Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Поведенческие аспекты выбора и заражения хозяев яйцевыми паразитами TRISSOLCUS GRANDIS THOM. и TRICHOGRAMMA EVANESCENS WESTW.

ВАК РФ 03.00.09, Энтомология

Автореферат диссертации по теме "Поведенческие аспекты выбора и заражения хозяев яйцевыми паразитами TRISSOLCUS GRANDIS THOM. и TRICHOGRAMMA EVANESCENS WESTW."

од

- 1093

На правах рукописи

ТИМОХОВ Александр Викторович

ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЫБОРА И ЗАРАЖЕНИЯ ХОЗЯЕВ ЯЙЦЕВЫМИ ПАРАЗИТАМИ TRISSOLCUS GRANDIS ТНОМ. И TRICHOGRAMMA EVANESCENS WESTW.

ЛП ПО _ oTJTon/mттг\тт/таЛ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1998

Работа выполнена на кафедре энтомологии биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Г.А. МАЗОХИН-ПОРШНЯКОВ

Официальные оппоненты: доктор биологических наук С.С. ИЖЕВСКИЙ кандидат биологических наук В.В. БУЛЕЗА

Ведущее научное учреждение: Зоологический институт РАН (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится 14 декабря 1998 года в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д.053.05.34 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу:

119899, ГСП, Москва, В-234, Воробьевы горы, биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан " " ЬсЛЬ/иЯ- 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Л.И. Барсова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследование взаимоотношений паразитических перепончатокрылых и их хозяев особенно активно развивается в последние десятилетия и привлекает внимание специалистов с нескольких точек зрения. Во-первых, это обусловлено активным развитием биологического метода контроля численности вредителей, во-вторых, связано с решением ряда теоретических вопросов в области поведения и экологии. Основное количество работ посвящено изучению поискового поведения паразитов. Однако еще одной важной стороной биологии этих насекомых является способность распознавать зараженных особей хозяина, позволяющая избегать их повторного заражения (перезаражения), а, значит, - внутривидовой, а иногда и межвидовой конкуренции. Такая способность обнаружена у подавляющего большинства изученных в этом плане паразитов - представителей разных семейств иерышнча'шкрылыл (Sali, 1301, Diais,iuj_iuo, 137G, Narendran, 1985). Особое значение она имеет для яйцевых паразитов (яйцеедов), заражающих яйца хозяина, собранные в компактные кладки.

При распознавании здоровых и зараженных особей хозяина паразиты могут руководствоваться разными стимулами, комплекс которых в каждом конкретном случае оказывается оригинальным. Однако первостепенную роль при этом играют именно химические (феромонные) метки, оставляемые на хозяине либо внутри него при заражении (van Lenteren, 1981).

Реакция на конспецифический феромон-маркер оказывается далеко не однозначной: у самок некоторых паразитических перепончатокрылых наблюдается изменение этой реакции в зависимости от их предыдущего навыка заражения.

Роль своеобразного обучения, происходящего при заражении интактных особей хозяина, была впервые изучена Реббом и Бредли (Rabb, Bradley, 1970) для Telenomus sphingis (Scelionidae), а позднее более подробно - Лентереном (van Lenteren, 1976) для Pseudeucoila bochei (Eucoilidae). К

настоящему времени установлено, что для самок большинства изученных видов, в том числе для Trissolcus s pp. (Карцев, 1985) и Trichogramma spp. (Klomp et al., 1980; Сорокина, 1983), не имевших навыка заражения интактных особей хозяина, химическая метка является помехой гораздо в меньшей степени, чем для самок, приобретших такой навык. Гибкая стратегия манипулирования хозяевами, допускающая перезаражение и гибель избыточного числа особей паразита, в определенных условиях может рассматриваться как адаптивная жизненная стратегия на популяционном уровне (van Alphen, Visser, 1990).

Однако многие важные детали взаимоотношений паразитических перепончатокрылых и их хозяев остаются неисследованными. Насколько нам известно, отсутствуют работы, в которых были бы изучены механизмы различения зараженных хозяев в сравнительном аспекте. Знание и теоретическое осмысление таких механизмов имеет принципиальное значение. Кроме того, перезаражение играет важную и до сих пор по-настоящему неоцененную роль при массовом разведении паразитов в условиях скученности.

Объектами настоящего исследования были выбраны два вида яйцевых паразитов-энтомофагов - Trissolcus grandis Thom. (Proctotrupoidea, Scelionidae) и Trichogramma evanescens Westw. (Chalcidoidea, Trichogrammatidae). Каждый из этих видов приспособлен к последовательному заражению яиц хозяина, собранных в компактные кладки, для них способность различать зараженные и незараженные яйца хозяина особенно биологически взжнз,»

Цель и задачи исследования.

Цель работы - изучение поведения яйцевых паразитов Trissolcus grandis и Trichogramma evanescens при выборе и заражении хозяев. В соответствии с этой целью были поставлены следующие основные задачи:

1.Сравнить механизмы распознавания зараженных яиц хозяина двумя видами яйцеедов.

2. Оценить значение индивидуального навыка заражения для выбора паразитами яиц хозяина и отказа ими от перезаражения.

3. Изучить стратегию поведения яйцеедов при заражении интактных и целиком зараженных яйцекладок хозяина.

4. Выяснить влияние возраста, плодовитости и условий содержания имаго яйцеедов на возможность перезаражения.

5. Изучить влияние перезаражения на уровень смертности потомства яйцеедов.

Научная новизна работы, теоретическая ценность.

Впервые на примере двух видов яйцевых паразитов Trissolcus grandis и Trichogramma evanescens в сравнительном аспекте изучено явление модификации врожденной реакции паразитических насекомых в отношении зараженных особей хозяина, маркированных конспецифической феромонной меткой. Установлено, что указанная реакция изменяется в зависимости от предшествующего навыка паразита, его внутреннего состояния и ряда факторов окружающей среды.

Получены новые данные о значении навыка заражения для совершенствования избирательной способности яйцеедов в отношении незараженных и зараженных яиц хозяина, а также об изменении этой способности со временем, прошедшим с момента последнего заражения.

Впервые изучено влияние возраста и плодовитости самок Trissolcus grandis на вероятность перезаражения ими яиц хозяина.

Впервые описана своеобразная форма поведения самок Trichogramma evanescens при перезаражении яиц хозяина. Установлено, что методика определения пола яиц паразита непосредственно в момент их откладки, которая адекватно работает для многих видов перепончатокрылых (в частности, для T. evanescens), неприменима в отношении яйцеедов Т. grandis.

Впервые получено прямое доказательство преобладающей смертности самок T. evanescens, развивающихся в перезараженных особях хозяина. Установлено значение этого фактора для изменения итогового соотношения полов в потомстве паразита.

Научно-практическое значение. В диссертации на конкретных примерах затронуты как общие теоретические вопросы поведения насекомых, так и практические вопросы,

связанные с разведением и использованием паразитических перепончатокрылых.

Для разработки эффективных методов биологического контроля численности вредителей представляет интерес информация о необходимости приобретения паразитами предварительного навыка заражения хозяев для последующего устойчивого отказа от перезаражения, данные о продолжительности влияния указанного навыка на избирательную способность паразитов, а также сведения об активизации их поискового поведения в результате заражения хозяев. Данные о влиянии возраста и скученности содержания паразитов на их склонность к перезаражению могут оказаться полезными при разработке оптимальных условий промышленного разведения насекомых, являющихся объектами биометода.

Сведения, полученные во время выполнения настоящей работы, используются в курсе лекций "Экология насекомых", а также при проведении практикума по Сельскохозяйственной энтомологии и школьного кружка на кафедре энтомологии МГУ.

На основании материалов исследования разработано и проводится занятие большого практикума для студентов IV курса кафедры энтомологии МГУ.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на заседании кафедры энтомологии МГУ, на XI Съезде Русского энтомологического общества (Санкт-Петербург, 1997 г.), на II Международной конференции "Sensory systems of Arthropods" (Гамбург, 1992 г.). По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем и структура работы. Диссертация излщкена на ПО страницах машинописного текста, содержит таблиц, рисунков и фотографии. Текст состоит из введения, 5 глав и выводов. Список цитируемой литературы включает fbS названий, в том числе на иностранных языках.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору Г.А. Мазохину-Поршнякову, а также искреннюю признательность В.М. Карцеву за ценные консультации и помощь на всех этапах

работы, В.В. Булезе за предоставленный материал и его определение, профессору В.Б. Чернышеву и Д.П. Жужикову за ценные советы и внимание к работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В этом разделе приведены литературные сведения о стратегии поиска, выбора и заражения хозяев паразитическими перепончатокрылыми. Обобщены данные о способах маркирования и особенностях распознавания ими зараженных особей хозяина. Кратко описаны биология и поведение изучаемых объектов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Работа выполнена на кафедре энтомологии МГУ в 19891997 гг., а также на Мукачевской Экспериментальной базе ИЭМЭЖ АН СССР в 1990-1991 гг.

Объектами исследования служили лабораторные культуры яйцеедов, основателей которых собрали в природных условиях. Линия Trichogramma evanescens КП-4 была выведена из яйцекладки капустной совки Mamestra brassicae (пос. Атаки, Молдова, июль 1988г.), линия М-1 выведена из кладки огородной совки M. oleracea (г. Мукачево, Украина, июль 1991г.). При разведении и в экспериментах с T. evanescens в качестве хозяина использовали яйца зерновой моли Sitotroga cerealella или огородной совки M. oleracea. Лабораторную культуру Trissolcus grandis практически ежегодно обновляли за счет паразитов, выводившихся из кладок итальянского клопа Graphosoma lineatum (Краснодарский край или окрестности г. Мукачево). При работе с T. grandis использовали яйцекладки G. lineatum. В общей сложности изучено индивидуальное поведение около 2000 самок T. grandis и более 800 самок T. evanescens.

Основой методики являлось сравнение поведения яйцеедов, имеющих разный предшествующий навык заражения. Сравниваемые группы насекомых, отобранных случайным образом из одной партии, изучали параллельно в

один и тот же день. Все эксперименты повторяли многократно в разные дни.

Наблюдали поведение самок яйцеедов, рассаженных по одной в пробирки. Для приобретения необходимого навыка самкам предоставляли возможность заразить определенное число яиц хозяина. Затем им предлагали тестовую кладку, содержащую интактные (незараженные) и зараженные конспецифическими особями яйца хозяина. На тестовой кладке изучали порядок выбора и процесс заражения яиц хозяина самками яйцеедов.

В ходе эксперимента каждую самку использовали однократно, поскольку контакт с хозяином при тестировании приводил к изменению ее навыка. В этом случае получить достоверные результаты на одном насекомом невозможно. Суммировали результаты испытаний особей из одной группы (имеющих одинаковый навык заражения, одинаковый возраст или содержавшихся до начала эксперимента в сходных условиях).

Статистическую обработку результатов проводили с помощью критериев х2, Фишера (F-тест) и Манн-Уитни (U-тест).

ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ САМОК TRISSOLCUS GRANDIS ПРИ ВЫБОРЕ И ЗАРАЖЕНИИ ХОЗЯЕВ Самки паразитических перепончатокрылых должны воздерживаться от повторного заражения (перезаражения) хозяина, поскольку это может приводить к развитию избыточного числа личинок паразита в отдельной особи хозяина, их конкуренции и гибели. Способность распознавать зараженных хозяев, позволяющая избегать перезаражения, обнаружена у подавляющего большинства изученных в этом плане наездников (Salt, 1961; Викторов, 1976).

Trissolcus grandis - олигофаг клопов-щитников (Pentatomoidea). В каждом яйце хозяина может развиться лишь одна особь паразита. Самка при выборе яиц на кладке хозяина ориентируется по феромонной метке, наносимой яйцекладом на поверхность каждого яйца после его заражения. Она воспринимает метку-маркер с помощью

антенн контактно, внутреннее содержимое яйца хозяина не влияет на поведение паразита (Булеза, 1971; Булеза, Михеев, 1978). Наши данные также подтверждают, что самка T. grandis исследует качество хозяина (зараженность) только антеннально.

Мы выяснили, что реакция паразита на феромон-маркер не является исключительно врожденной и однозначной. В экспериментах изучали выбор яиц хозяина самками Trissolcus grandis на тестовой кладке, содержащей равное число (по 2) интактных и ранее зараженных конспецифической самкой яиц клопа. Параллельно сравнивали поведение двух групп самок, одни из которых непосредственно перед тестированием приобрели определенный навык заражения, другие - так называемые неопытные самки - никогда прежде до момента тестирования не заражали яйца хозяина. В отдельных экспериментах сравнивали две группы самок, имеющих разный навык заражения.

Нами показано, что ранее не заражавшие яйцееды выбирают яйца хозяина при тестировании неслучайным образом, они достоверно предпочитают интактные яйца зараженным (71:49^1:1; р<0,05). Следовательно, паразиты от рождения распознают зараженных хозяев. Однако избегание перезаражения неопытными самками несовершенно: только 59% из них выбрали подходящих для заражения хозяев (рис. 1,1). В то же время навык заражения даже одного интактного яйца хозяина существенно улучшает избирательную способность яйцеедов: 91% "правильных" выборов при тестировании (рис. 1, I).

Устойчивый отказ от перезаражения при наличии альтернативного выбора проявляется самками T. grandis только как следствие заражения именно здоровых особей (интактных яиц) хозяина. В том случае, когда самки яйцееда имели возможность непосредственно перед тестированием заразить 1 или 3 яйца хозяина, ранее уже зараженные конспецифической особью, их выбор практически не отличался от случайного и от того, который демонстрировали неопытные самки (рис. 1, Па,б). Если же самкам перед

100

& 75

§ «

25

Рис. 1. Влияние предшествующего навыка заражения навыбор яиц хозяина самками

Trtssolcus grandis

50 -

¡1

Па 116 ' 111а

Эксперименты

1116

Предшествующий навык заражения: | | без навыка (контроль)

заражение одного интактного яйца

перезаражение одного зараженного яйца

перезаражение трех зараженных яиц

прерванный акт заражения интактного яйца

п

50% - уровень случайных выборов

Указаны доверительные интервалы, вычисленные для р=0,05

тестированием предлагали здоровых хозяев, но не позволяли им нормально довести процесс заражения до конца и отложить собственное яйцо, то в дальнейшем их избирательность в отношении незараженных и зараженных хозяев существенно не менялась (рис. 1, Illa) и при этом была достоверно хуже той, которую проявляли самки, нормально заразившие одно интактное яйцо (рис. 1, Шб).

Аналогичные результаты были получены при изучении Trichogramma embryophagum (Klomp et al., 1980). Прерывая на разных стадиях процесс заражения интактных яиц хозяина у самок этого вида, авторы выяснили, что яйцееды в дальнейшем избегают перезаражений лишь в том случае, если они успели отложить в хозяина яйцо. Мы полагаем, что для изменения реакции в отношении зараженных хозяев самкам Trissolcus grandis, так же как и самкам Trichogramma embryophagum, необходимо "подкрепление" в виде акта заражения здорового хозяина.

Избирательная способность в отношении здоровых и зараженных особей хозяина совершенствуется у самок Trissolcus grandis по мере приобретения ими навыков заражения, становясь тем лучше, чем больше яиц хозяина заразила данная самка. В дальнейшем с увеличением интервала времени, истекшего с момента последнего заражения, эта способность постепенно утрачивается, сохраняясь дольше у самок, приобретших более богатый навык заражения. Мы выяснили эти закономерности в ходе эксперимента, в котором параллельно испытывали группы самок T. grandis, заразивших разное число интактных яиц (1,3, 14), а также неопытных самок (контроль). Одну половину каждой группы тестировали сразу же после заражения ими необходимого числа яиц (рис. 2, ряд А), другую - через 24 часа (рис. 2, ряд В). Приобретение более богатого навыка заражения достоверно улучшает избирательную способность яйцеедов (р<0,01). Например, все 30 самок, непосредственно перед тестированием заразивших целую кладку из 14 яиц, выбирали только здоровых хозяев. Некоторые из самок, заразившие 1 или 3 яйца хозяина, пытались перезаражать

Рис. 2. Зависимость избирательной способности самок Trissokus graneiïs от времени, прошедшего с момента последнего заражения

1> Е!

g й

I-

8 2

к S

g н

Оч «

о к

42 «

I П Ш IV

Предшествующий навык заражения: I - без навыка Ш - заражение трех

(контроль) интактных яиц

П - заражение одного IV - заражение ингактной

ингакгного яйца яйцекладки (14 яиц)

А - тестирование сразу после приобретения навыка

В - тестирование через 24 часа после приобр стсния навыка

50%- уровень случайных выборов

(соответственно, 4 из 35 и 1 из 33 испытанных), хотя делали это реже, чем самки контрольной группы (19 из 39) (рис. 2, ряд А).

Дискриминационная способность у самок T. grandis со временем угасает. Яйцееды, тестированные на следующий день после приобретения навыка, демонстрировали менее четкий выбор (рис. 2, ряд В). Однако навык заражения продолжает сказываться даже через 24 часа после его приобретения по крайней мере у самок, заразивших целую кладку из 14 яиц. Они достоверно чаще выбирают здоровых хозяев при тестировании (26 из 32), чем неопытные самки (31 из 52) (р<0,05) (рис. 2, ряд В). Однако, как показали дополнительные исследования, через 2 недели все самки практически полностью утрачивали приобретенный навык.

Мы выяснили, что возраст самок Trissolcus grandis влияет на их предпочтение незараженных и зараженных яиц хозяина. Молодые неопытные самки (не старше 10 суток) значительно чаще выбирали незараженные яйца хозяина по сравнению с уже зараженными (100:46), чем неопытные самки старше 12 суток (116:127) (р<0,001). Более того, результаты, показанные молодыми самками, оказались существенно лучше тех, которые следовало ожидать, если бы выбор хозяина был случайным. Это в очередной раз подтверждает, что яйцееды с самого начала имагинальной жизни способны различать зараженных и незараженных хозяев и воздерживаться от перезаражения. С возрастом эта способность утрачивается. Все это внешне напоминает отмеченное нами угасание со временем избирательной способности, возросшей у паразита после заражения здорового хозяина. Мы предполагаем наличие общей природы этих двух явлений: самки паразита с большей готовностью прибегают к перезаражениям в результате длительного вынужденного воздержания от заражения.

Итак, мы установили значение навыка заражения у яйцеедов Trissolcus grandis для избегания перезаражения при наличии альтернативного выбора. При этом мы проследили

за поведением паразитов только на начальном этапе заражения кладок хозяина, позволяя им заражать (или перезаражать) ограниченное число яиц. В представляемых далее экспериментах нами изучено поведение яйцеедов Т. grandis на крупной интактной кладке, качество которой в процессе заражения ее паразитом постепенно изменяется. Мы также рассмотрели ситуацию, когда паразит обнаруживает кладку, целиком зараженную другой особью, что вполне вероятно в естественных условиях.

Сравнивали поведение двух групп неопытных самок Т. grandis. Яйцеедам первой группы предлагали для заражения неограниченное количество интактных яиц хозяина. Яйцеедам второй группы предоставляли в избытке яйца, зараженные конспецифическими особями. Самки из первой группы последовательно заражали интактные яйца. Перезаражения случались спорадически, лишь в 3,1% случаев (п=749), значительно реже, чем можно было бы ожидать, если бы самки заражали все яйца без разбора (42,1%) (р<0,001). Исчерпав запас зрелых яиц в яичниках (в чем мы убедились, вскрывая яйцеедов после эксперимента), самки не стремились покинуть кладку. До этого момента они успевали заразить по 46,8±4,3 яиц хозяина (среднее и доверительный интервал, вычисленный для р=0,05). Самки второй группы, не имея выбора, перезаражали лишь некоторое число яиц хозяина (в среднем 19,3±6,0), после чего оставляли кладку. Вскрывая самок этой группы сразу же после эксперимента, мы всегда обнаруживали в их яичниках значительное количество зрелых ооцитов (24,5±5,8). Следовательно, самки T. grandis воздерживаются от неограниченных перезаражений.

Важно отметить, что самки T. grandis в ситуации, когда отсутствуют здоровые хозяева, распределяют своих потомков неслучайным образом: они редко прибегают к повторным перезаражениям одних и тех же особей хозяина. По-видимому, самки воспринимают феромон-маркер количественно и на основании этого избегают многократных перезаражений. То, что самки T. grandis, распознавая зараженные яйца хозяина, все-таки иногда перезаражают их, причем не всех хозяев подряд, и сдерживают себя от

неограниченного расходования яиц, позволяет предположить, что перезаражение - это не ошибка в действиях паразита, а определенная стратегия поведения, избираемая им при отсутствии (или недостатке) незараженных яиц хозяина.

Поведение насекомых в значительной степени определяется как их внутренним (физиологическим) состоянием, так и воздействием внешней среды. В следующем эксперименте рассмотрено влияние возраста, физиологического состояния (развития яичников) и условий содержания самок T. grandis на возможность перезаражения. Было изучено поведение четырех групп неопытных самок на целиком зараженных кладках. Самки трех возрастных групп (2, 7 и 12-дневные) содержались до начала эксперимента поодиночке, самки четвертой группы (7-дневные) содержались до этого в общей пробирке (12x1,5 см) по 20-30 особей. Подсчитывая число яиц, отложенных в уже зараженных хозяев и оставшихся в половых путях самки (определяли при вскрытии), мы оценивали яйцепродукцию изучаемых насекомых. С возрастом в яичниках самок T. grandis, лишенных возможности заражать хозяев, увеличивается запас зрелых ооцитов. Особенно активно этот процесс идет в первые дни имагинальной жизни. Запас яиц в яичниках самок T. grandis составляет, соответственно, 33,1 ±3,1 у 2-дневных особей, 43,9±3,4 у 7-дневных (содержавшихся поодиночке) и 46,7±3,1 у 12-дневных. Число яиц, откладываемых паразитами при перезаражении хозяев, также увеличивается с возрастом (соответственно, в трех возрастных группах: 10,7±2,3; 11,9±2,0; 33,2±3,3). Результаты корреляционного анализа показывают, что существует положительная нелинейная зависимость между запасом яиц в яичниках самки T. grandis и порцией яиц, которые она готова отложить в уже зараженных хозяев. Это особенно четко проявляется у старших самок. Вследствие длительного вынужденного воздержания от заражения самки старшей группы готовы рисковать большей долей своих потомков, перезаражая хозяев.

Скученное содержание самок T. grandis негативно отражается на их яйцепродукции, а также непосредственно

сказывается на поведении этих яйцеедов. Мы наблюдали достоверно лучшее развитие яичников (судя по числу зрелых ооцитов, обнаруженных при вскрытии) у самок, рассаженных поодиночке (43,9±3,4 ооцитов), чем у особей, содержавшихся группами (38,2±3,6). Последние значительно чаще вовсе отказывались от перезаражения хозяев при отсутствии выбора (9 из 29 испытанных), по сравнению с одиночными самками (1 из 19). В то же время, если они все-таки решались перезаражать, то атаковали большее число яиц хозяина (19,8±4,1), чем одиночные самки (11,9±2,0).

В следующем эксперименте мы изучали поведение самок Trissolcus grandis на кладках, составленных из 4 яиц клопа, зараженных за 4 часа до этого либо конспецифическими, либо этими же самками. В обоих вариантах перезаражения случались достаточно редко и примерно с равной вероятностью. Поскольку паразиты атаковали хозяев, ранее зараженных конкурентами, не чаще, чем зараженных ими же, мы пришли к заключению, что самки T. grandis не способны отличать собственную метку, оставляемую на зараженных яйцах хозяина, от меток конспецифических самок.

ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ САМОК TRICHOGRAMMA EVANESCENS ПРИ ВЫБОРЕ И ЗАРАЖЕНИИ ХОЗЯЕВ

Тrichogramma evanescens заражает широкий круг хозяев (главным образом это представители отряда Lepi-doptera) и является групповым паразитом. При распознавании зараженных хозяев T. evanescens, как и Trissolcus grandis, ориентируется по феромонным меткам. Самка перед заражением обследует яйцо хозяина в два этапа. Сначала она изучает поверхность яйца с помощью антенн и воспринимает следы самок-конкуренток (секрет тарзальных желез). Если самка не отвергает яйцо хозяина на этом этапе, она вводит в него яйцеклад и с помощью рецепторов на его кончике оценивает состояние внутреннего содержимого, в частности, улавливает присутствие секрета-маркера, инъецируемого при заражении (Salt, 1937).

Существенным отличием экспериментов по изучению значения навыка заражения для Trichogramma evanescens от соответствующих опытов с Trissolcus grandis было то, что тестовая кладка состояла из 9 яиц трех типов: 3 интактных, 3 зараженных и 3 обследованных яиц. Каждое яйцо, относящееся к последнему типу, было предварительно обследовано конспецифической самкой в течение не менее 1 минуты. Самка ходила по поверхности яйца, пальпируя его, однако ей не позволяли заражать это яйцо. Фактически такие яйца не были заражены, но несли на своей поверхности следы присутствия самок-конкуренток. На тестовой кладке параллельно сравнивали поведение трех групп яйцеедов Т. evanescens, выведшихся в течение суток до начала эксперимента: (А) никогда прежде не заражавших (контрольная группа); (В) заразивших непосредственно перед тестированием 2 интактных яйца хозяина; (С) перезаразивших непосредственно перед тестированием 2 яйца.

Ьыли выполнены два эксперимента с использованием разных видов хозяев: зерновой моли Sitotroga cerealella (лабораторный хозяин) и огородной совки Mamestra oleracea (естественный хозяин). Полученные в этих опытах результаты во многом схожи. Рассмотрим подробнее результаты экспериментов, выполненных на зерновой моли.

Попадая на тестовую кладку, самка Trichogramma evanescens сначала пальпирует ее - исследует с помощью антенн каждое встреченное яйцо хозяина. На рисунке 3 показано, насколько часто антеннальные контакты самок Т. evanescens с яйцами того или иного качества завершались тем, что яйцееды приступали к следующему этапу тестирования хозяина - с помощью яйцеклада - или же покидали данное яйцо. Самки, ранее приобретшие навык заражения (или перезаражения), в целом реже отвергали хозяев после антеннального обследования. По нашим наблюдениям, заражение даже одного яйца паразитом стимулирует целенаправленный поиск хозяина и последующие заражения. Причем эти самки проявляли определенную избирательность в отношении яиц разного качества, чего нельзя сказать о неопытных самках. Отметим,

что у Trichogramma evanescens, в отличие от Trissolcus grandis, навык перезаражения приводит к значительному улучшению избирательной способности. Самки, предварительно заразившие 2 зараженных яйца хозяина, в дальнейшем обычно пренебрегают такими яйцами при наличии интактных.

После пальпирования самка T. evanescens переходит ко второму этапу тестирования хозяина - проверяет внутреннее содержимое яйца, погрузив в него яйцеклад. На этой стадии хозяин также может быть отвергнут. На рисунке 4 показано, насколько часто попытки заражения хозяина (введение яйцеклада) завершались заражением. Самки T. evanescens практически никогда не отвергали интактные и обследованные яйца хозяина (и те, и другие реально не заражены). В отношении зараженных яиц самки разных групп вели себя неодинаково, при этом четко проявилась роль навыка предшествующих заражений. Неопытные самки перезаражали в 100% случаев. Самки, обладающие навыком заражения интактных яиц, четко воздерживались от перезаражений. Особый интерес представляет группа паразитов, предварительно перезаразивших по два яйца. Примерно пятая часть из них отказалась от перезаражения следующего, третьего яйца. Эта группа по степени избирательности занимает промежуточное положение между двумя другими.

Итак, навык заражения (и перезаражения) даже небольшого числа яиц хозяина проявляется у Trichogramma evanescens в преимущественном отвергании зараженных яиц (при наличии альтернативы) в ходе двух последовательных этапов тестирования их состояния. Неопытные самки не воздерживаются от перезаражений. Тем не менее они распознают зараженных хозяев как таковых. Мы выяснили это в ходе наблюдения за процессом заражения самками Т. evanescens своих хозяев. Нами впервые описано характерное поведение самок этого вида, названное нами движением беспокойства. После введения яйцеклада в уже зараженное яйцо хозяина самка совершает им отрывистые возвратно-поступательные движения в вертикальном направлении с достаточно большой амплитудой. Эти движения напоминают

Рис. 3. Доля антеннальных тестирований самками ТпсЪоцгатта еуапезсет яиц зерновой моли, завершившихся тестированием с помощью яйцеклада (%)

Рис. 4. Доля тестирований яиц хозяина с помощью яйцеклада самками Trichogramma еуапезсет, завершившихся заражением (%)

I - интактные II - обследованные III - зараженные

действия самок некоторых видов паразитов, в результате которых они уничтожают яйцо самки-конкурентки, поражая его яйцекладом (Arakawa, 1987). Движения беспокойства имеют место исключительно в случае перезаражения, следовательно, яйцееды при этом воспринимают зараженность хозяина. При этом значительная часть их (32%) выполняют такие действия во время первого в их жизни акта заражения (вернее, перезаражения). Это убеждает в том, что способность Т. evanescens распознавать зараженные яйца хозяина является врожденной. Однако обладание таким "знанием" не всегда препятствует перезаражению, четкий отказ от которого наблюдается только после приобретения яйцеедами навыка заражения.

Яйцееды Trichogramma spp., являясь групповыми паразитами, варьируют число яиц, откладываемых в яйцо хозяина, в зависимости от размера и качества последнего (Schmidt, Smith, 1985; van Alphen, van Dijken, 1987). В экспериментах с использованием яиц огородной совки, в которых в норме одновременно развиваются 2-4 личинки Т. evanescens, нами установлено, что навык предшествующих заражений также влияет на размер порции яиц, откладываемых самками этого вида. Опытные яйцееды перезаражают хозяина менее интенсивно. Самки, ранее заражавшие здоровых хозяев, если и "решаются" перезаражать при тестировании, всегда откладывают в хозяина только одно яйцо. Ранее перезаражавшие самки в такой ситуации откладывают в среднем 1,8±0,2 яиц, а неопытные - 2,3±0,3 яиц.

Самки паразитических перепончатокрылых под воздействием внешних стимулов рефлекторно регулируют пол потомства (Викторов, 1976). Это явление изучено нами на примере Trichogramma evanescens. Пол откладываемых самкой паразита яиц определяли в момент заражения хозяина (первичное соотношение полов) по характерным движениям брюшка трихограммы (Suzuki et al., 1984). В наших опытах самки при заражении интактных яиц зерновой моли откладывали 12,6% (п=801) гаплоидных яиц, из которых

развивались самцы. При перезаражении доля таких яиц составляла 26,5% (п=302) (р<0,001). Регуляция соотношения полов в потомстве в зависимости от качества заражаемых яиц является адаптивной реакцией T. evanescens на состояние популяции хозяина. Нами выяснено также, что вероятность откладки гаплоидных яиц уменьшается при последовательном заражении хозяев. Происходит модификация ритма оплодотворения ооцитов в зависимости от предшествующего навыка заражения (Тимохов, Мазохин-Поршняков, 1998).

Итоговое соотношение полов особей, вышедших из яиц хозяина, в популяции T. evanescens зависит от первичного соотношения, но также изменяется в результате дифференциальной смертности паразитов разного пола в процессе развития. Это особенно четко проявляется в случае перезаражения. Смертность самцов на преимагинальных стадиях при развитии их в перезараженных яйцах зерновой моли составляла 49,5% (п=103). Соответствующий показатель для самок значительно выше - 61,0% (п=415) (р<0,05). Нам впервые удалось получить непосредственное доказательство (косвенные подтверждения существовали и раньше) того, что у Trichogramma evanescens уровень смертности потомства разного пола на преимагинальных стадиях различен. Это стало возможным в результате сравнения первичного и итогового соотношения полов.

Изучая стратегию поведения Trichogramma evanescens при заражении крупных интактных и зараженных яйцекладок зерновой моли, мы обнаружили, что поведение яйцеедов этого вида напоминает действия Trissolcus grandis в аналогичных ситуациях. Неопытные самки T. evanescens, выпущенные на интактные яйцекладки, откладывали в среднем 26,7±3,1 яиц (при этом отмечено только 0,6% случаев перезаражения). Они полностью реализовывали запас зрелых ооцитов (мы определяли это, предлагая им дополнительную интактную кладку). На целиком зараженных кладках неопытные самки атаковали лишь небольшое число хозяев (10,1 ±1,7), воздерживаясь от повторных перезаражений. Они стремились покинуть кладки еще до исчерпания запасов яиц

в их яичниках. Однако эти самки охотно начинали заражать интактные яйца хозяина, позже предложенные им взамен.

В настоящем разделе диссертации описывается также эксперимент, основываясь на результатах которого мы пришли к заключению, что самки T. evanescens не отличают собственную метку от меток конспецифических особей.

ОБСУЖДЕНИЕ Нами рассмотрены особенности поведения двух видов яйцевых паразитов (Trissolcus grandis и Trichogramma evanescens), относящихся к разным надсемействам Ну-menoptera. Их образ жизни во многом аналогичен, и в природе они решают сходные поведенческие задачи. Однако детали их поведения при выборе и заражении хозяев в значительной мере различны. Основные отличия состоят в способе нанесения и особенностях восприятия феромонной метки, маркирующей зараженные яйца хозяина (Salt, 1937; Булеза,1971). В то же время мы обнаружили существенное функциональное сходство поведения этих двух видов яйцевых паразитов.

T. grandis и T. evanescens обладают врожденной способностью распознавать зараженных хозяев, но, как правило, не воздерживаются от перезаражения даже при наличии интактных яиц. Четкий отказ от перезаражения проявляется только после того, как паразиты заразят здоровых хозяев.

В отношении данного явления, описанного и для некоторых других видов паразитических перепончатокрылых (Rabb, Bradley, 1970; van Lenteren, 1976), существуют разные точки зрения. Ряд авторов трактует это явление как своеобразную форму обучения (Klomp et al., 1980). В пользу этого мнения может говорить необходимость "подкрепления" в виде откладки яйца паразитом в заражаемого хозяина. Однако, рассматривая обучение как процесс приобретения новых форм поведения на основе врожденных реакций (Козлов, Тушмалова, 1995), мы можем определенно говорить только о том, что наблюдаемое нами явление представляет собой случай модификации инстинктивного поведения,

возникающей на основе приобретенного навыка.

Модификация поведения у изученных насекомых происходит в результате обратимого изменения пороговой реакции самки яйцееда на конспецифический феромон-маркер. Феромонная метка сигнализирует о зараженности хозяина. При перезаражении самка паразита рискует своим потомством, обрекая его на конкуренцию с потомками других самок. Такой риск оправдан в случае дефицита здоровых хозяев, что подтверждают данные наших экспериментов по изучению поведения яйцеедов на целиком зараженных кладках. Склонность самок паразитов к перезаражению должна возрастать с увеличением запаса зрелых яиц в их яичниках (что мы отмечали в соответствующем эксперименте с T. grandis), а также с увеличением интервала времени, в течение которого паразиту не удавалось обнаружить хозяина (зависимость врожденной избирательной способности самок яйцеедов от их возраста и угасание приобретенной избирательной способности со временем). Тот факт, что яйцееды T. grandis чаще перезаражают в результате постоянных контактов с особями-конкурентами, также вписывается в выстраиваемую нами схему стратегии поведения (хотя в данном случае может происходить обычное нарушение поведения паразитов как следствие скученного содержания).

В процессе заражения здоровых хозяев яйцееды "получают информацию" о состоянии популяции хозяина. При высокой частоте обнаружения здоровых хозяев оправдано отвергать зараженных особей и тратить усилия и время на поиски первых. Соответственно, вероятность перезаражения самкой паразита должна уменьшаться после заражения ею большего числа здоровых хозяев, что мы установили для Т. grandis.

Изменение избирательности в отношении зараженных и здоровых хозяев является составной частью гибкой стратегии поведения яйцеедов, допускающей факультативные перезаражения. Такая стратегия вполне оправдана на популяционном уровне. Скорость роста популяции паразита при низкой его численности должна быть достаточно высокой

за счет эффективного использования популяции хозяина (заражения интактных яйцекладок без перезаражений). При дальнейшем увеличении численности паразитов и, соответственно, зараженности популяции хозяина, яйцееды все чаще будут обнаруживать уже зараженные яйцекладки и совершать перезаражения. В результате рост популяции паразита будет замедляться. Возможность перезаражений должна способствовать скорейшему установлению "взаимовыгодного" баланса между популяциями паразита и хозяина.

Полученные нами данные о значении навыка заражения, влиянии возраста и условий содержания яйцевых паразитов на их поведение могут быть использованы при разработке оптимальных условий промышленного разведения энтомофагов и для повышения эффективности применения их в качестве агентов биологического метода защиты растений.

ВЫВОДЫ

1. Способность яйцевых паразитов Trissolcus grandis и Trichogramma evanescens распознавать зараженные яйца хозяев и воздерживаться от перезаражения, которое, как правило, приводит к гибели потомства паразита, является врожденной. Однако устойчивый отказ от перезаражения наблюдается только после заражения самками яйцеедов даже небольшого числа именно здоровых (незараженных) хозяев. Навык перезаражения менее ценен, хотя самки T. evanescens, перезаразив небольшое число яиц хозяина, в дальнейшем отказываются от перезаражений чаще, чем вовсе не заражавшие самки.

2. Избирательная способность самок Trissolcus grandis в отношении здоровых и зараженных хозяев совершенствуется по мере заражения большего числа здоровых хозяев. С увеличением интервала времени, прошедшего с момента последнего заражения, эта способность постепенно утрачивается. Она сохраняется дольше у самок, заразивших большее число хозяев.

3. Стратегии поведения самок Trissolcus grandis и

Trichogramma evanescens при заражении крупных яйцекладок хозяина аналогичны. Заражая интактные кладки, паразиты откладывают практически все яйца, созревшие у них к этому моменту. На крупных целиком зараженных кладках яйцееды откладывают лишь небольшую часть яиц, при этом преимущественно выбирают яйца хозяина, единожды зараженные. Отказываясь от неограниченных перезаражений, яйцееды затем охотно заражают здоровых хозяев.

4. Trissolcus grandis и Trichogramma evanescens используют видоспецифические феромонные метки для различиния зараженных особей хозяина. Способность к распознаванию индивидуальных меток у этих видов не обнаружена.

5. Способность самок Trissolcus grandis воздерживаться от перезаражения изменяется с возрастом. Она наиболее совершенна у молодых особей. Готовность к перезаражению у самок старшего возраста связана с увеличением запаса зрелых яиц в их яичниках, а также с изменением пороговой реакции на феромон-маркер вследствие длительного вынужденного воздержания яйцеедов от заражения.

6. Скученное содержание самок Trissolcus grandis приводит к снижению их яйцепродукции, а также влияет на возможность перезаражения ими хозяев. Самки, содержавшиеся в группе, достоверно чаще отвергают предложенных им зараженных хозяев, но, приступив к перезаражению, откладывают значительно больше яиц по сравнению с самками, содержавшимися поодиночке.

7. В потомстве Trichogramma evanescens, развившемся в перезараженных яйцах хозяина, существенно возрастает доля самцов. Это происходит как в результате увеличения доли неоплодотворенных яиц, откладываемых трихограммой в уже зараженного хозяина, так и в результате преимущественной смертности самок на преимагинальных стадиях развития.

8. Trichogramma evanescens регулирует число и пол яиц, откладываемых в яйцо хозяина, в зависимости как от его размера и качества, так и от индивидуального навыка заражения. Заражение хозяина, отказ от заражения, изменение порции откладываемых яиц, регуляция пола потомков самками яйцееда рассматриваются нами как

составляющие их адаптивного ответа на состояние популяции хозяина.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Kartzev V.M., Timokhov A.V., Mazokhin-Porshnyakov G.A. 1993. Discrimination between parasitized and unparasitized hosts in egg parasitoids // Sensory systems and communication in Arthropods, ed. by K. Wiese, F.G. Gribakin, A.V. Popov, G. Renninger. Birkhauser Verlag, Basel, p. 640-647.

2. Чернышев В.Б., Соболева-Докучаева И.И., Афонина B.M., Солдатова Т.А., Тимохов А.В. 1996. Формирование комплекса членистоногих на поле и устойчивость агроэкосистемы // Экология и охрана окружающей среды. Тезисы докладов III Международной и VI Всероссийской научно-практической конференции. Владимир, стр. 266-267.

3. Тимохов А.В., Мазохин-Поршняков Г.А. 1998. Механизмы, определяющие изменение соотношения полов в потомстве Trichogramma evanescens Westwood (Hymenoptera, Trichogrammatidae) // Проблемы энтомологии в России. Сборник научных трудов XI Съезда Русского энтомологичекого общества, т.2. С.-Петербург: ЗИН РАН. стр. 158-159.

4. Afonina V.M., Tshernyshev W.B., Soboleva-Dokuchaeva I.I., Timokhov A.V., Seifulina R.R. 1998. Forming of the Arthropod's Complex in Agro-Ecosystems // Proceedings of the VI European Congress of Entomology, Ceske Budejovice. V. 1, p. 400.

5. Тимохов A.B., Карцев B.M. 1998. Поведенческие аспекты выбора и заражения хозяев яйцевыми паразитами Trissolcus grandis Thom. и Trichogramma evanescens Westw. // МГУ, Москва,- 18 стр. Деп. в ВИНИТИ 21.10.98 N3044-B98.