Феромоны насекомых
Феромоны насекомых
Для начала хотелось бы познакомить с общей классификации веществ, которые обеспечивают внутривидовую и межвидовую коммуникации.
По характеру ответных реакций химические стимулы делятся на аттрактанты, репелленты (реакция движения от источника запаха), детеренты (тормозящие реакцию насекомых).
И так, что же такое феромоны? Это химические вещества, выделяемые в окружающую среду одними организмами, которые вызывают у воспринимающих их других организмов данного вида специфические реакции. Это своего рода язык насекомых, с помощью которого они общаются друг с другом. Известно много различных феромонов: половые, феромоны тревоги, агрегации, следовые, агрессии и т.
Широкого практического развития получило применение половых феромонов - веществ, которые выделяют особи для привлечения особей противоположного пола. Подавляющее большинство известных феромонов - это химические вещества, которые выделяют самки для привлечения самцов. Среди половых феромонов выделяют: аттрактанты – моно - или поликомпонентные смеси, обеспечивают встречу статей;
афродизиаки - вещества, которые приводят партнера в состояние готовности к спариванию.
С появлением синтетических аналогов половых феромонов начался активный поиск их применения на практике.
Для регулирования численности насекомых были выбраны три основных направления.
Первый - это привлечение самцов и уничтожения их и таким образом уменьшение количества оплодотворенных самок. Этот метод получил название «самцевый вакуум, или элиминация». Испытывались различные вариации данного метода: простой вылов самцов с применением ловушек, расставленных с большой плотностью; использование ловушек, покрытых стерилизующеми веществами. В последнем случае самцы, привлеченные искусственным источником феромона, контактировавшие с химическим стерилизатором и в дальнейшем при спаривании с самками яйца оставались стерильными. В других случаях вместо стерилизаторов использовали инсектицид, который просто убивал самцов, создавая необходимый самцевий вакуум.
Вторым направлением было насыщения синтетическими аналогами воздуха, чтобы помешать насекомому найти природные источники (половых партнеров) и таким образом уменьшить количество оплодотворенных самок.
Ну и третий - использование феромонных ловушек с целью наблюдения за насекомыми. Именно это направление получило широкое практическое применение.
Почему же не удалось достичь стойкого положительного результата в использовании феромонов для регулирования численности насекомых? Причин может быть множество. Это и сложность самого процесса химической коммуникации, и то, что синтетические аналоги не воспроизводили в полной мере природные процессы. А еще на практике выяснилось, что феромоны часто устраняли более слабых конкурентов на сексуальном фронте в борьбе за самок, те же особи, которые оставались, были способны оплодотворить больше самок и при этом потомство было более жизнеспособным за счет получения конкурентных генов. Также включались естественные биологические процессы, когда при уменьшении рождаемости росла способность выживать, увеличивалась плодовитость самок при снижении плотности популяции и др.
Таким образом, феромоны нашли себя в интегрированных системах как способ получения более точных данных о популяции насекомых, в частности, определения их наличии. Особенно широко используются феромоны для выявления карантинных объектов, где наличие даже единичных особей несет опасность.
Что же касается сельского хозяйства, то здесь феромоны используют для предсказания начала лета. В некоторых случаях, когда защитные меры нацелены на имаго, это позволяет определить начало обработок. Например, обработку против вишневой мухи следует проводить с началом ее лету.
По характеру ответных реакций химические стимулы делятся на аттрактанты, репелленты (реакция движения от источника запаха), детеренты (тормозящие реакцию насекомых).
И так, что же такое феромоны? Это химические вещества, выделяемые в окружающую среду одними организмами, которые вызывают у воспринимающих их других организмов данного вида специфические реакции. Это своего рода язык насекомых, с помощью которого они общаются друг с другом. Известно много различных феромонов: половые, феромоны тревоги, агрегации, следовые, агрессии и т.
Широкого практического развития получило применение половых феромонов - веществ, которые выделяют особи для привлечения особей противоположного пола. Подавляющее большинство известных феромонов - это химические вещества, которые выделяют самки для привлечения самцов. Среди половых феромонов выделяют: аттрактанты – моно - или поликомпонентные смеси, обеспечивают встречу статей;
афродизиаки - вещества, которые приводят партнера в состояние готовности к спариванию.
С появлением синтетических аналогов половых феромонов начался активный поиск их применения на практике.
Для регулирования численности насекомых были выбраны три основных направления.
Первый - это привлечение самцов и уничтожения их и таким образом уменьшение количества оплодотворенных самок. Этот метод получил название «самцевый вакуум, или элиминация». Испытывались различные вариации данного метода: простой вылов самцов с применением ловушек, расставленных с большой плотностью; использование ловушек, покрытых стерилизующеми веществами. В последнем случае самцы, привлеченные искусственным источником феромона, контактировавшие с химическим стерилизатором и в дальнейшем при спаривании с самками яйца оставались стерильными. В других случаях вместо стерилизаторов использовали инсектицид, который просто убивал самцов, создавая необходимый самцевий вакуум.
Вторым направлением было насыщения синтетическими аналогами воздуха, чтобы помешать насекомому найти природные источники (половых партнеров) и таким образом уменьшить количество оплодотворенных самок.
Ну и третий - использование феромонных ловушек с целью наблюдения за насекомыми. Именно это направление получило широкое практическое применение.
Почему же не удалось достичь стойкого положительного результата в использовании феромонов для регулирования численности насекомых? Причин может быть множество. Это и сложность самого процесса химической коммуникации, и то, что синтетические аналоги не воспроизводили в полной мере природные процессы. А еще на практике выяснилось, что феромоны часто устраняли более слабых конкурентов на сексуальном фронте в борьбе за самок, те же особи, которые оставались, были способны оплодотворить больше самок и при этом потомство было более жизнеспособным за счет получения конкурентных генов. Также включались естественные биологические процессы, когда при уменьшении рождаемости росла способность выживать, увеличивалась плодовитость самок при снижении плотности популяции и др.
Таким образом, феромоны нашли себя в интегрированных системах как способ получения более точных данных о популяции насекомых, в частности, определения их наличии. Особенно широко используются феромоны для выявления карантинных объектов, где наличие даже единичных особей несет опасность.
Что же касается сельского хозяйства, то здесь феромоны используют для предсказания начала лета. В некоторых случаях, когда защитные меры нацелены на имаго, это позволяет определить начало обработок. Например, обработку против вишневой мухи следует проводить с началом ее лету.
Если же лет и сроки обработки не связаны между собой, то здесь необходимы моделирования ситуации и построение схемы вылов - количество - сроки обработки. Подобных моделей немного. Такая схема, например, используется при определении сроков и целесообразности внесения инсектицидов против яблонной плодожорки, хотя и в этом случае есть ряд оговорок и предпосылок, а также необходимость применения данной модели вместе с другими методами учета фенологии вредителя.
Некоторые модели разработаны для прогнозирования численности вредоносных личинок для таких вредных объектов, как посевной, степной и некоторые другие виды щелкунов, озимая и восклицательная совки.
Некоторые модели разработаны для прогнозирования численности вредоносных личинок для таких вредных объектов, как посевной, степной и некоторые другие виды щелкунов, озимая и восклицательная совки.
Так почему же такие невзрачные достижения в практическом применении при наличии такой базы открытых и синтезированных синтетических феромонов?
Попробую кратко описать сложности химической коммуникации и объяснить, почему трудно смоделировать ситуацию, близкую к естественной.
Попробую кратко описать сложности химической коммуникации и объяснить, почему трудно смоделировать ситуацию, близкую к естественной.
Начнем с состава таких веществ. Для начала немного истории. Первые описания феромонных коммуникации датировано 1609 годом, и только через 297 лет (в 1896-м) начались попытки использования такой коммуникации для исследований. А строение одного компонента феромона было описано через 350 лет (в 1959-м). О чем это говорит? О сложности структуры феромонов. Феромонный сигнал обычно содержит несколько компонентов в разном соотношении. Это соотношение - количество каждого вещества, выделяемого в единицу времени, - определяет видоспецифику феромона.
Восприятие феромонного сигнала зависит не только от состава вещества, дискретности ее выделения, но и от многих других факторов, включая метеорологические.
Понятно, что точно рассчитать и достичь такого же выделения штучного феромона будет сложно, поэтому его конкурентоспособность по сравнению с естественным, будет хуже. Именно поэтому область практического использования феромонов пока достаточно узкая. Вообще, феромонная коммуникация требует глубоких знаний многих наук.
Хотелось бы коротко рассказать, какие методы используют для поиска феромонов.
Для наблюдения за реакциями поведения применяют ольфактометр различных видов. Это приборы, которые позволяют отслеживать реакции насекомых на различные раздражители. Наиболее совершенные с точки зрения возможностей наблюдать анемотаксис (активное передвижение животного против направления потока воздуха) в действительности, так называемые туннельные или ветровые ольфактометры.
Также реакцию на феромоны насекомых изучают с помощью электроантенграфии. Это специальный прибор, который фиксирует электрические импульсы антенн насекомых на феромонный сигнал. Для этого усик предварительно удаляют, затем оба его конца погружают в специальный раствор, к которому подключается микроэлектроды.
После понимания, что самка выделяет специальные сигналы, на которые реагируют самцы, начинается процесс идентификации феромона. Сначала происходит экстракция феромона из желез с помощью специальных очень чистых растворителей, а затем идет очистка полученного экстракта от балластных веществ, особенно липидов. Популярным является нахождение и удаление специальной железы в растворителе. Такой способ требует меньшего количества особей для идентификации феромона и не требует значительных усилий для доочистки экстракта. Затем начинается собственно процесс идентификации, как правило, путем объединения хроматографии и спектрометрии, что позволяет идентифицировать микроколичество всего феромонного букета, не разделяя его предварительно на отдельные компоненты. Для более точного определения состава феромона используют масфрагментографию. Этот метод позволяет выявить присутствие соединения, которое нужно найти, по нескольким характерным фрагментам, а также вещества при очень низкой их концентрации (10-9-10-12г).
После идентификации состава происходит поиск синтетического синтеза и очистки полученных веществ, ведь наличие даже микрочастиц побочных веществ, при синтезе может привести к потере эффективности восприятия феромонного сигнала.
Затем полученный синтетический аналог проходит все тестирования по сравнению с экстрактом желез самок в ольфактометре.
Восприятие феромонного сигнала зависит не только от состава вещества, дискретности ее выделения, но и от многих других факторов, включая метеорологические.
Понятно, что точно рассчитать и достичь такого же выделения штучного феромона будет сложно, поэтому его конкурентоспособность по сравнению с естественным, будет хуже. Именно поэтому область практического использования феромонов пока достаточно узкая. Вообще, феромонная коммуникация требует глубоких знаний многих наук.
Хотелось бы коротко рассказать, какие методы используют для поиска феромонов.
Для наблюдения за реакциями поведения применяют ольфактометр различных видов. Это приборы, которые позволяют отслеживать реакции насекомых на различные раздражители. Наиболее совершенные с точки зрения возможностей наблюдать анемотаксис (активное передвижение животного против направления потока воздуха) в действительности, так называемые туннельные или ветровые ольфактометры.
Также реакцию на феромоны насекомых изучают с помощью электроантенграфии. Это специальный прибор, который фиксирует электрические импульсы антенн насекомых на феромонный сигнал. Для этого усик предварительно удаляют, затем оба его конца погружают в специальный раствор, к которому подключается микроэлектроды.
После понимания, что самка выделяет специальные сигналы, на которые реагируют самцы, начинается процесс идентификации феромона. Сначала происходит экстракция феромона из желез с помощью специальных очень чистых растворителей, а затем идет очистка полученного экстракта от балластных веществ, особенно липидов. Популярным является нахождение и удаление специальной железы в растворителе. Такой способ требует меньшего количества особей для идентификации феромона и не требует значительных усилий для доочистки экстракта. Затем начинается собственно процесс идентификации, как правило, путем объединения хроматографии и спектрометрии, что позволяет идентифицировать микроколичество всего феромонного букета, не разделяя его предварительно на отдельные компоненты. Для более точного определения состава феромона используют масфрагментографию. Этот метод позволяет выявить присутствие соединения, которое нужно найти, по нескольким характерным фрагментам, а также вещества при очень низкой их концентрации (10-9-10-12г).
После идентификации состава происходит поиск синтетического синтеза и очистки полученных веществ, ведь наличие даже микрочастиц побочных веществ, при синтезе может привести к потере эффективности восприятия феромонного сигнала.
Затем полученный синтетический аналог проходит все тестирования по сравнению с экстрактом желез самок в ольфактометре.
Однако на этом процесс не заканчивается. Теперь важно найти необходимого носителя и подобрать нужное количество феромона для нанесения на этот носитель. После этого снова проводят тестирование по сравнению с различными нормами и самками, которые выделяют феромоны. И только после того, как подобрано носителя и норму расхода, которая позволяет конкурировать с феромоном, который выделяется самками в течение всего периода их лету, начинается поиск алгоритма использования феромона: для мониторинга, регулирования численности, карантина и тому подобное. Это разработка ловушек, моделей мониторинга, методик применения. Теперь после краткого описания о феромонных коммуникации становится понятно, что не может быть упрощенного подхода к использованию феромонов или для мониторинга, определения или регулирования численности насекомых. Эта наука только в начале своего развития, и дальнейшее эффективное использование результатов ее исследований только начинается.