«Гонка вооружений»: как природа обгоняет разработчиков пестицидов
Согласно данным Всемирного экономического форума, ежегодно около 40 % урожая погибает из-за болезней растений и уничтожающих их насекомых. Глобальное потепление усугубляет проблему — по разным оценкам прибавление 1 ˚C к среднегодовой температуре увеличит потери еще на 10 %, а это уже половина от выращенного. Несмотря на использование современных инсектицидов, вредителей они зачастую не берут.
Более 20 лет назад ученые обнаружили мутацию, которая помогает насекомым противостоять пестицидам. Недавно исследователи из Zhejiang University выяснили, что подобные изменения последовательности ДНК — результат 300 млн лет эволюции. С появлением сельского хозяйства люди начали искать способы бороться с вредителями. Но несмотря на изощренность многих подходов, насекомые успешно сопротивляются.
В 2022-м объем производства пестицидов в РФ вырос до 175 тыс. тонн в год. По некоторым прогнозам, к 2030 году 70 % пестицидов на внутреннем рынке будут представлены отечественной продукцией.
У разных видов — от бабочек до саранчи — механизм противоядия работает схожим образом. Есть мнение, что одна из причин огромного многообразия насекомых — именно поиск ими путей защиты от токсинов: сначала естественных — растительных, а затем искусственных — созданных человеком.
Ученые придумали, как сделать пестициды менее вредными
ЧитатьВ 1980-х исследователи определили, что около 60 % случаев устойчивости насекомых и клещей к пестицидам связаны с их способностью противостоять определенному классу химических веществ — циклодиенам, которые использовались в то время в качестве инсектицида. Одна-единственная мутация сделала насекомых невосприимчивыми к целой группе ядов. Она произошла в гене рецептора ГАМК — это важнейший нейромедиатор центральной нервной системы.
Растительные токсины против насекомых
Голосеменные растения, к которым относятся ель, сосна и саговники, выделяют токсины под названием «терпеноиды». Насекомые научились противостоять этому яду. Например, после того как у божьих коровок мутировали ГАМК-рецепторы, они могут есть тлю, в которой много терпеноидов.
Примерно 94 млн лет назад с появлением цветковых растений стали активно мутировать ГАМК-рецепторы мотыльков, которые питались их соком Фото: © Lubos Chlubny / Shutterstock / FOTODOM
В клетках эти рецепторы служат посадочной площадкой для сигнальной молекулы нервной системы — ГАМК. Так, психоактивные и обезболивающие средства связываются с этим рецептором у людей, что приводит к улучшению самочувствия. Инсектициды насекомых также связывают с этими рецепторами.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Ecology & Evolution, показали влияние растительных токсинов на нервную систему насекомых. Отмечено, что у многих видов за это отвечает одна и та же мутация. И, вероятнее всего, она появилась раньше, чем люди начали использовать против вредителей пестициды.
Кроме того, ученые решили исследовать эволюционные отношения между насекомыми, у которых была найдена одна и та же мутация. Они обнаружили классическую «гонку вооружений»: несколько раз за последние 300 млн лет геном насекомых мутировал в ответ на новые типы химической защиты растений. Словом, те, кого мы сегодня называем вредителями, были неплохо натренированы, когда появились первые искусственные пестициды.
