На Гавайях паразиты и вирусы объединяются в борьбе с плодовыми мухами — последствия для глобальной борьбы с вредителями

Прогуляйтесь по одному из пляжей острова Гавайи в конце лета, и вы, скорее всего, наткнетесь на миндалевидные фрукты, лежащие на песке. Известные как ложные орехи камани или тропический миндаль, они падают с высоких тенистых деревьев катаппы Терминалия, которые обрамляют многочисленные живописные виды на океан на острове.

Но что может быть неясно для обычного любителя пляжного отдыха, так это то, что в мякоти этих скромных фруктов происходит борьба за выживание. Тропический миндаль — одно из многих активных полей битвы в войне между глобальным сельскохозяйственным вредителем, осой-паразитом и полезным вирусом.

Как энтомолог, изучающий вирусы насекомых, я хочу разобраться в сложных взаимодействиях, которые развивались у насекомых с микробами. Полученные результаты могут помочь исследователям решить глобальные проблемы продовольственной безопасности.

Глобальная проблема с вредителями

В центре этого конфликта находятся инвазивные плодовые мухи семейства Tephritidae, многие из которых распространились по всему миру и наносят ущерб сотням коммерческих фруктов и овощей.

Начиная с конца 1800-х годов, на Гавайях вторглись несколько видов тефритидных плодовых мух. Они нанесли серьезный экономический ущерб производству фруктов на островах. Ученые и производители фруктов предприняли огромные усилия по борьбе с этими мухами с момента их первого появления, но они остаются серьезной экономической проблемой.

Одним из надежных методов борьбы является выпуск в дикую природу крошечных насекомых, называемых паразитоидными осами, которые могут выслеживать неполовозрелых плодовых мух и нацеливаться на их уничтожение. Термин «паразитоид» описывает организм, который развивается как паразит и в конечном итоге убивает своего хозяина.

Паразитоидные осы используют удлиненное жало, известное как яйцеклад, чтобы просверлить плоды, в которых развиваются мухи, и пронзить тело мухи, чтобы отложить внутри яйцо. Яйца осы вылупляются внутри хозяина мухи и постепенно пожирают всю муху изнутри.

Использование человеком ос-паразитоидов или других естественных врагов для борьбы с популяциями вредителей известно как биологический контроль или биоконтроль. На Гавайях это было настолько успешно, что несколько видов ос-паразитоидов обосновались на островах в дикой природе. Они и по сей день помогают постоянно подавлять множество вредителей плодовой мухи.

Выпуск чужеродных насекомых для биоконтроля может иметь непредвиденные негативные последствия для местных экосистем. Поэтому федеральные агентства, такие как Министерство сельского хозяйства США, имеют строгие правила для новых и существующих программ биоконтроля.

Враг моего врага – мой друг

Итак, как же осы достигают впечатляющих успехов в сокращении популяций вредителей плодовых мух? Попав внутрь мухи-хозяина, оса должна столкнуться с иммунной системой мухи, которая попытается задушить яйцо до того, как оно вылупится.

Эта негостеприимная среда вынудила ос выработать арсенал микроскопических веществ, также известных как молекулярные факторы, для борьбы с защитой от мух. К ним относится коктейль из различных молекул, введенный матерью-осой во время откладки яиц.

Целью этих факторов является манипулирование физиологическими процессами плодовой мухи, такими как ее развитие от яйца до взрослой особи и ее иммунный ответ на вторжение паразитов. Взаимодействуя с молекулярными компонентами, такими как белки, которые составляют физиологические пути насекомых, паразитоидные факторы осы могут задерживать развитие насекомых-хозяев и подавлять иммунитет хозяина, позволяя потомству ос питаться тканями мух без вреда.

Это история происхождения маловероятного партнерства, которое многие виды паразитоидных ос образовали с полезными вирусами. Частицы вируса размножаются в огромных количествах в репродуктивных органах самок ос во время их развития. Затем матери-осы используют свой яйцеклад как иглу для подкожных инъекций, чтобы вводить частицы вируса в насекомых-хозяев во время откладки яиц.

Частицы вируса превращаются в биологическое оружие, которое заражает клетки осы-хозяина. Эта инфекция нарушает такие процессы, как иммунный ответ мухи. Развивающиеся осы получают выгоду от активности вируса и возвращают ему пользу, передавая вирус будущим поколениям ос.

Не все герои носят плащи

Diachasmimorpha longicaudata — маленькая ярко-оранжевая оса с характерно длинным яйцекладом. Дословный перевод longicaudata на латыни означает «длиннохвостый». Но пусть вас не обманывает его харизматичный внешний вид.

D. longicaudata свирепа в своей способности питаться несколькими видами вредителей плодовых мух, такими как средиземноморская плодовая мушка Ceratitis capitata и восточная плодовая мушка Bactrocera dorsalis. Из-за способности D. longicaudata атаковать широкий спектр вредителей плодовых мух, специалисты по борьбе с вредителями во всем мире выпустили ос в сельскохозяйственные экосистемы, где они надежно создают новые популяции и обеспечивают устойчивую борьбу с вредителями.

Как и многие паразитоиды, D. longicaudata заключила союз с вирусом, известным как энтомопоксвирус Diachasmimorpha longicaudata, или DlEPV.

DlEPV размножается в ядовитой железе самок ос, которая хранит миллиарды вирусных частиц. Вирусные частицы упакованы там настолько плотно, что из-за них ядовитая железа часто кажется переливающейся синей.

Частицы DlEPV очень смертельны при введении мухам в лаборатории. Вирус замораживает развитие мухи и активно размножается до ее окончательной гибели.

Напротив, союз между осой и вирусом настолько силен, что лечение ос D. longicaudata от их резидентной инфекции DlEPV приводит к гибели потомства осы внутри мух-хозяев.

Новый потенциальный путь вперед

Мы с коллегами опубликовали исследование, показывающее, что DlEPV может играть решающую роль, помогая D. longicaudata приготовить еду из множества различных вредителей плодовых мух. Мы обнаружили связь между выживаемостью D. longicaudata и летальностью DlEPV у разных видов-хозяев плодовых мух.

Когда мы заразили мух C. capitata и B. dorsalis DlEPV, вирус успешно размножился и убил большие группы мух-хозяев. Однако DlEPV не смог реплицироваться у дынной мухи Zeugodacus cucurbitae, вида мух, который осы D. longicaudata не могут использовать в качестве хозяев.

Эти результаты проливают новый свет на влияние вирусов на соперничество между хозяином и паразитом. Присутствие этих вирусов может повлиять на то, насколько полезны осы-паразитоиды в избавлении от вредителей плодовых мух. В случае с D. longicaudata связанный с ней вирус может нести ответственность за десятилетия надежной помощи, которую эта оса оказывала программам биоконтроля плодовой мухи по всему миру.

Эта работа также выявила новый потенциальный инструмент в войне с вредителями плодовой мухи. DlEPV теперь известен как смертельный враг нескольких самых разрушительных видов вредителей в мире. Если исследователи смогут точно определить, как DlEPV эксплуатирует мух-хозяев на молекулярном уровне, однажды они смогут включить те же стратегии, которые использует этот вирус, в новые методы борьбы с вредителями плодовой мухи.

Эта статья переиздана из журнала The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.