«Троянский конь» энтомологов
«Троянский конь» энтомологов
Эта история произошла в конце 40-х годов нашего столетия в одной из латиноамериканских стран. В цветущей долине, которая, словно оазис, лежала посреди безводных и истощенных земель, большую часть посевных площадей отвели под хлопок.
Прежние сорта и снимаемые урожаи уже не удовлетворяли земледельцев, и они решили обновить посевы. Для защиты растений от вредителей применили ядохимикаты, в первую очередь ДДТ. И действительно, буквально за несколько лет урожай увеличился чуть ли не вполовину. Как тут было не порадоваться земледельцам! Сам собой напрашивался вывод: чем больше и чаще использовать инсектициды (химические препараты для борьбы с насекомыми-вредителями сельского хозяйства), тем лучше будет урожай хлопка. С каждым годом возрастало число сезонных обработок, с каждым сезоном к ним приступали все раньше.
Так, продолжалось года два-три, а потом разразилась катастрофа — урожайность хлопчатника упала.
Несмотря на замену хлорорганических ядохимикатов фосфорорганическими, на повышение дозировки инсектицидов и сокращение промежутков между их применением, насекомые-вредители наносили огромный ущерб посевам. «Процветали», выработавшие устойчивость к ядам, совки и хлопковый долгоносик.
Немало неожиданностей, как оказалось, таила и сама природа агробиоценозов. Земледельцам все же удалось отбить атаку главных сил неприятеля. Казалось, можно было торжествовать победу. И вдруг на поля обрушились новые, еще более прожорливые «нахлебники», «показали зубы» вторичные вредители — листовертка, моль, мучнистый червец, вред которых для хозяйства в прошлом был практически несущественным. Да и как им было не попасть на посевы, ведь люди сами открыли «шлюзы», по которым эта вражеская рать устремилась на урожай. С отравленных полей улетели птицы, был нанесен сокрушительный урон полезной энтомофауне долины. Ей пришлось хуже, чем насекомым-вредителям. Представители полезных шестиногих не только сами страдали от ядохимикатов, но и погибали от того, что ели отравленных вредителей. Итог был однозначен: вредных насекомых становилось все больше, полезных — меньше. Оказалось, что именно полезная энтомофауна и была той невидимой преградой, которая не позволяла разгуляться полчищам совок и хлопковых долгоносиков, сдерживала численность вторичных вредителей посевов.
Природе неизвестно, как люди для своего удобства разграничивают ее владения, поэтому сохранять полезное — общая забота. Об этом лауреат Нобелевской премии, выдающийся советский ученый, академик Н. Н. Семенов говорил:
«Явления природы, как правило, комплексны. Они ничего не знают о том, как мы поделили наши знания на науки. Если мы будем смотреть на явления только с точки зрения, например, химиков и попытаемся судить о них, то мы попадем в положение человека, который смотрит на предмет с одной стороны и на основании этого делает заключение обо всем предмете. Иначе говоря, окажемся в положении глупца. Только всестороннее рассмотрение явлений... позволит распознать их сущность и применить к практике».
Все это, конечно, не означает, что на химические препараты надо наложить запрет, их будут выпускать, и химики плодотворно работают над созданием новых инсектицидов. Без них пока не обойтись. Нередко в посевах и насаждениях вредители при благоприятных для них погодных условиях размножаются в огромном количестве, и только пестициды (ядохимикаты для борьбы с сорняками и вредителями сельского хозяйства) способны «остановить» их. Конечно, не только погода способствует «демографическому взрыву». Его провоцирует и нарушение природного биоценоза в результате хозяйственной деятельности человека.
Природа воздвигает на пути экспериментатора, образно говоря, настоящее укрепление со рвами и окопами, мощными бастионами, толстыми стенами. Взять приступом такую крепость нелегко. Поэтому штурмующие применяют сотни приемов и уловок, начиная с попытки выманить неприятеля из-за укреплений, чтобы дать ему честный бой в открытом поле, и кончая засылкой в его стан какого-либо «сюрприза» вроде «троянского коня».
Именно таким действием представляется применение для защиты растений половых аттрактантов. Эти синтетические аналоги феромонов — своеобразный «троянский конь».
Примеров очень высокой видовой специфичности аттрактантов немало. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте защиты растений проводились работы с различными вредителями, в том числе с восточной плодожоркой. В ловушки помещали самок только одного вида. В экспериментальной зоне в значительном количестве развивались и другие разновидности плодожорок, в том числе довольно близкие родственники тех, с которыми работали ученые. Однако, как показали трехгодичные наблюдения, в ловушки, в которых в качестве приманки содержались самки восточной плодожорки, не залетал ни один самец другого вида.
Подобным образом не вызывал никакой ответной реакции аттрактант восточной плодожорки на самцов яблонной.
Зато уж чутье к привлекающим половым веществам своего вида не могут изменить ни время, ни расстояние. Это хорошо иллюстрирует наблюдение над непарным шелкопрядом. В 50-х годах нашего столетия в Марокко из самок этого вида был экстрагирован половой аттрактант и доставлен из Африки на другой континент — в Америку. Самцы непарного шелкопряда, чьи предки были завезены в США в XIX веке (сколько поколений шелкопряда сменилось за, столетие!), дружно откликнулись на зов самок из Марокко. Следовательно, у этого вида за длительный период развития в совершенно ином географическом районе не произошло каких-либо существенных изменений в природе аттрактанта.
Существует новый раздел биологии — фенетика. Она исследует наследственно обусловленные признаки особи-фены, характерные для разных популяций животных и растений. С их помощью можно изучить состав и динамику самих популяций.
В качестве примера феногеографической картины приведем интересные данные об одном из переселенцев в Северную Америку — кукурузном мотыльке. При попытке борьбы с этим вредителем с помощью феромонов оказалось, что в популяции существуют два «феромонных фенотипа». Часть насекомых была подвержена действию одного изомера сильнейшего феромона 11-тетрадецинилацетата, остальные совершенно на него не реагировали, но откликались на другой изомер препарата. По этому признаку было изучено 28 европейских и 14 американских популяций. У сообществ из американских штатов Нью-Йорк и Пенсильвания оказались точно такие же феромонные характеристики (по существу физиологические фены), как у популяций из Болоньи (Италия) и Вагенингена (Нидерланды). Оказывается, в 1909...1914 гг. как раз из этих европейских городов доставляли в Северную Америку большие партии зерна, с которыми и мог попасть туда кукурузный мотылек, стойко сохранивший за прошедшие 70 лет свой фенофонд.
В настоящее время изучен состав феромонов более 200 видов насекомых-вредителей. Ученым удалось выделить пахучие молекулы некоторых шестиногих в чистом виде, установить их строение и разработать методы синтеза.
Работа, проведенная исследователями, была сложна и трудоемка. Перефразируя известные строки В. В. Маяковского, можно сказать, что за годы труда — миллиграммы добычи. Но зато это поистине «золотые миллиграммы», позволяющие защитить от вредителей растения, а следовательно, приумножить урожай.
По данным Всесоюзного института защиты растений (ВИЗР), в нашей стране уже синтезированы феромоны. яблонной, сливовой, восточной, гороховой плодожорки, непарного шелкопряда, гроздевой листовертки, капустной совки и Щелкунов. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте биологических методов защиты растений прошли полевые испытания приманки, изготовленные на основе половых аттрактантов смородиновой листовертки, капустной совки, кукурузного мотылька и других вредителей садовых культур.
Использование аттрактантов позволяет контролировать и даже регулировать численность популяции насекомых-вредителей, не затрагивая и не разрушая при этом других биосферных связей.
Сотрудники ВИЗР, исследуя восточную плодожорку, рекомендовали применять ловушки с девственными самками для регистрации сроков развития поколений вредителей. Этот метод оправдывает себя по нескольким причинам. Во-первых, самцы, вылетая несколько раньше самок, демаскируют их готовность к лёту, что позволяет химической службе своевременно подготовиться к проведению истребительных мероприятий и осуществить их в оптимальные сроки. Во-вторых, зная о видовой специфичности аттрактанта, наблюдатели не тратят времени и сил на точное определение видовой принадлежности вылавливаемой бабочки, на «зов» самки прилетает только восточная плодожорка. Этот метод позволяет принять меры к уничтожению первичных очагов распространения вредителей и сократить площадь обработок инсектицидами.
Биологическая активность и видовая специфичность того или иного синтетического феромона зависят от чистоты химического вещества, в частности от наличия геометрических изомеров и минорных компонентов, которые или повышают их, или, наоборот, оказывают ингибирующее (тормозящее, подавляющее активность) действие. Кроме того, в полевых условиях причиной потери активности может быть фотоизомеризация «искусственной самки» (изменения структуры молекул под действием света). Так, под влиянием света и кислорода воздуха половой феромон египетской совки окисляется и изомеризуется. Период полураспада синтетического полового феромона другого вредителя — яблонной плодожорки под действием ультрафиолетовых лучей составляет около 4 ч. Однако исследования показали, что изомеризация — не главная причина снижения биологической активности «искусственной самки», хотя она и может быть причиной потери видовой специфичности и аттрактивности феромона в полевых условиях. На стабильность пахучих молекул также оказывает влияние препаративная форма используемого аттрактанта.
Интересные наблюдения сделали ученые при отлове летом грозного вредителя виноградников — гроздевой листовертки. Самцы насекомых вылетали на 2...3 дня раньше самок и уже на второй день реагировали на половой аттрактант. Любопытно, что над виноградом сорта Ркацители в ловушку попало 97 особей, а над лозами Алого терского — 141. По-видимому, сортовые различия оказывают влияние и на привлекательность «искусственной самки».
При проведении полевых опытов ученые заметили, что пшеница, которая росла в непосредственной близости от ловушек с половым феромоном, становилась привлекательной для самцов бабочек листовертки. Растения, находившиеся в непосредственной близости от источника феромонов в течение 30...180 мин, привлекали затем бабочек в течение 100 мин, а в одном случае около 180 мин.
Во многих странах создана специальная сеть наблюдения за популяциями совок при помощи феромонных ловушек. Так, в Восточной Африке проводится надзор за миграцией совки Spodoptera exempa, а в странах Северной и Западной Африки, Индии, Греции, на Кипре за египетской хлопковой совкой.
Японские ученые для прогноза потерь урожая богатого крахмалом растения таро разработали модель, которая включает такие параметры, как число пойманных самцов, число яйцекладок и их размеры, эмбриональный период, доля жизнеспособных яиц, время развития насекомых от яйца до гусеницы четвертого возраста и их выживаемость. На основании этих расчетов экономическим порогом вредоносности вредителя считается 190 пойманных самцов в одну феромонную ловушку в июле и 160 — в августе.
У нас в стране ученые при помощи синтетических половых аттрактантов разработали методику определения сроков химических обработок против хлопковой совки. Исследователи установили, что первые обработки против гусениц следует проводить через 4...6 дней после отлова 4...5 самцов на одну ловушку в первой генерации насекомых и через 3 дня после попадания в ловушку 5...6 самцов второй генерации.
Путем моделирования с применением ЭВМ была доказана возможность использования «самцового вакуума» для борьбы с египетской хлопковой совкой. Расчеты показали, что для снижения вредоносности этого насекомого на 90% необходимо выловить не менее 80% самцов популяции в течение всего сезона с начала лёта бабочек. Неплохие результаты были получены защитниками растений в полевых опытах на острове Крит. На площади 500 га при 3 или 5 ловушках на 1 га удалось на 50 и 70% уменьшить численность вредителя соответственно.
Если «самцовый вакуум» может служить неплохим методом борьбы с вредителями при низкой численности насекомых, то для индустриальной технологии возделывания сельскохозяйственных растений более перспективен метод дезориентации самцов, который можно применять, непосредственно насыщая атмосферу половым феромоном или его ингибиторами. Наиболее детально этот метод испытывался на пяти видах совок.
Широко распространен в США, а также встречается и в СССР многоядный вредитель — серая металловидна, или совка ни.
При проведении опытов самок этого вида помещали в центр круга диаметром 27 м, а вокруг них в шахматном порядке располагали 100 стоек с синтетическим феромоном луплюром. В концентрации 17 мг это вещество в некоторых случаях дезориентировало выпущенных самцов на 80...100%.
Опытным путем обнаружено, что ингибиторы спаривания кукурузной и табачной совок снижали отлов самцов в ловушки с девственными самками на 96,7%, а аттрактанты — на 85,5%. На полях люцерны на острове Крит энтомологи испытывали ингибитор полового феромона египетской хлопковой совки. При использовании препарата из расчета 100 г на гектар в течение трех недель лёт самцов в ловушки с половым феромоном уменьшился более чем на 80%. Совместное использование в ловушках аттрактанта и ингибитора давало эффект дезориентации на протяжении 60 дней. Для технологии применения таких химических веществ основная трудность состоит в сохранении активности препарата на протяжении длительного времени.
В полевых опытах, проведенных в Малави (государство в Восточной Африке) на хлопчатнике, применение ингибиторов спаривания против совки Diparopsis castanea уменьшило яйцекладку вредителя на 75% при концентрации 38,7 г/га, а при малообъемных опрыскиваниях снизило число спариваний насекомых в среднем на 60%. Некоторые неудачи в опытах связаны с быстрым испарением ингибитора из микрокапсул (до 100% за шесть дней) и его разложением на свету. Экономические расчеты показали, что метод дезориентации был бы оправдан при применении 6,2 г/га ингибитора в каждой из 13 обработок в течение 2 лет.
В нашей стране ученые стремятся применить этот метод против хлопковой, озимой и капустной совок. Борьба с капустной совкой особенно затруднена, поскольку ее гусеницы ведут скрытый образ жизни, и, чтобы уничтожить их, нужно точно знать время, когда насекомые питаются на листьях и не вбуравливаются в кочаны.
Совсем недавно для такого прогноза использовали корытца с бродящей мелассой или определяли количество яиц. Вместо этого трудоемкого метода ученые Украинского научно-исследовательского института защиты растений предложили использовать ловушки с половыми феромонами, которые синтезировали химики Тартуского университета. Максимальные уловы насекомых в различных климатических зонах наблюдались в конце июня — начале июля, а также в середине августа.
Не везде в борьбе с вредителями пока удается достигнуть одинакового успеха. Перспективным направлением в области защиты растений оказалось, например, использование половых феромонов для надзора за распространением популяций. Оно помогает определять степень зараженности площадей насекомыми-вредителями, устанавливать оптимальные сроки для проведения мероприятий, направленных на уничтожение шестиногих, а также обнаруживать новые карантинные виды.