.
 

Тли считаются низшими насекомыми с неполным превращением, как тараканы и клопы. Жизненный цикл большинства насекомых включает несколько фаз: яйцо, личинка, куколка, взрослое насекомое. У тлей фаза куколки отсутствует. В отличие от высших насекомых, у тлей очень слабое жилкование крыльев и обе их пары примерно одинакового размера. Однако с тем, что тли примитивны, можно согласиться только отчасти. Примитивность строения тела они компенсировали разнообразием внутривидовых форм (полиморфизмом) и сложными жизненными циклами.
 

Уже в пермском периоде линия эволюции тлей разделилась на три ветви: хермесы, филлоксеры и настоящие тли. Первые две группы откладывают яйца, а настоящие тли (которые составляют более 90% всех видов) способны размножаться живорождением. Около 200 млн лет назад у тлей появился партеногенез — способность размножаться без самцов. В раннем пермском периоде, когда появилась сезонность климата, условия жизни стали жестче. В теплое время года самки обходились без самцов, а осенью партеногенетические самки стали производить и самок, и самцов, которые спаривались и откладывали на зиму яйца, чтобы получались более жизнеспособные особи. Таким образом, как тогда, так и сейчас самцы появляются в популяции только в трудную минуту. У многих современных тлей, обитающих в тропиках, самцы вообще отсутствуют. Есть только самки, круглый год рождающие живых личинок. К слову, во всех оранжереях мира, где целый год тепло, сформировался особый «букет» всеядных видов, которые непрерывно размножаются только партеногенетически, как в тропиках.
 

Благодаря тому, что в популяции тлей появляются только самки и таким образом отсутствуют затраты энергии на производство и поиски самцов, эти насекомые по скорости размножения выигрывают две-три недели по сравнению с разнополыми насекомыми, в популяциях которых постоянно возникают диспропорции, например, не хватает самцов. У тлей огромное количество потомков — множество личинок окружают мать, а уже через неделю они сами способны рождать себе подобных. Так что к концу лета потомство одной тли достигает тысячи особей. Репродуктивный потенциал тлей в 8 раз выше, чем у раздельнополых насекомых такого же размера, откладывающих яйца. Партеногенезом и живорождением не ограничиваются все биологические изыски тлей. Мы привыкли, что женские особи всех животных, включая человека, при рождении содержат только половые клетки и размножаться начинают лишь при достижении половой зрелости, после оплодотворения мужскими сперматозоидами. А вот у тлей наблюдается так называемый телескопический эмбриогенез, или неотения (превращение половых клеток в личинок еще в теле самой личинки). Поэтому каждая встреченная вами летом самка тли содержит в своем теле своих будущих дочек, внучек и правнучек, т.е. похожа на живую матрешку с множеством вкладышей — своих точных копий. Они и образуют клон — потомство самки с одинаковым набором генов. На разных кормовых растениях клоны эти генетически различны. Отсюда очень сложная структура популяций тлей и практически не ограниченные адаптивные возможности. Неудивительно, что ни один из видов тлей не попал в Красные книги разных стран, которые год от года пополняются все новыми видами высших насекомых, не способных выдержать бурные темпы изменения среды обитания.
 

Тли также отличаются высокой скоростью питания. Они — сосущие насекомые, имеют длинный хоботок и в отличие от грызущих насекомых, которые хищнически объедают листья, питаются не тканями, а соком растений. Хоть тли и паразиты (их даже называют растительными вшами), но они не заинтересованы в уничтожении хозяина. Более того, у тлей возникли сложные механизмы, регулирующие сам процесс паразитирования. Как только в результате размножения насекомых состояние растения-хозяина и соответственно качество его сока ухудшаются, в колонии тлей появляются крылатые самки-мигранты, которые покидают угнетенное растение и расселяются на другие. Правда, самостоятельно разлетаться на большие расстояния тли неспособны, но они мигрируют на сотни километров пассивно, с ветровыми потоками. Бескрылые же тли ползком перемещаются за день на расстояние до 18 м (для сравнения: самка комара способна преодолеть 10–16 км в день).
 

Благодаря крошечным размерам и пассивным миграциям крылатые тли способны легко преодолевать все государственные границы и барьеры между континентами. Кроме того, сам человек совершенно ненамеренно развозит тлей по свету на всех мыслимых видах транспорта, кроме, пожалуй, космических кораблей и подводных лодок. Огромное число видов тлей проникает в тот или иной регион Земли благодаря повсеместному возделыванию одних и тех же сельскохозяйственных, плодово-ягодных и декоративных растений. Так, с саженцами деревьев во многие регионы было завезено до 50% обитающих там сегодня видов тлей. И наш город — не исключение. На территории Екатеринбурга, загрязненной практически всеми химическими элементами, тлей больше и по числу видов, и по обилию, чем даже в ненарушенных экосистемах заповедника. А объясняется все очень просто. У нас интродуцировано огромное число видов растений, которые образуют сплошные насаждения, и вспышки размножения насекомых в условиях таких монокультур — абсолютно неизбежное явление. Большой вклад в поддержание высокого биоразнообразия тлей вносит и обширная зона садоводства вокруг города. И, наконец, глобализация торговли декоративными растениями — срезанными и в горшках — привела к регулярному проникновению на территорию России и Урала новых, экзотических видов тлей.
 

Особую роль экологического трамплина для завоевания тлями новой жизненной арены играют сорняки, которые распространились вслед за человеком всесветно и «узнаются» тлями легко в любой географической точке. Недавно в одном научном журнале появилась статья британских авторов с сенсационным заголовком: «Биоразнообразие тлей положительно скоррелировано с численностью населения в Европе». Их выводы совпадают с нашими данными о благотворном влиянии на тлей всех видов человеческой деятельности.
 

Тли способны питаться на самых разных растениях — от мхов и папоротников до высших цветковых растений, которые сейчас абсолютно господствуют на Земле. С их появлением и бурным видообразованием была тесно связана и эволюция тлей, и их последующее географическое распространение.
 

Тля должна очень точно выбрать подходящее кормовое растение, чтобы обеспечить себя и свое многочисленное потомство. Самки-мигранты обладают сложно устроенными органами обоняния. Кроме того, у тлей крупные многофасеточные глаза. С помощью органов обоняния и зрения самки-мигранты сканируют растительность с большой высоты, садятся на выбранное растение и пробуют сок хоботком. При этом слюнные железы насекомых выделяют слюну, содержащую энзимы, которые влияют на сок растения и делают его более питательным для тлей. Под влиянием энзимов листья и побеги растений часто деформируются, скручиваются, покрываются яркими выпуклостями и галлами, внутри которых тли защищены от непогоды и поедания хищниками. Тли — самые эффективные среди насекомых переносчики фитовирусов, которых они сохраняют в своем теле и активно распространяют при частой смене кормовых растений. При введении в растение фитовирусов биохимия его сока также изменяется на благо тлей.
 

У тлей в клетках тела есть симбионт — бактерия Бухнера афидикола. Эти бактерии находят убежище и защиту в теле тли, усваивают питательные вещества из добытого тлей растительного сока, а сами продуцируют белок и незаменимые аминокислоты, необходимые тле. Бухнера афидикола способствует более активному усвоению тлей азотистых соединений и помогает ей преодолевать химическую защиту растений от поедания животными.
 

Возникает вопрос, так ли уж примитивны тли? Критерий прогресса в живой природе — выживаемость вида и количество особей. Тли существуют 280 млн лет. Внутри одного вида имеется большое разнообразие форм, что компенсирует небольшое количество видов. Морфологические и экологические особенности тлей позволяют им быстро адаптироваться как к изменению естественных факторов, так и к антропогенному воздействию. Там, где из-за промышленных загрязнений многие насекомые погибают, тли успешно выживают и достигают огромной численности. Например, в импактной зоне СУМЗа, в выбросах которого содержится масса вредных соединений, численность тлей даже выше, чем на менее загрязненных территориях. Много тлей и вдоль оживленных магистралей. Там происходит нитрификация почвы, и растения аккумулируют азотистые соединения, за которыми охотятся тли. В кишечном тракте тлей есть фильтрационная камера: все нужное отфильтровывается, а ненужное и вредное (например, избыток сахаров) быстро выводится через трубочки на брюшке. Этими сладкими выделениями тлей, называемыми падью, или медвяной росой, охотно питаются многие полезные виды насекомых — муравьи, пчелы, осы, шмели. В Германии падевый мед особенно ценится, хотя для самих пчел питание падью губительно: они болеют и гибнут при зимовке. Вместе с сахарами тли выводят все вредные вещества, например, тяжелые металлы. Таким образом, преодолевая современную напасть — индустриальное загрязнение, тли просто-напросто используют наработанные за миллионы лет эволюции механизмы защиты от вредных химических веществ. Мы называем их преадаптациями.
 

Тли — вредители многих культурных растений: табака, свеклы, томатов, хлебных злаков и плодовых деревьев. До 30% продукции чая в Кении, Индии и Китае гибнет из-за тлей. Они выбирают самые нежные листья и верхушечные побеги, которые идут на изготовление дорогих сортов чая. При этом инсектициды, эффективные против других насекомых, часто не подходят для уничтожения тлей. Многие из этих средств содержат азот, а это тлям только на пользу. Справиться с тлей помогают только новейшие системные инсектициды нервнопаралитического действия, никотиноиды: актара, калипсо, конфидор. После опрыскивания они активно насыщают растительный сок и вызывают гибель тлей, давая растениям отдых от этих паразитов на 5–6 недель. При этом они не накапливаются в овощах и фруктах.
 

Длительный успешный союз тлей с вирусами растений, которые являются признанными агентами природного трансгенеза, на мой взгляд, делает маловероятным выведение искусственных трансгенных сортов растений, устойчивых к тлям. Они сами успешно используют фитовирусы для трансгенной модификации растений вот уже миллионы лет.
 

Малые размеры, высокая скорость питания, партеногенез и способность к живорождению обеспечили тлям преимущества в освоении Земли по сравнению со многими высшими насекомыми. Так что не всегда высокая адаптивность связана с прогрессивными морфологическими и физиологическими признаками, с усложнением строения.
 

Записала Е. ПОНИЗОВКИНА
 

На иллюстрациях:

галл хермесов на ели.

Бобовая, или свекловичная, тля — массовый и очень опасный вредитель многих декоративных и сельскохозяйственных растений в наших уральских насаждениях и во всем мире.