Открыт новый метод определения пола бабочек
Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено действие большинство препаратов. Однако по пути возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.
Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью полимеразной цепной реакции смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчёте на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.
Как сообщает «Наука в Сибири», определение пола насекомых может помочь регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Предотвратить это мог бы препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок.
Научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН Ирина Белоусова подчёркивает, что метод является универсальным. «Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому её гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает соавтор исследования.
Учёные провели два эксперимента, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в Институте цитологии и генетики СО РАН с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых, затем в Институте систематики и экологии животных СО РАН метод протестировали in vitro на трёх видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.
Кроме того, лаборатория экологической физиологии института на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять её пол. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по одной инфекции в будущем могут быть ценными для вирусологии в целом.
Как определить пол бабочки?
Впервые сталкиваясь с вопросом как определить пол бабочки, невозможно себе представить, насколько это сложная процедура.
Для того чтобы определить пол бабочки, необходимо, прежде всего, знать следуещее. Знать, что у определенных видов бабочек самцы и самки отличаются друг от друга визуально. У других видов бабочек самочка отличается только большим размером веретеновидного брюшка. Данное различие предопределено тем, что самочкам необходимо вынашивать потомство.
Некоторые разновидности бабочек имеют визуальные отличия самцов и самок. Самцы могут быть обладателями крылышек более яркого окраса и отличаться от самочек более крупными размерами. Иногда у бабочек самка может отличаться от самцов очень своеобразной формой тела. Так, некоторые самочки имеют форму червя, у них вообще отсутствуют крылышки, такие бабочки напоминают личинок.
Самцы же имеют крылья и по внешнему виду вполне соответствуют общим представлением о «нормальной» бабочке. Задаваясь вопросом как определить пол бабочки, рано или поздно станет известен тот факт, что есть мнение некоторых ученых, что у бабочек самцы являют собой более древнюю, нежели самочки, форму.
И не самцы приобрели в процессе эволюции новые видовые признаки, а наоборот, самки утратили некоторые некогда общие с самцами признаки. К примеру, практически большинство отличительных признаков самочек, в принципе, сводится к потере тех или иных, присущих особям противоположного пола признакам: отсутствие усиков, крылышек, утрате определенного количества чешуек на крыльях, которые отвечают за окраску.
Объясняют это тем, что самочки затрачивают значительное количество своего биоматериала на развитие потомства, в связи с чем значительная нехватка питательного материала приводит к недоразвитию и последующему атрофированию некоторых органов. Определяя пол бабочки, следует обратить особое внимание, что значительная разница во внешнем виде самок и самцов в рамках одного вида может быть обусловлена географической или сезонной зависимостью.
Также самочки некоторых видов бабочек имеют дополнительный защитный цветовой окрас. Также следует учитывать, что установить пол бабочек определенных видов, которым присуще такое явление как половой диморфизм (внешнее отличие особей противоположного пола между собой), представляется возможным, только подвергая особь воздействию ультрафиолетового излучения, без воздействия которого на крылья особи, крылышки самки и самца практически не будут иметь различий.
Занимаясь определением пола бабочек, иногда можно столкнуться с редчайшим фактом существования гинандроморфных особей. Они представляют собой бабочку, у которой одна половина тела женская, а другая мужская. Столь же редки случаи, когда отличительные признаки особи противоположного пола могут проявляться лишь частично, на определенных участках крылышек.
Как отличить пол бабочки
Определение пола у бабочек и птиц
Раздел об определении пола у бабочек и птиц следует начать с небольшого отступления. В самом деле, мы только что выяснили способ определения пола у дрозофилы и у животных вообще и подчеркнули его подкупающую простоту и широкую распространенность в мире животных.
И вот мы снова встречаемся с очередной загадкой природы, с новым усложнением интересующего нас вопроса. Оказывается, все сказанное выше об определении пола по типу дрозофилы правильно, но за одним исключением: этот тип определения пола является в природе не единственным, общим для всех организмов. Наряду с ним существует еще один способ, или тип, определения пола, впервые открытый у бабочек, а затем у птиц и в том числе у домашней курицы. По имени насекомого, на котором этот тип определения пола был открыт впервые, он и носит название типа бабочек. Рассмотрим его особенности и отличия от типа дрозофилы. В качестве объекта для описания процесса возьмем кур: с ними читатель, несомненно, знаком ближе, чем с бабочками; да и в дальнейшем нам еще неоднократно придется иметь с ними дело.
Итак, в чем заключается отличие механизма определения пола у птиц и у дрозофилы?
У бабочек и птиц эти отношения диаметрально противоположны: у них привилегия продуцировать два типа половых клеток принадлежит самкам, вследствие чего половина откладываемых ими яиц (на самок) содержит одну половую хромосому, и половина яиц (на самцов) содержит другую, несходную с первой половую хромосому. У самцов же бабочек и птиц образуется один тип сперматозоидов. Следовательно, женский пол у них гетерогаметен, а мужской пол гомогаметен.
Однако, следуя имеющимся в литературе прецедентам, мы отступим от этого правила и в дальнейшем будем придерживаться единой системы обозначения половых хромосом, независимо от того, идет ли речь об определении пола по типу дрозофилы или по типу бабочек и птиц. Дело заключается не в том, какими буквами обозначать половые хромосомы двух сравниваемых групп организмов; важнее помнить, что в отличие от дрозофилы, у которой гетерогаметен мужской пол, у бабочек и птиц гетерогаметен женский пол и что у них пол зародышей устанавливается в процессе созревания яиц, т. е. еще до оплодотворения.
В то же время единая система обозначения половых хромосом для всех представителей мира животных, за исключением отмеченной полярности типов определения пола, несомненно, способствует более целостному и ясному их пониманию.
В соответствии с полярностью механизмов определения пола у дрозофилы и у птиц по-разному представляются и результаты оплодотворения. В самом деле, у дрозофилы, как мы видели, пол зародыша определяется в момент оплодотворения и в каждом отдельном случае зависит от сочетания половых хромосом в оплодотворенном яйце. В отличие от дрозофилы у бабочек и птиц оплодотворение яйца, образно выражаясь, лишь дает толчок развитию зародыша того пола, который уже заложен в нем в процессе созревания. Таким образом, каждому куриному яйцу в буквальном смысле слова «написано на роду» развиться в цыпленка именно того, а не противоположного пола.
К сказанному выше об определении пола у кур необходимо сделать следующую оговорку. Дело в том, что ввиду наличия у курицы большого числа очень мелких хромосом и трудностей их подсчета и идентификации вопрос о наличии у нее У-хромосомы до сих пор окончательно не решен, и возможно, что ее здесь нет вообще.
Диплоидное число хромосом у бабочек и в том числе у шелкопряда (см. главу IV) равно 56.
Универсальный метод определения пола у будущих бабочек разработали в Новосибирске
«Для чего нужно определять пол насекомых? Например, чтобы регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Поэтому хорошо бы иметь препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок. У всех животных особи женского и мужского отличаются физиологически, насекомые — не исключение, поэтому такое избирательное воздействие возможно», — объясняет соавтор исследования научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Ирина Анатольевна Белоусова.
Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено большинство разрабатываемых препаратов. Но тут возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.
Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью ПЦР смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчете на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.
«Метод ПЦР сейчас используют во всех лабораториях, анализ делается просто и быстро. Кроме того, наш способ универсальный, — говорит Ирина Белоусова. — Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому ее гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает Ирина Белоусова.
Ученые провели два исследования, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых (информация была взята из базы данных Национального центра биотехнологической информации США). Затем в ИСиЭЖ СО РАН метод протестировали in vitro на трех видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.
Простой и универсальный метод определения пола у личинок чешуекрылых нужен был ученым не сам по себе, а для решения более масштабных задач. Лаборатория экологической физиологии ИСиЭЖ СО РАН, в которой работает Ирина Белоусова, на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять ее пол.
«У непарного шелкопряда в популяции есть латентный вирус. Он интересует нас, во-первых, в связи с всё той же разработкой новых методов борьбы с вредителями. Препарат, который мог бы вызывать болезнь, будет экологически безопасным: вирус поражает только этот вид насекомых, и снижает численность вредителя только до фонового значения, полностью не уничтожая, — рассказывает Ирина Белоусова. — Во-вторых, мы хотим понять механизмы вертикальной передачи. Латентных форм вирусных инфекций в мире вообще не так много, у человека к ним относятся такие опасные заболевания, как герпес и ВИЧ. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по инфекции, которую мы изучаем, в будущем могут быть ценными для вирусологии вообще»Источник
Не мотылек, а совка: как опознать и бороться
Добавление статьи в новую подборку
Мотыльками, в отличие от бабочек, называют ночных насекомых. В стадии взрослой особи они не опасны и даже полезны, поскольку опыляют цветки, распускающиеся ночью. Однако гусеницы могут нанести сокрушительный ущерб саду и огороду.
Совки, или ночницы, как и все ночные мотыльки, отличаются толстым опушенным телом, невзрачной окраской, тонкими усиками, покрытыми ворсинками, во время отдыха они складывают крылья горизонтально. Среди совок есть отъявленные вредители, которые могут нанести серьезный урон растениям в саду и на овощной грядке.
Совка озимая
Широко распространенный вредитель в европейской части нашей страны. Бабочка длиной 1,6-2 см и размахом крыльев до 4,5 см. Передние крылья темные, серо-коричневые с характерным рисунком в виде двух светлых поперечных линий и трех светлых пятен, очерченных тонкой черной линией. Пятна имеют клиновидную, округлую и почковидную форму. Задние крылья светлые с темными жилками. Гусеницы длиной около 5 см землисто-серого цвета с продольной темной полосой на спине.
Бабочки появляются в конце мая – июне, летают вечером и ночью, откладывают яйца по одному на поверхность почвы и на нижнюю сторону листьев овощей и сорняков. Одна бабочка может отложить более 2000 яиц. Примерно через две недели отрождаются гусеницы. Днем они прячутся в поверхностном слое почвы, под лежащими на земле листьями, вечером и ночью питаются семенами и проростками, подгрызают всходы, а также повреждают листья, сначала выгрызая отверстия, позднее объедая их до центральной жилки.
Гусеница озимой совки на томате
Осенью гусеницы уходят на зимовку в почву на глубину 10-20 см, гусеницы старших возрастов переносят температуру до –11°С, а при низкой влажности почвы – до –18°С. Весной они поднимаются в верхние слои почвы, когда в местах их зимовки земля прогреется до 10°С, там они окукливаются.
Озимая совка – многоядный вредитель, в ее рационе насчитывается до 150 видов растений из различных семейств, она повреждает картофель, овощные и бахчевые культуры, кукурузу, виноград, сеянцы и молодые саженцы деревьев. Гусеница весьма прожорлива, например, в одиночку за одну ночь она может уничтожить 10-15 растений сахарной свеклы.
Совка капустная
Эта бабочка встречается практически по всей стране, за исключением Крайнего Севера. Размах крыльев около 5 см, туловище коричневато-серое, на передних крыльях темные поперечные полосы и по два почковидных пятна с двумя белыми точками. Молодые гусеницы зеленые или буровато-коричневые с желтоватой боковой полосой длиной до 5 см.
Бабочки вылетают в конце весны или в начале лета, откладывают яйца на нижней стороне листьев, плодовитость одной самки – более 2000 яиц. Насекомое – один из самых опасных вредителей капусты. Гусеницы выедают отверстия в листьях, позднее съедают их почти полностью, проникают в кочан и проделывают там ходы, заполняя их экскрементами. Могут повреждать свеклу, при массовом размножении проникают на кусты и деревья, повреждая плоды и листья яблони, винограда.
Капустная совка активно размножается в теплую влажную погоду. Зимуют куколки в поверхностном слое почвы.
Совка огородная
Гусеница совки огородной
Бабочка отличается красновато-коричневыми передними и светлыми сероватыми задними крыльями размахом около 4 см. На передних крыльях видна тонкая белая кайма и два пятна с белым окаймлением – округлое серое и почковидное желтоватое. Гусеница зеленая или желтовато-бурая длиной около 3 см.
Бабочки летают со второй половины июля до середины августа, откладывают яйца кучками примерно по 100 штук на нижнюю сторону листьев кормовых растений и сорняков. Одна бабочка может отложить более 1000 яиц. Гусеницы питаются листьями крестоцветных растений – капусты, редиса, репы, а также листьями томата, картофеля, огурца, бобовых культур, моркови, многих декоративных растений. Сначала они скоблят ткань листьев, а затем продырявливают и объедают листовые пластинки. Быстрее всего гусеницы развиваются на растениях из семейств Астровые (салат, подсолнечник) и Амарантовые (свекла, мангольд). В этом случае они дают самых плодовитых бабочек.
Зимует совка огородная в виде куколки в поверхностном слое почвы.
Совка-гамма, или металловидка-гамма
Бабочка распространена очень широко, считается одним из наиболее опасных многоядных вредителей. Передние крылья от серых до темно-бурых, задние – серовато-желтые с темной каймой размахом более 4 см. Отличительная особенность – беловатое с серебристым блеском пятно на передних крыльях, очертаниями напоминающее греческую букву «гамма». Спинка бабочки покрыта хохолком из волосков. Гусеница длиной 2,5-4 см, зеленая, с двумя белыми извилистыми линиями вдоль спины, при движении дугообразно изгибает тело.
Бабочки вылетают в теплую погоду при температуре 20-25°С с ранней весны до поздней осени, питаются на цветках различных видов растений. Самки откладывают яйца на нижнюю сторону листьев, предпочитают сорные растения – лебеду, бодяк, осот, а также свеклу, горох, картофель, репу. Одна самка откладывает от 500 до 1500 яиц. Насекомое теплолюбивое, в прохладную погоду при температуре 17°С его активность резко снижается.
Гусеницы совки-гаммы продырявливают и объедают листовые пластинки, оставляя только жилки, выгрызают бутоны, цветки и завязи плодов. Легко мигрируют на другие участки, по пути питаясь на деревьях и кустарниках. Зимуют куколки, гусеницы и бабочки в поверхностном слое почвы, под растительными остатками, зимой выдерживают морозы до –18°С. После мягких зим с обильным снеговым покровом численность вредителя существенно увеличивается. Совка-гамма повреждает около 100 различных видов растений из 23 семейств.
Картофельная совка
Картофель, поврежденный гусеницей картофельной совки
Бабочка отличается буроватой с красным оттенком окраской передних крыльев, на них заметны поперечные полосы и пятна. Задние крылья серовато-желтые с темной полосой в верхней части. Размах крыльев 3-4,5 см. Гусеницы желтовато-красные с красноватой полоской вдоль спины.
Бабочки вылетают в конце лета – в августе-сентябре, откладывают яйца во влагалищах листьев злаковых растений (пырей, осока, манник). Весной, в конце апреля – начале мая, из яиц отрождаются гусеницы, которые первоначально питаются на злаках, а затем перемещаются на культурные растения с сочными листьями и стеблями. Гусеницы прогрызают в стеблях ходы, иногда полностью их выедают, повреждают корневища, клубни, луковицы. Особенно хорошо развиваются в сырых местах, во влажные годы, когда обильные осадки приходятся на первую половину лета. Картофельная совка вредит многим растениям – картофелю, томату, луку, чесноку, землянике, декоративным растениям – лилии, ирису.
Насекомое зимует в стадии яиц.
Восклицательная совка
Встречается от Кавказа до Полярного круга, в европейской части страны и в Сибири. Бабочка желтовато-серой или темно-бурой окраски с тремя темными пятнами – клиновидным, округлым и почковидным, размах крыльев до 4,5 см. Гусеница серовато-коричневая длиной 3-5 см.
Вылет бабочек отмечается в конце мая, самки откладывают яйца на почву, прилегающие к земле листья или на сухие растительные остатки. Гусеницы многоядные, питаются на различных овощах, картофеле, декоративных растениях, на многих зерновых культурах. В природе их можно встретить на дикорастущих растениях из семейства Амарантовые (лебеда и другие) и на Астровых.
Зимуют взрослые гусеницы в почве.
Хлопковая совка
Гусеница хлопковой совки на томате
Широко распространена в европейской части России, на Кавказе, в Средней Азии. Передние крылья у бабочки серовато-желтые с красноватым или зеленоватым оттенком, задние – более светлые. На передних крыльях два темно-серых пятна округлой и почковидной формы, на задних – бурое окаймление и темное пятно луновидной формы. Размах крыльев – 3-4 см. Окраска гусеницы изменчивая – от коричнево-черной до зеленовато-желтой и белой, вдоль тела проходят три широкие темные продольные полосы.
Вылет бабочек начинается в теплую погоду при среднесуточной температуре 18-20°С, этот процесс растянут до осени, и несколько поколений «накладываются» друг на друга. Самки откладывают яйца на различные части растений – листья, цветки, бутоны, плодовитость может превышать 2000 яиц.
Гусеницы съедают листовые пластинки, объедают почки, листья, завязи и плоды. Они отмечены на 120 культурах, в том числе на томатах, перце, кукурузе, тыкве, кабачках, капусте, луке, яблоне, груше, сливе, декоративных и технических растениях.
Зимует хлопковая совка в стадии куколки в почве.
Совиноголовка синеголовая, или совка-синеголовка
Яблоко, поврежденное гусеницей совки-синеголовки. Фото автора
Бабочка с размахом крыльев около 4 см. Передние крылья лилово-серые с поперечными темными линиями, крупное зеленовато-желтое пятно образовано из слившихся округлого и почковидного пятен. Задние крылья светло-серые с размытым пятном и темным задним углом. Гусеница зеленовато-белая или голубоватая с голубой головой, желтоватыми линиями, черными бородавками и щетинками вдоль тела.
Бабочки совки-синеголовки вылетают осенью, откладывают яйца на ветки кормовых деревьев. Из перезимовавших яиц весной, во время распускания почек, отрождаются гусеницы. Они питаются почками, объедают листья с краев или вдоль жилок, повреждают плоды, грубо объедая их. На поврежденных завязях остаются бурые зарубцевавшиеся следы. Взрослые гусеницы образуют паутинистые белые коконы в трещинах коры плодовых деревьев. Гусеница повреждает все плодовые культуры, многие ягодные кустарники, терн, боярышник, лещину, лесные лиственные породы деревьев.
Как бороться с совкой
