Около 450 неместных, питающихся растениями видов насекомых живут в лесах Северной Америки. Большинство этих тварей безобидны, но некоторые из них сеют хаос в своей новой среде, нападая на деревья и каждый год нанося ущерб более чем на 70 миллиардов долларов..
Проблема в том, что ученые часто не знают, какое насекомое станет следующим опасным захватчиком.
Команда под руководством Вашингтонского университета, опираясь в основном на эволюционную историю взаимодействия насекомых и растений, разработала способ понять, как неместные насекомые могут вести себя в новой среде. Модель команды, описанная в статье, опубликованной 17 октября в журнале «Экология и эволюция», может помочь лесникам предсказать, какие нашествия насекомых будут проблематичными, а менеджерам - решить, куда направить ресурсы, чтобы избежать массовой гибели деревьев.
«Что делает плохих захватчиков такими особенными? Это был вопрос на миллион долларов на протяжении десятилетий», - сказал Патрик Тобин, доцент Школы экологических и лесных наук Университета Вашингтона и один из руководителей проекта. «Это может коренным образом изменить то, как мы прогнозируем воздействие неместных видов и расставляем приоритеты ограниченных ресурсов, используемых для смягчения этого воздействия».
Новая модель может быстро оценить, имеет ли высокая вероятность того, что новое насекомое, еще до того, как оно попадет сюда, убьет популяцию североамериканских деревьев. Для использования модели все, что нужно, - это информация о способе питания насекомого (например, деревом, соком или листьями) и деревьями, которыми оно питается в своем естественном ареале. Затем модель определит, подвержены ли какие-либо деревья в Северной Америке риску гибели от него.
Исследовательская группа сосредоточилась на чужеродных насекомых, которые используют североамериканские хвойные деревья, производящие шишки, такие как сосна, кедр, пихта и ель. Они идентифицировали около 60 таких насекомых, специализирующихся на хвойных деревьях, а затем создали исчерпывающую базу данных информации о каждом из них, включая черты жизненного цикла и характеристики деревьев, на которые они нападают. Шесть насекомых оказались «сильно опасными», что означает, что они убили большие участки здоровых местных деревьев.
Например, бальзам шерстистый адельгид - бескрылое насекомое из Европы, высасывающее сок, которое заражает и убивает ели - оставило более 100 000 акров мертвых деревьев на северо-западе Тихого океана. Другая, красная сосновая чешуя из Азии, уничтожила леса Новой Англии, высасывая тонкую внутреннюю кору деревьев.
Так что же заставляет избранных неместных насекомых становиться самыми разрушительными захватчиками?
«В прошлом исследования были сосредоточены на аспектах самих насекомых, но мы поняли, что это совсем не так», - сказала ведущий автор Анджела Мех, которая завершила эту работу в качестве постдокторского исследователя в Университете Вашингтона..
То, захватывает ли неместное насекомое и становится разрушительным, больше связано с эволюционной историей между новым (североамериканским) деревом-хозяином и родным деревом-хозяином насекомого из его родного региона, объяснил Мич. Молекулярные инструменты, которые позволяют ученым строить комплексные филогении (или карты) эволюции видов деревьев, стали ключом к прорыву команды.
Например, если бы сосна в Азии и другая в Северной Америке разошлись десятки миллионов лет назад, североамериканская сосна, скорее всего, не сохранила бы защиты от насекомого, которое живет только с сосной в Азии. В качестве альтернативы, две сосны на обоих континентах, которые имеют большую эволюционную историю и разошлись совсем недавно, могут по-прежнему иметь схожую защиту.
Новая модель помогает определить эволюционный «идеальный шторм» для хвойных деревьев, когда инвазивное насекомое все еще признает новое дерево источником пищи, но дерево не сохранило адекватной защиты, чтобы держать захватчика под контролем.
«То, что мы сделали всего за два года, - это то, на что мог бы ответить один человек за всю его карьеру, но иметь 15 человек с идеями и обменом опытом - это то, что действительно привело к тому, чего мы смогли достичь», - сказал Mech, который продолжит эту работу в качестве доцента в Университете штата Мэн.
Исследователи создают аналогичную базу данных и модель для неместных насекомых, которые используют лиственные деревья, такие как клен, дуб и ясень. Базы данных хвойных и лиственных пород будут общедоступны для использования другими учеными.
Они также сотрудничают с Davey Tree Expert Company для разработки мобильного приложения, которое лесник мог бы использовать для определения потенциальных угроз насекомых, если определенный вид дерева посажен в определенном месте.