Когда азиатский тигровый комар (Aedes albopictus) прибыл в Соединенные Штаты в 1980-х годах, инвазивному кровососу потребовался всего один год, чтобы распространиться из Хьюстона в Сент-Луис. Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе показывает, что комары на северной границе своего нынешнего ареала успешно используют яйца, похожие на капсулы времени, чтобы выжить в более холодных условиях, чем на их родной территории.
Северные комары приспособились к более холодным зимам по сравнению с их южными собратьями. Это новое свидетельство быстрой местной адаптации может иметь значение для усилий по контролю за распространением этого инвазивного вида, который считается «компетентным переносчиком» многочисленных патогенов, имеющих отношение к человеку, включая вирусы Зика, чикунгунья и денге. Работа опубликована в выпуске Journal of Applied Ecology от 21 августа.
«Все это произошло в течение 30 лет», - сказал биолог Ким Медли, директор Исследовательского центра Тайсона и первый автор нового исследования. «Этот переносчик болезни быстро эволюционировал, чтобы адаптироваться к Соединенным Штатам. Тот факт, что это произошло на ограниченном ареале, может свидетельствовать о том, что этот вид может продолжать продвигаться дальше на север».
Комары реагируют на укорочение дня, сигнализирующее о наступлении зимы, откладывая диапаузирующие яйца - буквально яйца с задержкой развития. Эти особые яйца содержат оплодотворенный эмбрион, который находится в состоянии почти спячки и имеет очень медленный метаболизм. Результат почти как комариная капсула времени.
Способность производить яйца, которые могут подождать, пока вылупятся, не является чем-то новым. Этот метод помогает комарам пережить зимние холода, но он работает и в засушливых условиях. Все комары откладывают яйца в стоячей воде или рядом с ней, и личинки должны вылупиться в стоячей воде. Но они могут пережить высыхание между ними.
Тем не менее, диапаузирующие яйца отличаются от обычных яиц. Предыдущие исследования показали, что северные комары откладывают больше диапаузирующих яиц, чем их южные собратья. Чего исследователи не знали, так это того, как эти яйца на самом деле ведут себя в условиях, к которым они подготовлены.
Для этого нового полевого эксперимента Медли и ее команда, включая Кэти М. Уэстби, научного сотрудника Исследовательского центра Тайсона, собрали яйца и личинки живых комаров в городах недалеко от центра среды обитания, в которую они вторглись (Хантсвилл)., Алабама; Мейкон, Джорджия; Бофорт, С. C.), а также приблизительно на северной окраине их ареала обитания в США (Пеория, Иллинойс; Колумбус, Огайо, и Гаррисберг, Пенсильвания). Исследователи выводили и выращивали этих комаров и их последующие поколения партиями в лаборатории.
Тогда пришло время остыть. Исследователи подвергали комаров воздействию укороченных световых периодов, чтобы сигнализировать о наступлении зимы. Они собрали яйца диапаузы, которые произвели комары, а затем отправили партии яиц, чтобы пережить настоящие зимы в четырех разных местах: в полевых участках на северной окраине и в центре их нынешнего ареала; в лаборатории с контролируемым климатом, которая представляла «оптимальные» зимние условия на родной территории комаров в Японии; и на крайнем севере штата Висконсин, явно за пределами текущего установленного ареала комаров.
После того, как прошла настоящая зима, исследователи вернули яйца в лабораторию и вылупили их.
«Мы пересчитали все яйца, чтобы увидеть, сколько из них пережили зиму во всех этих местах», - сказал Медли. «Мы узнали, что диапаузирующие яйца северных комаров пережили северные зимы значительно лучше, чем яйца южных комаров.
"Зимой на юге все хорошо себя чувствовали", - сказала она. «Они выступили примерно одинаково». То же самое было и с теми, кто находился в камере с оптимальными условиями. Что касается Висконсина? Ну…
"Никто не пережил ту зиму в Висконсине", сказал Медли.
Хотя условия Висконсина слишком суровы для этих комаров - по крайней мере, на данный момент - Медли особенно интересуют изменения, которые она наблюдает на самом краю того, что можно выжить.
«Эти северные комары производят гораздо больше яиц диапаузы», - сказал Медли. «Теперь мы знаем, что зимой эти яйца лучше себя чувствуют».
То, что узнали Медли и ее команда, важно не только для этого вида, но и для экологов, изучающих, как животные адаптируются к новым условиям и раздвигают границы своего исторического ареала.
«Исходя из теории, мы ожидаем, что популяции в пределах ареала будут небольшими, фрагментированными и с низким генетическим разнообразием», - сказала она.«Считается, что у этих популяций не будет демографической и генетической устойчивости для адаптации, поэтому они остаются в этом состоянии дезадаптации.
"Это может быть не так с этим видом", сказал Медли.