Репродуктивное поведение, полиморфизм и хемокоммуникация как факторы поддержания разнообразия в семействе листоверток (lepidoptera : tortricidae)
На правах рукописи
САФОНКИН АНДРЕЙ ФЕЛИКСОВИЧ РЕПРОДУКТИВНОЕ ПОВЕДЕНИЕ, ПОЛИМОРФИЗМ И ХЕМОКОММУНИКАЦИЯ КАК ФАКТОРЫ ПОДДЕРЖАНИЯ РАЗНООБРАЗИЯ В СЕМЕЙСТВЕ ЛИСТОВЕРТОК (LEPIDOPTERA : TORTRICIDAE) специальность 03.00.09 - энтомология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук
Москва 2008 2
Работа выполнена в Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Тамарина Нина Александровна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Рославцева Светлана Александровна доктор биологических наук, Фролов Андрей Николаевич доктор биологических наук, профессор Чайка Станислав Юрьевич
Ведущая организация: Зоологический институт РАН
Защита состоится 28 октября в 1400 на заседании Совета Д 002.213.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Институте проблем экологии и эволюции им.
А.Н. Северцова, РАН, по адресу: 119071, Москва, Ленинский проспект, д. 33.
Тел/факс: (495) 952-35-84, e-mail: [email protected]
Автореферат разослан 10 сентября 2008 года
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения общей биологии РАН по адресу: Москва, Ленинский проспект, д. 33.
Ученый секретарь Совета Д 002.213.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций кандидат биологических наук, доцент Т.П. Крапивко
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Чешуекрылые – отряд, четвертый по численности среди насекомых. И одно из наиболее крупных семейств этого отряда – листовертки (Lepidoptera: Tortricidae). Листоверток разделяют на три подсемейства, из которых два крупных – собственно листовертки (Tortricinae) и плодожорки (Olethreutinae). Среди пред ставителей этих подсемейств существует много опасных вредителей сельского и лесного хозяйств. В связи с современными требованиями охраны окружающей среды для контро ля и борьбы с листовертками необходим поиск новых, безопасных методов защиты расте ний. В тоже время, благодаря хорошей дифференцированности в систематическом и эко логическом отношении, эта группа насекомых является удобным модельным объектом для изучения механизмов поддержания разнообразия в естественных биоценозах.
Аксиомой считается утверждение, что биологическое разнообразие в природе су ществует благодаря явлению полиморфизма. В результате многочисленных исследований полиморфных видов была определена генетическая и селекционная природа внутрипопу ляционного полиморфизма, разработана концепция адаптивной популяционной стратегии, исследованы некоторые механизмы поддержания гомеостаза полиморфных популяций и, таким образом, разработана теория полиморфизма (Ford, 1940;
Н.В. Тимофеев-Ресовский, 1977;
Яблоков, 1980;
и др.). Однако остается актуальным вопрос выделения признаков маркеров, позволяющих описывать разнокачественность особей в пределах нормы реакции не дискретных характеристик вида. Более того, для выявления различий между популя циями одного вида по таким не дискретным признакам, внутри каждой популяции необхо димо выявлять группы особей с близкими характеристиками. Выделение внутривидовых группировок необходимо и при анализе разнокачественности популяции в аспекте репро дуктивного поведения.
Для многих насекомых, в том числе листоверток, хеморецепция является важней шим инструментом анализа окружающего мира. Спектр запахов и веществ контактного действия, влияющих на насекомых, чрезвычайно широк. Их значение в жизни насекомых трудно переоценить, т.к. их действия распространяются как на регулирование физиологи ческого состояния организма, так и поиск полового партнера, мечение пути к источнику пищи и т.д. (Джекобсон, 1976;
Скиркявичус, 1986;
Visser, 1986). Жизнедеятельность имаго листоверток почти полностью связана с репродуктивным поведением. Половое поведение листоверток определяется половыми феромонами. Результатам изучения роли феромонов посвящен огромный пласт научной литературы. Подробно изучался состав феромонов многих видов, пути биосинтеза активных соединений в феромонных железах, механизм их восприятия. Для ряда близкородственных видов показано значение феромонов как меха низма предкопуляционной изоляции. Однако при всем многообразии исследований попу ляционная и биоценотическая роль феромонов как фактора поддержания биологического разнообразия не раскрыта. Не выявлено общих закономерностей в изменчивости состава феромонов в пределах отдельной группы насекомых, что важно при изучении влияния хи мических соединений на особенности репродуктивного поведения.
У позвоночных животных процессы общения между особями – социальное поведе ние, куда относят и его репродуктивную составляющую – изучает особое направление науки (Панов, 1975;
Crook, 1970). При изучении поведения беспозвоночных, репродук тивное поведение ассоциируется с определенным комплексом явлений, хотя сам термин недостаточно четко сформулирован. Поэтому исследователи часто сводят репродуктивное поведение к более узким понятиям, объясняющими одну из сторон процесса репродукции.
Например, к процессу полового поведения (см., например, Bailey, Ridsdill-Smith, eds., 1991). Однако репродуктивное поведение, в том числе листоверток, - это многофакторная, многогранная система, определяющая не только процесс воспроизводства поколений. Не смотря на многочисленные исследования, роль репродуктивного поведения как целостной системы, участвующей в формировании и поддержании внутри- и межвидового разнооб разия, изучена недостаточно.
Раскрытие биоценотической роли репродуктивного поведения, полиморфизма и хемокоммуникации в поддержании биологического разнообразия у листоверток, как на внутрипопуляционном уровне, так и в сообществе видов конкретного биоценоза, и изуче ние схемы соподчинения этих факторов требуют дополнительных исследований.
Цели и задачи исследования Цель работы: выявление комплекса факторов поддержания внутри- и межвидового разнообразия листоверток, связанных с системой репродуктивного поведения.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
Определить признаки-маркеры, позволяющие выявить различия в системе репродук 1.
тивного поведения особей.
На примере листоверток изучить значение морфологического полиморфизма в фор 2.
мировании репродуктивной стратегии вида, поддерживающей внутривидовое разнообра зие.
Изучить роль хемокоммуникации как фактора поддержания внутри- и межвидового 3.
разнообразия в сообществе листоверток.
Исследовать влияние кормового растения на систему репродуктивного поведения.
4.
Научная новизна. Впервые на 3 видах листоверток выявлены морфологические особенности репродуктивного аппарата, которые маркируют особей с различными страте гиями в системе репродуктивного поведения.
Впервые проведен анализ состава феромона у всеядной листовертки в панмиксиче ской популяции и изменений соотношения цис-/транс-изомеров при инбридинге. Впер вые показано, что соотношение макро- и микрокомпонентов феромона всеядной листо вертки определяется генотипом самцов-родителей.
Впервые показано, что реализация стратегий «специалист-генералист» внутри по лиморфного вида может быть связана с процессом полового поведения.
Впервые показано, что в природном биоценозе феромонный фон, определяемый видом, доминирующим в сообществе листоверток, повышает двигательную активность самцов и самок других видов. Впервые показана способность самок листоверток реагиро вать на запах феромона другого вида.
Впервые выявлены эволюционные связи между полиморфизмом полового аппарата самцов и усложнением феромонного сигнала. Впервые показаны корреляции между соот ношением цис-/транс-изомеров соединений феромона и различиями по локусу СО мтДНК в пределах одного рода.
Теоретическая и практическая значимость. Работа выполнена в рамках совре менной фундаментальной проблемы изучения механизмов поддержания биологического разнообразия. Развиваемая концепция репродуктивного поведения как составной части системы поддержания разнообразия позволила обосновать связь полиморфизма полового аппарата самцов с репродуктивной активностью и изменчивостью полового феромона са мок листоверток. Сопоставление модели генетического наследования морфологических признаков-маркеров и изменчивости локуса COI мтДНК у особей разных фенотипов под твердило предположение о внутривидовом уровне разнообразия. Изучение изменчивости в соотношении цис- и транс-изомеров у разных видов листоверток методами анализа мтДНК выявило основные эволюционные тенденции усложнения состава феромона в пределах рода. Работа имеет практическую ценность для оптимизации биологического контроля и борьбы с вредными чешуекрылыми в современной системе интегрированной защиты сельскохозяйственных культур.
В соответствии с поставленной целью работы на защиту выносятся следующие основные положения:
Репродуктивное поведение, кроме своей основной функции - связи поколений, явля 1.
ется фактором поддержания разнообразия листоверток на уровне вида и сообщества видов.
Полиморфизм репродуктивного аппарата связан с существованием разных жизнен 2.
ных стратегий и внутривидовым разнообразием на биохимическом и поведенческом уров нях.
Феромонный фон, создаваемый доминирующими видами, поддерживает видовое 3.
разнообразие сообщества листоверток.
Кормовое растение через изменение биологических характеристик особей влияет на 4.
соотношение фенотипов, модифицируя внутрипопуляционную структуру фитофага.
Апробация работы.
Материалы диссертации были представлены на Всесоюзной конференции «Феро моны листоверток-вредителей сельского и лесного хозяйства», 19 – 21.11. 1984, Кяэрику, Эстония;
Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов «Биологический ме тод в интегрированной защите сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков», 29.09 – 6.10. 1985, Кишинев, Молдавия;
IV Всесоюзном симпозиуме по хемо рецепции насекомых, 22-23.09. 1988, Вильнюс, Литва;
Всесоюзном совещании по феро монам, 1990, Москва;
Всесоюзном совещании «Стратегия изучения биоразнообразия на земных животных», 28.11 – 01.12. 1994, Москва;
Международной конференции «Биораз нообразие и динамика экосистем Северной Евразии», 21-26.08. 2000, Новосибирск;
2-й международной научной конференции «Биоразнообразие и роль зооценоза в естественных и антропогенных экосистемах», 20-31.10. 2003, Днепропетровск Украина;
XIV Россий ском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам ис следования твердых тел, 30.05 – 3.06. 2005, Черноголовка, Россия;
IX Международной на учно-практической экологической конференции «Современные проблемы популяционной экологии», 2-5. 10. 2006, Белгород, Россия;
IX Всероссийском популяционном семинаре «Особь и популяция – стратегия жизни», 2-6. 10. 2006, Уфа;
Международной конферен ции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора А.И. Зотина «Адаптации и био энергетика. Онтогенетические, эволюционные и экологические аспекты», 25-27.10. 2006, Москва;
Международной конференции «Химическая коммуникация животных. Фунда ментальные проблемы», 29.11 – 1.12. 2006, Москва;
Московском отделении Русского эн томологического общества, 22.10.07.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 научных работ (45 статей, из них 28 в журналах из списка ВАК, и 4 тезиса).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, за ключения и выводов. Текст диссертации изложен на 193 страницах, в ней содержится таблицы и 33 рисунка. Список цитируемой литературы включает 533 наименования, в том числе 194 на русском и 339 на иностранных языках.
Содержание работы Глава 1. Материал и методы Для листоверток: тимофеечной Aphelia paleana (Hbn.), всеядной Archips podana (Scop.), розанной A. rosana (L.), боярышниковой A. crataegana (Hbn.), пестрозолотистой A.
xylosteana (L.), сетчатой Adoxophyes orana (F.R.), дымчатой Choristoneura diversana (Hbn.), ивовой кривоусой Pandemis heparana (Den. et Schiff.), лещинной кривоусой P. cerasana (Hbn.) и плодожорок: плодовой Hedya nubiferana (Hw.), яблонной Cydia pomonella (L.) ис следованы особенности морфологии гениталий, биологии, репродуктивного поведения.
Работа основана на анализе сборов листоверток, отловленных ловушками с синте тическими аттрактантами или девственными самками, сборах гусениц листоверток и до ращивании их до имаго, лабораторном разведении и поддержании отдельных линий лис товерток. Лабораторное разведение всеядной, ивовой кривоусой, боярышниковой листо верток и яблонной плодожорки проводили в Институте проблем экологии и эволюции им.
А.Н. Северцова. Особенность разведения в том, что отдельно содержались каждая роди тельская пара и гусеницы дочернего поколения от них на каждой кормовой культуре.
В работе использован сравнительно-таксономический подход с применением мето дов классической систематики и методов анализа мтДНК.
Таблица 1. Цели, задачи, материал и объём исследований.
Цель Задачи Методы исследований Объекты и объем материала Выявление полиморфных Определение признаков- Отлов клеевыми ловушками с различными аттрактант- Определено 90 видов листоверток, в т.ч.
по половому аппарату ви- маркеров полиморфизма и ными составами в 3-5-кратной повторности. Закарпат- из 40 – взяты выборки для выявления дов листоверток и изучение анализ их соотношения в раз- ская (1984-1987), Крымская (1988-1989), Брестская полиморфных видов. Распределение все особенностей их распреде- ных точках ареала и био- (1988), Московская (с 1989 по настоящее время) области. ядной листовертки по ареалу и стациям ления по ареалу и стациям. ценозах. Равномерное размещение ловушек по территории мо- по учетам в ловушках с аттрактантом из дельных садов: Ботанический сад МГУ, яблоневые сады 2-х макрокомпонентов цис- и транс площадью 20 и 24 га. тетрадеценилацетатов (цис-11/ транс-11 Изготовление тотальных препаратов гениталий для иден- ТДА в соотношении 63:37).
тификации каждой особи. Препараты гениталий более 30000, в т.ч.
всеядной листовертки – более 22000 экз.
Изучение влияния феро- Изучение особенностей ре- Отлов клеевыми ловушками с разным соотношением Всеядная (n=140 ), розанная и пестро монного фона на репродук- продуктивного поведения макро (цис-11/транс-11-ТДА) и микрокомпонентов (цис- золотистая (n=130 ) листовертки, яб тивное поведение. самцов и самок разных фено- 11/транс-11-тетрадеценолов). Выставление самок в ло- лонная плодожорка (n=25).
типов, изучение влияния фе- вушках в природном биоценозе. Каждый вариант опыта ромона на поведение имаго не менее чем в 3-5-кратной повторности. Лабораторные и другого вида. полевые наблюдения за поведением самцов около самки.
Изучение особенностей Определение схемы наследо- Лабораторное разведение культуры с 1998 г. Попарное 620 пар, вскрытие более 700 всеядной биологии и репродуктивно- вания признаков и их влияние содержание самцов и самок в чашках Петри в течение листовертки. Кормовые растения: ябло го поведения особей поли- на биологические показатели всей жизни особей. Групповое разведение гусениц от ка- ня, груша, слива, сирень, смородина, морфного вида. при развитии на разных кор- ждой родительской пары на определенной виде кормово- вишня, малина. Сбор феромона от мовых растениях. Определе- го растения. Вскрытие самок, подсчет яиц во всех клад- самок всеядной и 22 самок дымчатой ние влияния фенотипа на со- ках. Сбор феромона методом прокачивания воздуха над листоверток.
став феромона и половую ак- призывающими самками. Анализ феромона методом га тивность. зово-жидкостной хроматографии в лаборатории карбо циклических соединений ИНХС им. А.В. Топчиева.
Подтверждение гипотезы о Анализ локуса 1 цитохромок- Выделение мтДНК из образцов по методике Sperling, Листовертки: всеядная 25 экз., дымчатая единстве вида, применение сидазы мтДНК (СО1). Hickey, 1995, с изменениями. ПЦР проведена по протоко- 7 экз., плодовая 4 экз., лещинная и пест новых методов в сравни- лу, приведенному в работе Kruse, Sperling, 2002. Секве- розолотистая по 2 экз., розанная и боя тельном анализе составов нирование проведено в Центре секвенирования ИМБ им. рышниковая по 1 экз.
феромонов родственных В.А. Энгельгардта и Кабинете методов молекулярной видов. диагностики ИПЭЭ им. А.Н. Северцова.
Статистическая обработка ма- Стандартные методы для биологических исследований, териала программа Stadia 4.1, показатели µ и h популяционного разнообразия по Л.А. Животовскому (1982).
Глава 2. Особенности репродуктивного поведения, полиморфизма и хемокоммуни кации у низших чешуекрылых В главе дан обзор проблемы изучения репродуктивного поведения, генетических и фенотипических основах полиморфизма и его роли в формировании популяций у насеко мых. Проанализированы работы, в которых исследовались особенности репродуктивного поведения чешуекрылых и, особенно, листоверток, в аспекте феромонной коммуникации полов. Рассмотрен вопрос о влиянии кормового растения и абиотических факторов среды на полиморфизм и репродуктивное поведение чешуекрылых.
Понятие поведения, как целостной системы соподчинения простых и сложных дей ствий, разработано для позвоночных животных в работах Л.В. Крушинского (1977) и др.
Поведение, которое обеспечивает взаимодействие между особями популяции, было на звано «социальным поведением» и, по мнению некоторых исследователей, может форми ровать этологическую структуру популяций (Панов, 1983). В этой системе важная роль принадлежит репродуктивному поведению, обеспечивающему связь поколений. При изу чении особенностей репродуктивного поведения беспозвоночных исследователи часто сводят его к половому поведению (French et al., 2004;
Hall, 2005, и др.). Некоторые иссле дователи изучали репродуктивное поведение как процесс поведения самок при откладке яиц или приравнивали к агрегационному поведению, способу локализации мест для спари вания, репродуктивной изоляции среди видов-двойников (Gupta, Thorsteinson, 1960;
Papaj, 2000;
Robert, 1971, и др.). Роль репродуктивного поведения как фактора поддержания раз нообразия на популяционном и биоценотическом уровнях не раскрыта.
Трофические связи между насекомыми-фитофагами и их кормовыми растениями играют ведущую роль в жизнедеятельности, как отдельных насекомых, так и популяции в целом (Злотин, 1986). Фитофаги отличаются по своей способности использовать растения из-за разной скорости потребления пищи, эффективности ее переваривания и детоксикации вредных веществ (Ижевский, 1974;
Баранчиков, 1987;
Futuyma, Peterson, 1985). Поэтому предполагается, что различия между видами вскрывают результат эволюции, в то время как вариации внутри популяции являются исходным материалом для эволюционного про цесса (Via, 1990). Итоговым показателем существования таких различий может служить масса куколок. Для многих видов насекомых показана линейная зависимость плодовитости от массы куколки (Honek, 1993). Однако для чешуекрылых зависимость более сложная и слабо изучена (Leather, 1988).
Особое внимание при анализе литературы уделено явлению полиморфизма, по скольку на нем базируется с одной стороны эволюция, как крайнее проявление изменчи вости, с другой стороны устойчивость биологических систем. Различия между видами од ного рода, прерывистое и непрерывное разнообразие представителей одного вида можно отнести к полиморфизму в широком смысле слова (Берг, 1957). Полиморфизм, в узком смысле – это сосуществование в динамическом равновесии двух или более морфофизио логически различимых форм в пределах популяции (Тимофеев-Ресовский и др., 1977). При изучении внутрипопуляционного полиморфизма, было показано существование особей, использующих разную стратегию адаптаций в гетерогенной окружающей среде – специа листов и генералистов. Насекомые-специалисты, это особи использующие стратегию «мелкого зерна», генералисты – «крупного» (Сергиевский, 1988). Ключевым моментом при изучении полиморфизма является выделение в общей изменчивости каких-либо при знаков-маркёров генотипа, которые могут характеризовать степень полиморфизма популя ции (Яблоков, Ларина, 1985). Изучались механизмы поддержания гомеостаза полиморф ных популяций (И.И. Шмальгаузен, 1968;
Алтухов и др.,1996;
Dobzhansky, 1970;
Frolov, 1995). Один из возможных механизмов поддержания внутрипопуляционного разнообразия, когда селективные преимущества обеспечивает и генерализованная, и специализированная стратегия использования кормового растения, предложен А.Н. Фроловым (1991). Однако комплекс механизмов, взаимодействующих в системе полиморфизм - репродуктивное по ведение и их значимость в формировании структуры популяций оставались без должного внимания. Нет данных о различиях в половом поведении особей одной полиморфной по пуляции, в том числе, не изучено влияние близкородственного скрещивания на изменения в репродуктивном поведении.
Для исследования репродуктивного поведения часто используют насекомых в силу сочетания высокой организации и коротких жизненных циклов. У листоверток (Lepidop tera: Tortricidae) жизнедеятельность имаго почти полностью подчинена поиску полового партнера и оставлению потомства (Скиркявичус, 1986;
Charlton, Card, 1990). Поиск осо би противоположного пола у этих видов осуществляется на основе химических сигналов – половых феромонов, выделяемых самками (Джекобсон, 1976;
Roelofs, Brown, 1982). Пред ложены классификации феромонов по составу и соотношению компонентов (Ando et al., 1981;
Roelofs, Card, 1977). Исследован механизм биосинтеза компонентов в железах самок (Morse, Meighen, 1987). Изучена изменчивость состава феромона у насекомых из разных точек ареала (Toth et al., 1992). Однако роль феромонов в репродуктивном поведении сам цов и самок, стратегия использования химических сигналов в биоценозе, влияние на структуру популяции изучена не достаточно. Приводятся противоречивые данные по воз можному влиянию генотипа на вариабельность феромонных составов. Не раскрыта роль феромонного фона сообщества в процессах структуризации внутри- и межвидового раз нообразия и, особенно, его влияние на поведение самок.
Глава 3. Полиморфизм, хемокоммуникация и роль репродуктивного поведения в поддержании внутривидового разнообразия и структуры популяций листоверток Полиморфизм репродуктивного аппарата листоверток. Современная филогения и систематика низших чешуекрылых основана на анализе комплекса морфологических при знаков, связанных с внешней морфологией, в том числе, с репродуктивным аппаратом (Кузнецов, Стекольников, 2001). Поэтому из 30 морфологических характеристик, выбран ных для разделения североамериканских видов рода Archips (Hbn.), 12 признаков связаны с половым аппаратом самцов и самок (Kruse, Sperling, 2002). Существует мнение, что не по лиморфных видов чешуекрылых не существует (Robinson, 1971). Например, известен по лиморфизм в цветовой вариации куколок Choristoneura fumiferana (Clem.). Нами показа но, что у листоверток подсемейства Tortricinae различия в особенностях строения генита лий существуют не только на видовом, но и на внутривидовом уровне (Сафонкин, 1987).
У листоверток в роде Aphelia (Hbn.) тимофеечная листовертка Aphelia paleana (Hbn.) и A. unitana (Hbn.) рассматриваются как отдельные виды (Кузнецов, 1978). Нами выявлен ряд переходных форм от строения эдеагуса, характерного для A. paleana, через увеличение числа дорсальных шипиков до строения эдеагуса, сходного с таковым для A.
unitana (рис. 1, 1,2), что позволяет считать существующие различия как проявление внут ривидового полиморфизма у вида тимофеечной листовертки (Сафонкин, 1989).
Рис. 1. Схема строения эдеагусов лис товерток: Aphelia unitana (Hbn.) с зубчика ми на дорсальной стороне (1) и тимофееч ной - A. paleana (Hbn.) (2);
пестрозолоти стой Archips xylosteana (L.) без отростка (3) и с отростком (4);
ивовой кривоусой листо вертки Pandemis heparana (Den. et Schiff.) (5). (1, 2, 5 – по Кузнецову, 1978, с измене ниями;
3, 4 – ориг.). К – корнутусы, В – ве зика.
Гетерогенность по деталям строения эдеагуса выявлена у самцов пестрозолотистой листовертки Archips xylosteana (L.) (рис. 1, 3,4;
рис. 2) (Сафонкин, 1989). При отлове ат трактантными ловушками были обнаружены самцы, имеющие отросток на левой стенке эдеагуса и не имеющие такового. Позднее была отмечена изменчивость в количестве зуб цов на эдеагусе у ивовой кривоусой листовертки Pandemis heparana (Den. et Schiff.) (Коз лов, 1991) (рис. 1, 5).
Рис. 2. Эдеагус пестрозолотистой листовертки Archips xylosteana (L.), сканирующий микроскоп (ориг.). Виден от росток левой стенки. Масштаб 100 мкм.
Наиболее полно была изучена морфология гениталий у всеядной листовертки Ar chips podana (Scop.) (Сафонкин, 1987, 2000). Окраска крыльев у имаго всеядной листоверт ки позволяет разделять особей по полам. Более тонкие различия фенотипической структу ры вида связаны с репродуктивным аппара том имаго (рис. 3).
Рис. 3. Схема строения эдеагуса у самцов всеядной листовертки Archips podana (Scop.): 1- фенотип «А», 2- фенотип «Б», 3 фенотип «АБ», 4- фенотип «0» и фотографии зубцов, в световом (5) и сканирующем (6, 7) микроскопе (ориг.);
5- зубцы «А», «Б» (фе нотип «АБ»);
6 – зубец «Б»;
7 – зубец «А»;
К – основания корнутусов на схеме и корнутусы целиком на фотографии (5);
В – везика. Масштаб: 5 - 50 мкм, 6 –10 мкм, 7 –100 мкм.
5 6 Считалось, что всеядная листовертка характеризуется эдеагусом с зубцом на вер шине (Кузнецов, 1978). Т.В. Иванова и Э.Р. Мыттус (1986) обнаружили самцов, на эдеагусе которых был латеральный зубец, и предложили маркировать самцов с данными различия ми индексами «А» и «Б». Проведенный нами сравнительно-морфологический анализ гени талий самцов показал, что вид в действительности характеризуется не двумя, а четырьмя фенотипами (Сафонкин, 1987).
Фенотип «А» — зубец расположен на конце эдеагуса и направлен книзу (рис. 3, 1, 7). 2. Фенотип «Б» — зубец расположен на левой стенке эдеагуса, приблизительно на от вершины (рис. 3, 2, 6). 3. Фенотип «АБ» — на эдеагусе имеются два зубца: один на конце и другой на левой стенке, сбоку (рис. 3, 3, 5). 4. Фенотип «0» — на эдеагусе зубцы отсут ствуют (рис. 3, 4).
Анализ изменчивости признака показал, что зубцы могут различаться в размерах.
Выявлены особи, относящиеся к любому из трех первых фенотипов, у которых зубцы бы ли раздвоены (как у вентрального, так и у латерального зубца) или было два – три отдель ных зубца (только для латерального зубца).
Известно, что механизмы ключ-замок во внутренних гениталиях низших чешуекры лых могут представлять собой таксономические признаки (Мikkо1а, 1988). Поэтому, в ка честве источника возможных полиморфных структур, по аналогии с известным у самцов, нами были изучены особенности антрума самок всеядной листовертки. (Сафонкин, 2000).
В совокупительной сумке, на внешней стороне изгиба антрума, перед началом дуктуса, от мечены выступающие кутикулярные структуры (рис. 4, 1, 2).
Рис. 4. Схема (1, 2) и фотографии (3, 4) расположения выростов на антруме самок всеядной листовертки (ориг.). 3 – сканирующий микроскоп;
4 – световой микроскоп. С – фенотип «С», L – фенотип «L», D – фенотип «D», Z – фенотип «Z», У – кутикулярное утолщение. Масштаб: 3 – 100 мкм, 4 – 10 мкм.
3 Выступы различаются расположением (по центру или ближе к правому краю), ко личеством (от 0 до 2), размером (от острого «зубца» до широкой «арки»). Таким образом, по морфологической вооруженности антрума можно выделить 4 фенотипа особей: «C» (central) - с выступом по центру (рис.4, 2,3), «L» (lateral)- с выступом сбоку (рис. 4, 2), «D» (double)- с двумя выступами (рис. 4, 2, 4), «Z» (zero)- с отсутствием выступов (рис. 4, 2).
Следует отметить, что размер и размещение выростов на поверхности антрума у самок, относящихся к группам «C» и «L», значительно варьирует не только у особей од ной генерации, но и у самок дочернего поколения от одной родительской пары.
Физиологическое значение выделенных морфологических признаков связано с про цессом копуляции. Зубец «Б» необходим для правильного направления эдеагуса вдоль ку тикулярного утолщения антрума (у) (рис. 4). Зубец «А» для фиксации эдеагуса в антруме, кутикулярные выросты – для упора эдеагуса. Благодаря зубцам везика эдеагуса располага ется напротив семенного протока и фиксируется на время, необходимое для передачи сперматофора. Отсутствие одного из зубцов может влиять на правильность расположения везики и протока относительно друг друга.
Митохондриальная наследственность у листоверток. Анализ изменчивости локу са I субъединицы цитохромоксидазы (COI) мтДНК используется в систематике насеко мых для выяснения филогенетических отношений у близкородственных видов, в т.ч. для разделения одного вида на несколько новых (Kruse, Sperling, 2001) или подтверждения возможности гибридизации (Deventro et al., 1998). Для подтверждения предположения о единстве вида, несмотря на существование морфологического полиморфизма, были про тестированы самцы и самки разных фенотипов всеядной листовертки. Анализ не выявил различий по локусу COI мтДНК. Не было выявлено изменчивости по локусу COI для дымчатой листовертки, собранной из районов, расстояние между которыми составляло 200 км. Отмеченные нами различия по данному локусу у розанной листовертки, возмож но, связаны с широким географическим распространением вида, т.к. нуклеотидная после довательность локуса у особей, собранных в пределах Московской области отличается от таковой для особей из США, взятой из GenBank.
Таким образом, анализ изменчивости локуса СОI мтДНК подтверждает существо вание внутривидовой изменчивости по морфологическим особенностям репродуктивного аппарата самцов и самок всеядной листовертки.
Генетические основы полиморфизма листоверток. Схема наследуемости признака у всеядной листовертки. Чешуекрылые, как хороший модельный объект, широко исполь зуются в исследованиях по изучению механизмов наследования признаков (см., например, сводку Robinson, 1971). Для подтверждения предположения, что признаки морфологиче ской изменчивости гениталий всеядной листовертки являются маркерами генотипических различий, был проведен ряд скрещиваний между особями разных фенотипов (Сафонкин, Куликов, 2001). Мы предлагаем обозначить аллель, ответственный за проявление морфо логического признака - зубца ("prong"), как Р. Следовательно, аллель, ответственный за признак "зубец А" - как Р1, "зубец Б" - Р2.
Таблица 2. Схема наследования признака «расположение и количество зубцов на эдеагусе» Р1 Р1 Р2 Р2 Р1 Р Генотип Фенотипы Генотип Р1 Р1 А АБ А, АБ Р2 Р2 АБ Б Б, АБ Р1 Р2 А, АБ Б, АБ А, Б, АБ В таблице 2 представлены возможные варианты появления особей определенного фенотипа в потомстве, если гены, ответственные за признак, расположены в аутосоме. По этой схеме в гомозиготном состоянии фенотипически может проявиться зубец либо на конце эдеагуса (Р1 Р1), либо сбоку (Р2 Р2), тогда как в гетерозиготе (Р1 Р2) проявляются оба зубца. Полученные в экспериментах результаты подтвердили данное предположение (табл.
3). Суммарная численность выборок потомства от самцов каждого фенотипа и размещение по классам предполагают практически 100%-ную вероятность того, что там, где в роди тельской паре были самцы фенотипов «А» либо «Б», в их потомстве представлены как свои фенотипы, так и промежуточный фенотип «АБ». В потомстве самцов «АБ» представлены особи трех фенотипов. Только в потомстве самцов «Б» был отмечен самец фенотипа «0».
В потомстве самок всех четырех анализируемых фенотипов представлены три ос новных фенотипа самцов. Это свидетельствует об отсутствии прямой связи между феноти пами самцов и самок. Тем не менее, отмечено увеличение доли самцов «Б» в потомстве са мок фенотипа «D» в отличие от потомства других самок. Фенотип самцов «Б» выступает в данном случае как антагонист остальным фенотипам, уменьшая их долю в потомстве. Тест 2 демонстрирует достоверное сходство соотношений фенотипа «Б» и остальных феноти пов в потомстве самок «С», «L», «Z» (2 1,45;
d.f. = 1;
р 0,20), а также высоко достовер ное отличие доли фенотипа «Б» в потомстве самок фенотипа «D» от таковой у других са мок ( 2 9,42;
d.f. = 1;
р 0,002).
На примере наследования цветовых форм у куколок, цвета глаз имаго у ряда низ ших чешуекрылых было показано, что гены, ответственные за исследуемые признаки, мо гут располагаться как в аутосоме, так и половой хромосоме (Robinson, 1971).
Таблица 3. Наследуемость морфологических признаков в дочернем поколении по родительским фенотипам самцов и самок всеядной листовертки Родительское Дочернее поколение, % (численность имаго**) поколение* Фенотип самцов А Б АБ А (6) 65.38 (17) 0 34.62 (9) Б (4) 0 85.11 (40) 12.77 (6) 2.12 (1) АБ (18) 30.43 (35) 8.70 (10) 60.87 (70) Фенотип самцов/самок А/С Б/L АБ/D 0/Z C (15) 31.69 (45) 26.06 (37) 41.55 (59) 0.70 (1) 44.36 (59) 18.05 (24) 27.28 (37) 9.77 (13) L(6) 37.5 (6) 12.5 (2) 50.0 (8) 46.66 (7) 26,27 (4) 26.67 (4) D(3) 13.33 (2) 60.0 (9) 26.67 (4) 66.67 (2) 0 0 33.33. (1) Z(4) 23.53 (4) 11.76 (2) 64.71 (11) 37.04 (10) 51.85 (14) 11.11. (3) * В скобках -число родительских пар.
** В скобках - число потомков данного типа скрещивания.
Характер распределения фенотипов потомков у всеядной листовертки от индивиду альных скрещиваний свидетельствует о расположении гена, контролирующего данный признак, в одной из аутосомных групп сцепления. При сцеплении признака с половыми хромосомами, в потомстве от скрещенного гомозиготного самца (ZZ) с гемизиготной сам кой (ZW) любого генотипа, можно было бы обнаружить только один генотип. Это не со ответствует результатам скрещиваний, так же как и присутствие в потомстве гетерозигот ных особей самцов всех трех фенотипов.
Итак, морфологический критерий определенного фенотипа самцов - зубец на эдеа гусе - контролируется одним геном с двумя аллелями, расположенным в аутосомной груп пе сцепления. При этом признак "отсутствие зубцов" (0) соответствует признаку "зубец "Б", т.е. является крайним проявлением невыраженности данной структуры в фенотипе.
Для самок фенотипическое проявление признака «вырост антрума» связано с полигенным наследованием. Полученные результаты показывают, что выбранные признаки соответст вуют критерию фена (Яблоков, 1987) и, следовательно, являются маркерами для изучения внутрипопуляционной изменчивости.
Внутривидовое разнообразие всеядной листовертки по ареалу, стациям и времени массового лёта. Ф.Г. Добжанским было высказано предположение, что существует взаи мосвязь между изменчивостью и числом занимаемых ниш особями одной популяции (Dobzhansky, 1951). На Mytilus edulis (L.) (Сергиевский и др., 1997), Aedes caspius caspius (Pall.) (Ивницкий и др., 1984), Callosobruchus chinensis (L.) (George, Verma, 1997) показа на связь фенотипической изменчивости и различий в экологических характеристиках.
Для всеядной листовертки, как полиморфного вида, было предположено существо вание аналогичной зависимости (Сафонкин, 1989). Для характеристики популяции ин формативно использовать изменчивость индекса отношения количества особей фенотипа «Б» к бабочкам фенотипа «А». Существует клинальная изменчивость индекса по ареалу. В Брестской области соотношение особей фенотипа «Б» к особям фенотипа «А» составило 0,02, в Закарпатской и Московской областях до 1,0, а на юго-западе в Крыму и Зардоб ском районе Азербайджана до 36,0. Относительно высокое обилие самцов фенотипа «АБ» отмечено в центре ареала.
Значение индекса Б/А в смешанном саду 1, 0, 0, 0, 0, а я а я ня а ив н уш он в ло ло ли сл гр бл яб яб,с,я ня я ня ка ш ш ди ре ре че че Среднее обилие самцов по стациям смешанного сада Рис. 5. Значение индекса Б/А и среднее обилие самцов/ловушку самцов в условиях смешанного сада (Ботани ческий сад МГУ) (вертикальные линии Х±Sx).
ня ня я а а а он ив уш ив ло ло сл бл сл Различия в структуре популяции листо гр яб яб,я, ня я ня ка ш ш ре ди ре че че вертки по индексу Б/А проанализированы для разных стаций на небольшой территории. Так как для Ботанического сада МГУ характер ны стации с разными культурами, индекс Б/А сильно менялся в зависимости от места рас положения ловушек (рис. 5). В целом структура популяции на разных плодовых культу рах, расположенных на небольшой территории, соответствовала тому, что наблюдалось для тех же плодовых культур, занимающих большие пространства.
Гетерогенность в распределении особей разных фенотипов была отмечена и на территории с одной кормовой культурой – яблонями. В плодовом саду отмечены микро стации, где в течение нескольких лет преобладали самцы фенотипа «Б». Внутри них ин декс Б/А достоверно (Fфакт. Fтеор., р =0,05) превышал таковой по ловушкам, расположен ным вокруг очага. Были отмечены микростации, где преобладали самцы фенотипа «А».
Концепция адаптивной стратегии постулирует, что в пределах одного вида могут быть как группы особей «генералистов», так и группы особей «специалистов» (Сергиевский, 1988;
Via, 1990). Степень специализации насекомых разных фенотипов можно предположить, основываясь на дискретности или равномерности распределения особей по территории.
По данному критерию у всеядной листовертки фенотипы «А» и «Б» маркируют особей специалистов, а фенотип «АБ» – особей-генералистов, поскольку самцы последнего наи более равномерно распределены по территории.
Хотя самцы всеядной листовертки несколько различаются по своим адаптационным возможностям, общее увеличение обилия вида происходит за счет увеличения абсолютной численности самцов всех фенотипов. При возрастании обилия увеличивается конкуренция за обладание самками. Расчет коэффициент детерминации (dyx= -0,95, р0,01) по уловам в модельном саду показал, что с вероятностью 80% увеличение численности бабочек фено типа «А» отрицательно влияло на количество особей фенотипа «АБ» в той же учетной точ ке. В садах наибольшую силу влияния оказывала плотность особей «АБ» (dxy,z = -0,9, р0,05), и только в местах с преобладанием фенотипа «А» при низкой плотности популя ции сильнее влияло обилие самцов этого фенотипа (dxy,z = -0,84, р0,01).
Обнаружено, что положительная корреляция наблюдается только между обилием самцов «Б» и «0» (r=0,38, р=0,03). Отрицательная корреляция - между количеством самцов «Б» или «0», с одной стороны, и «АБ» или «А» - с другой (r= -0,71, р=0,0). Эти результаты не зависят от общего обилия самцов в исследуемых сборах. На основании анализа коэф фициента детерминации и корреляции обилия самцов разных фенотипов по ареалу для всеядной листовертки нами было предположено, что ген, ответственный за проявление морфологического признака «количество зубцов на эдеагусе», связан с комплексом генов, ответственных за половое поведение самцов.
У насекомых преобладают три группы мотиваций – выбор оптимальных условий обитания, поиск пищи, поиск полового партнера (Плеханов, Купрессова, 1984). Для имаго листоверток, т.к. они не питаются, основная жизнедеятельность заключается в поиске по лового партнера. Поэтому, из всех возможных факторов биохимического уровня мы вы брали наиболее важные для репродуктивного поведения листоверток, обеспечивающие хемокоммуникацию особей – феромоны. Поскольку увеличение доли бабочек фенотипа «Б» в уловах возникало вследствие уменьшения доли особей остальных фенотипов, было предположено, что существуют микрокомпоненты феромона, влияющие на привлечение самцов фенотипа «Б».
Роль поведенческих актов в репродуктивном поведении чешуекрылых. Особенно сти хемокоммуникации самцов разных фенотипов всеядной листовертки. Известно, что самцы листоверток способны привлекаться более широким кругом соединений класса ат трактантов, доз и соотношений входящих изомеров по сравнению с выделяемыми самка ми (Frerot et al., 1982). Самцы всеядной листовертки реагируют на аттрактанты, в котором соотношение макрокомпонентов цис-/транс-ТДА варьирует от 4:1 до 1:4. В уловах на все варианты синтетических аттрактантов можно обнаружить самцов любого фенотипа. На блюдения показали, что микрокомпоненты, а именно цис-11- и транс-11-ТДол, играют положительную роль в аттрактивности самцов всеядной листовертки (Сафонкин, Быков, 1995).
Рис. 6. Количество самцов всеяд ной листовертки, отловленных ловушка ми с различными составами и девствен количество самцов /ловушку ными самками (по результатам экспери ментов 1993-1996 гг.). По оси абсцисс – варианты опыта: 1 – макрокомпоненты цис-11/транс-11-ТДА 63:37, 1 мг;
2 – макрокомпоненты 1 мг + цис -11-ТДол, 1 2 3 4 0,05 мг;
3 - макрокомпоненты 1 мг + транс -11-ТДол, 0,05 мг;
4 - макрокомпоненты 1 мг + микрокомпоненты цис-11: транс 11-ТДол 63:37, 0,05 мг;
5 – контроль - девственные самки;
вертикальные линии Хср±Sср;
по оси ординат – количество самцов на ловушку за учет.
Количество самцов, реагирующих на трехкомпонентный аттрактант, содержащий микрокомпонент - цис-11-ТДол, на порядок превышает количество самцов, привлеченных на двухкомпонентный аттрактант, состоящий из цис-11-/транс-11-ТДА (рис. 6, ст. 1) и со поставимо с уловистостью самок (рис. 6, ст. 2 и 5). В два раза хуже привлекла смесь с до бавлением цис-11-/транс-11-ТДол, еще хуже добавка одного транс-11-ТДол (рис. 6, ст. и 3). Однако, при изучении привлекательности разных составов аттрактанта для имаго, были выявлены некоторые различия в аттрактивности самцов разных фенотипов. Для самцов фенотипа «Б» наиболее привлекательным был аттрактант, где количество цис спирта в смеси составляло 0,5% (рис. 7). В отличие от привлечения самцов фенотипа «Б», лёт самцов фенотипа «0» в ловушки отмечен при более высоких дозах спирта в аттрактан те, не меньше чем на 3 - 5% цис-11-ТДол в смеси.
Самцы фенотипа «А», также лучше реагируют на более высокое содержание спир та, причем увеличение доли цис-11-ТДола не превышает количество самцов, летящих на аттрактант, состоящий только из макрокомпонентов. Доля самцов фенотипа «А» с 25% до 50% в уловах повышается с увеличением количества транс-11-ТДола в аттрактанте от 0, до 20%. Для самцов фенотипа «АБ» различия в уловистости ловушек с разными аттрактан тами менее выражены.
Рис. Изменчивость в 7.
аттрактивности самцов всеядной листовертки 4-х фенотипов при разных количествах цис-11-ТДола в смеси. По оси абсцисс – количество цис-изомера спирта (в мг) в 3-, 4-х компонентных аттрактантах к мг макрокомпонентов;
по оси ординат - % самцов разных фенотипов в уловах.
По критерию привлекательности самцов к разным составам синтетического аттрак танта можно предположить степень специализации особей всеядной листовертки разных фенотипов. Самцы фенотипов «А» и «Б» относятся к насекомым-специалистам, поскольку они хорошо реагируют на 3 или 4-компонентные аттрактанты с преимущественным со держанием одного из микрокомпонентов. Самцы фенотипа «АБ» - к насекомым генералистам, одинаково хорошо привлекаемых аттрактантом, состоящим как из двух, так и из 3-4 компонентов.
Проведенные наблюдения за половым поведением самцов всеядной листовертки около капсулы с синтетическим аттрактантом, расположенной на открытой поверхности, выявили уровень сходства и различий между поведением самцов при восприятии ими за паха разных микрокомпонентов феромона. Аттрактант с добавкой транс-спирта, хотя и привлек 80% бабочек от общего количества прилетевших на аттрактант с добавкой цис изомера спирта, менял характер близкодистанционного полового поведения самцов, явля ясь менее "приспособленным" соединением для предкопуляционной фазы поведения.
Таким образом, в пределах нормы реакции на феромон, фенотипы маркируют сам цов, различающихся по восприятию соотношений микрокомпонентов.
Роль биохимической изменчивости состава феромона в репродуктивном поведении листоверток. Известно существование различий в составе половых феромонов у листо верток (Frerot et al., 1979) и совок (Лебедева и др., 2002) по ареалу. Для Ostrinia nubilalis (Hbn.) было показано, что продуцирование феромона определенного состава у самок из разных популяций не связано с поведенческим ответом на эти смеси самцов (Roelofs et al., 2002). Для ряда видов показана низкая изменчивость в составе феромонов в пределах од ной популяции (Lacey, Sanders, 1992), поскольку важным условием существования такой изменчивости считается отсутствие селективного пресса против широкого восприятия самцами запахов (Barrer et al., 1987).
Рис. 8. Хроматограмма состава полового феро мона всеядной листовертки от самок из панмик сической лабораторной популяции (а) и в до чернем поколении после инбридинга (б). TDA – тетрадеценилацетат, TDol – тетрадеценол, Z, E – цис- и транс-изомеры соответствующих компо нентов. По оси абсцисс – время удерживания вещества, по оси ординат – сила сигнала.
Анализ компонентного состава феромо на, собранного над девственными самками все ядной листовертки, показал наличие макрокомпонентов: цис-11-тетрадеценилацетатов (цис-11-ТДА) и транс-11-тетрадеценилацетатов (транс-11-ТДА) и микрокомпонентов:
цис-11-тетрадеценолов (цис-11-ТДол) и транс-11-тетрадеценолов (транс-11-ТДол) (Са фонкин, Триселева, 2003;
Сафонкин, Быков, 2006) (рис.8).
Было отмечено, что соотношение цис-11- и транс-11-ТДА меняется по годам на блюдений, но достаточно стабильно между вариантами эксперимента одного года. Соот ношение цис-11- и транс-11-ТДол значительно варьировало не только по годам, но и в ка ждом варианте опыта, отражая степень индивидуальных различий.
Эксперименты показали, что через генотип самцов передается наследственная ин формация о соотношении компонентов феромона у самок дочернего поколения, поскольку в потомстве самца-родителя фенотипа «АБ» (генотип Р1Р2) доля микрокомпонентов в фе ромоне самок больше, чем в потомстве самцов фенотипа «Б» (генотип Р2Р2) (табл. 4).
Был проанализирован феромон от самок, полученных в результате инбридинга (табл. 4, данные 2005 г.). Анализ выявил снижение доли спирта в феромоне самок дочерне го поколения от самцов фенотипа «АБ». Кроме того, если в феромоне самок, взятых из панмиксической лабораторной популяции, преобладал цис-11-ТДол, то при инбридинге увеличилось количество транс-11-ТДА и, соответственно, возросла доля транс-11-ТДол (табл. 4, рис. 8).
Таблица 4. Состав феромона самок дочернего поколения всеядной листовертки от самцов разных фенотипов Фенотип Соотношение изомеров, % самца- Микро:
транс - цис-11- транс- цис-11 родите- 11-ТДол ТДол 11-ТДА ТДА макро ля, * компо ненты 2002 г.** Б (1;
4) 45 - 100 2. 2003 г.
АБ (1;
3) 18.7 81.3 38.0 63.0 18. Б (2;
8) 25.7 74.3 37.2 62.8 4.48± 0. 2005 г.
АБ (1;
7) 90 10 50.1 49.9 3. Б (2;
9) 90 10 64.8 35.2 1.58± 0. Б (1;
6) 90 10 72.8 27.2 8. *- В скобках указано число повторностей и общее число самок в опыте.
**- По методу анализа цис- и транс- изомеры ацетатов и спиртов не разделены.
У другого исследованного вида - дымчатой листовертки (Choristoneura diversana), в феромоне самок выявлены только макрокомпоненты цис- и транс-изомеры тетрадеценаля (ТДАль). Феромоны содержали от 8,1 до 11,9% транс-ТДАль, что отражает степень инди видуальной изменчивости. Не обнаружено достоверных различий в компонентном составе феромона от самок, собранных в садах, расположенных на расстоянии 10 км.
Таким образом, разнокачественность феромонного сигнала в панмиксической попу ляции по соотношению макрокомпонентов варьирует у отдельных самок в пределах нормы реакции, а доля микрокомпонентов зависит от генотипа самца-родителя. При инбридинге у самок дочернего поколения меняет соотношение цис- и транс-изомеров макро- и микро компонентов феромона.
Репродуктивная активность имаго всеядной листовертки. Репродуктивная актив ность, определяемая как успех спаривания (по наличию сперматофора в копулятивной сумке самки) у имаго разных фенотипов различается (Сафонкин, 2000). Способность сам цов всеядной листовертки фенотипа «А» к спариванию с самками ниже, чем у самцов дру гих фенотипов. Самцы «Б» обладают повышенной половой активностью. Количество ус пешных спариваний имаго фенотипа «Б» по отношению к неоплодотворенным самкам со ставляет 2,6, в то время как у «АБ» - 1,9, у «А» - только 0,6. Оценка методом 2 наблю даемых различий по сопоставлению соотношения оплодотворенных и неоплодотворенных самок в скрещиваниях показала достоверное преимущество в спариваниях особей фено типов «Б» и «АБ» по сравнению с фенотипом «А» ( 2 4.07;
d.f. = 1;
р 0.05). Самцы фе нотипа «Б» в два- три раза активнее спариваются с самками фенотипов «L» и «D», чем с самками фенотипа «С».
В отличие от самцов и самок, взятых из разных линий лабораторной культуры, ус пех спаривания между особями внутри одной линии резко снижен. Оценка соответствия успеха скрещивания между особями разных линий и внутри одной линии по критерию показывает различие как в целом между успешными и неуспешными спариваниями осо бей в двух вариантах эксперимента, так и для самцов фенотипа «Б» (2 7,61, d.f.=1, p0,01). Изменения в соотношении цис-11- транс-11-изомеров феромона и активности по лового поведения имеют значение на популяционном уровне. Если происходит близкород ственное скрещивание, у особей дочернего поколения повышается уровень гомозиготно сти. В феромоне самок дочернего поколения от самцов фенотипа «Б» и «АБ» увеличивает ся доля транс-спирта. Такие самки в природном биоценозе начинают привлекать преиму щественно самцов фенотипа «А», что в целом повышает долю гетерозиготных особей в следующем поколении.
Следовательно, у всеядной листовертки аллели Р1 и Р2, ответственные за фенотипи ческое проявление исследуемого признака у самцов, являются не только маркерами разно го уровня максимальной чувствительности к наличию цис-11- или транс-11-тетрадеценола в половом феромоне, но и различий в половой активности самцов при спаривании.
Глава 4. Кормовое растение - фактор, модифицирующий систему репродуктивно го поведения листоверток.
Влияние кормового растения на морфологию феромонной железы. Влияние кормо вого растения на насекомое-фитофага значимо и влияет на морфологию, биологию особей и экологию популяций (Papaj, 2000;
Tuci et al., 1991). Однако результаты исследований по изучению влияния кормового растения на репродукцию и состав феромона, приводимые в работах разных авторов, противоречивы и требуют дополнительных исследований и уточ нений.
В эксперименте гусениц всеядной листовертки выкармливали на растениях яблони, сирени, сливы, груши и смородины. Наибольшие различия в объеме ядер клеток феромон ных желез (tфактtтеор, р= 0,04) получены между самками, развивавшихся на сливе (68,6±7, мкм2) и сирени (90,3±4,1 мкм2). Предполагается, что изменение размеров ядер коррелирует с интенсивностью биосинтеза (Иванович и др., 1991). Действительно, уменьшение размер ных показателей ядер клеток феромонной железы коррелировало с уменьшением количе ства привлекаемых самками самцов (13,3±8,2 самцов на самку со сливы, 30,1±5,2 с яблони и 42,1±11,9 с сирени (F=4,18;
d.f.=2, 37;
р0,05).
Т.о., после питания некоторым кормом меняется размер ядер клеток феромонной железы и, соответственно, репродуктивный успех самок.
Влияние кормового растения на морфологию сенсорного аппарата листоверток.
Известно, что у насекомых-фитофагов существуют различия в выборе определенного рас тения, связанные с сенсорной чувствительностью (Kogan, 1976). В исследованиях на тлях (Bernays et al., 2000) и саранчовых (Chapman, Lee, 1991) прослежена связь различий в пи тании и плотности популяции с количеством целоконических и коротких трихоидных сенсилл. На антеннах всеядной листовертки общее число сенсилл на членике у самцов, в отличие от самок, увеличивается при увеличении массы куколок (r=0,49, р=0,01). У самок, в отличие от самцов, не меняется численность целоконических, уменьшается число корот ких трихоидных сенсилл в ряду яблоня (34,8±1,2) - смородина - сирень - слива (28,1±1,2) (t=3,9, d.f.=11, p=0,003). Тенденция к уменьшению базиконических и ушковидных сенсилл первого типа, отмечена у самок, развивавшихся на смородине (Сафонкин и др., 2004).
Было проанализировано соотношение разных типов сенсилл между фенотипами самцов «Б» и «АБ» и самок дочернего поколения, являющихся потомками от самцов родителей тех же фенотипов. Самки от самцов фенотипа «Б» названы как самки (Б), от самцов фенотипа «АБ» – самки (АБ) (Триселёва, Сафонкин, 2006).
Однофакторный анализ показал, что фактор – генотип самца – имеет влияние на общее количество сенсилл на членике у самок (F1= 3,54, р=0,003) и самцов (F1= 3,56, р=0,004) в том числе на количество коротких трихоидных сенсилл у самцов, развивав шихся на сирени (F1=3,1, р=0,045).
У самок при развитии на сирени обнаружились различия между фенотипами (АБ) и (Б) в количестве коротких трихоидных сенсилл. При этом, также как и у самцов фенотипа Б, у самок (Б) их среднее количество на одном членике (27,61±0,94) достоверно меньше (р=0,0), чем у особей (АБ) (32,8±0,84). Были выявлены различия в ушковидных сенсиллах первого типа. Количество этих сенсилл, напротив, было выше у самок (Б) (4,12±0,15) по сравнению с самками (АБ) (2,59±0,13).
Сигналы от коротких трихоидных сенсилл необходимы для удерживания самок на той пище, которой питались гусеницы (Den Otter, 1980). У самок всеядной листовертки на некоторых растениях уменьшается количество коротких трихоидных сенсилл. Это один из возможных механизмов преодоления стрессовой ситуации после питания «менее ценным» кормовым растением, когда самкам необходимо разлетаться в поисках более подходящего для откладки яиц растения. Различия в количестве сенсилл у самцов и самок разных фено типов подтверждают реализацию стратегий "специалист" и "генералист" при расселении и поиске растений, оптимальных для дочернего поколения.
Влияние качества кормового растения на процессы развития всеядной листо вертки. У любого полифага, при всей его многоядности, широта диеты особей более уз кая, чем в целом для популяции (Fox, Morrow, 1981). В экспериментах с всеядной листо верткой отмечено достоверное (р=0,01) замедление развития преимагинальных стадий на 4-5 дней на груше и яблоне, в отличие от сирени (Сафонкин, 2000). Пересадка гусениц II – III возраста на новую кормовую культуру, моделирующая возможное расселение гусе ниц в природе, либо удлиняла (слива-яблоня, на 7 дней), либо укорачивала (яблоня смородина, на 6 дней) время личиночного развития. Удлинение развития в течение лета может совпасть по времени с переходом через критическую длину дня, после которой индуцируется диапауза (Заславский, 1978;
Bonnemaison, 1977). В экспериментах на все ядной листовертке, как и других поливольтинных видах (Шаров, Сафонкин, 1980), отме чена летняя личиночная диапауза в период развития второго поколения. Гусеницы III возраста во второй половине лета остаются в листьях, но практически не питаются, а на зимовку уходят осенью. Эта диапауза является факультативной, поэтому регулируется совместным действием фотопериода, температуры и питанием гусениц в I-II возрастах.
До наступления летней диапаузы сезонное изменение качества листьев либо аналогич ный этому переход на новый корм синхронизирует сроки окукливания и, соответственно, отрождения имаго.
Репродуктивные стратегии самок листоверток трибы Archipini. Репродуктивная система самок листоверток характеризуется единым планом строения (Musgrave, 1937), но общая плодовитость самок зависит от репродуктивной стратегии. К- либо К/r- стратегия характерна для моновольтинных видов самок пестрозолотистой, розанной и боярышнико вой листоверток (табл. 5). Самки откладывают мало яиц, которые проходят период зимней диапаузы. Поскольку откладка зимующих яиц требует от самок больших энергетических затрат, связанных с выделением защитной белковой оболочки вокруг яиц, размер кладок не велик. Для дымчатой листовертки характерен переход к зимовке диапаузирующих гу сениц первого возраста.
В отличие от выше рассмотренных видов, для всеядной листовертки характерна «классическая» r-стратегия, характеризующаяся откладкой большого количества (с опти мумом в 300-600) яиц, в которых сразу начинается процесс эмбриогенеза (табл. 5).
На репродуктивную стратегию самок поливольтинного вида влияют сроки разви тия генерации. Так, для всеядной листовертки характерна достоверная разница по средней массе куколок между первым и вторым поколениями (tфакт. tтеор., р0,001). Общая плодо витость самок с разных растений коррелирует с массой куколки (r=88,4%;
d.f.=6;
p=0,004).
Таблица 5. Особенности репродуктивной стратегии самок листоверток трибы Ar chipini Вид Стратегия Количество Общая Зимняя диа- Количество зрелых яиц плодови- пауза поколений в самке тость К/r-отбор 100 На стадии яйца Одно Archips 67,0±4, rosana (L.) К/r-отбор 100 На стадии яйца Одно A. xylos- 40,2±9, teana (L.) К-отбор 40 На стадии яйца Одно A. cratae- 36,7±4, gana (Hbn.) 244,2±30,2 300-600 Гусеница III Два-три A.podana r-отбор возраста (Hbn.) К/r-отбор 90 Гусеница I воз- Одно Choristoneura 36,2±3, раста diversana (Hbn.) Таким образом, в отличие от моновольтинных видов, всеядная листовертка, имея несколько генераций в сезоне, сильнее подвержена влиянию кормового растения на ско рость развития гусениц и плодовитость самок.
Влияние кормового растения на фенооблик популяции полиморфного вида. У всеяд ной листовертки были исследованы изменения в структуре популяции, возникающие в свя зи с питанием гусениц на «непрогнозируемом» ими кормовом растении.
Показатели внутрипопуляционного разнообразия (µ) и доли редких форм (h) вы явили среди кормовых растений виды с разной степенью пригодности для развития лис товерток весеннего и летнего поколений. В первом поколении разнообразие фенотипов, например на сливе, относительно меньше (1,99±0,76), чем во втором (3,76±0,20). На смо родине разнообразие фенотипов после зимовки гусениц выше (µ = 3,90±0,30 в весеннем и 1,20±0,50 в летнем поколении). Степень подготовленности конкретной гусеницы к пере живанию неблагоприятных условий во многом определяется питанием определенным кормовым растением. Двухфакторный анализ показал, что, хотя до 80% фенотипической изменчивости зависят от генетической изменчивости (h2) (F=10,58, d.f.= 6, 24, p=0,0), на модификационную изменчивость, зависящую от питания гусениц, приходится до 4% (F=7,34, d.f.=4, 24, p=0,0007). Следовательно, фенотипический состав популяции может зависеть и от питания гусениц на том или ином растении.
Адаптационные возможности фенотипов на разных кормовых растениях. Фено типы у всеядной листовертки являются маркерами степени различий в адаптационных возможностях особей. Критерием адаптационных различий была выбрана масса куколок, которая в значительной мере обеспечивает репродуктивный потенциал имаго.
Рис. 9. Средняя масса куколок сам цов всеядной листовертки, фенотипов 60, средняя масса, мг 50, А, Б, АБ в весеннем (1) и летнем (2) 40, поколениях (в мг;
Х±Sх по всем рас 30, 20, тениям в эксперименте и выборочно на * ** ** * ** ** 10, яблоне – смородине). * : ** - достовер 0, 2, яблоня 1 2 2,смородина ность различий р 0,05.
поколение Эксперимент был основан на изучении зависимости массы куколки определенного фенотипа после питания гусеницы на конкретном виде кормового растения. Для этого гусениц из индивидуальных кладок от родительских пар определенных фенотипов расса живали на все виды растений, используемые в эксперименте, создавая эффект «неопреде ленности» питания в дочернем поколении.
Большие различия по массе куколок после питания гусениц на разных растениях отмечены для самцов насекомых-специалистов «А» и «Б» (генотипы Р1Р1 и Р2Р2), особенно в летнем поколении (рис. 9). Для насекомых фенотипа «АБ» (гетерозиготный генотип Р1Р2), использующих генерализованную стратегию адаптации, характерны средние показа тели по массе куколок. Следовательно, адаптационные возможности насекомых специали зированных фенотипов сильнее зависят от качества кормового растения.
Как было показано выше, на уровне хемокоммуникационного канала у всеядной листовертки фенотипы «А» и «Б» являются маркерами "специалистов", а фенотип «АБ» "генералистов". Отмеченные различия по массе куколок при питании гусениц на разных растениях подтверждают этот вывод.
Следовательно, растения являются фактором модификационной изменчивости. При питании на определенном кормовом растении, меняется морфология сенсорной, пищева рительной и репродуктивной систем органов, длительность развития преимагинальных стадий и плодовитость самок, в результате чего модифицируется внутривидовое разнооб разие полиморфного вида.
Глава 5. Репродуктивное поведение, феромонный фон и видовое разнообразие со общества листоверток В природном биоценозе особи находятся во взаимоотношения с другими видами насекомых, в том числе и с теми, которые осуществляют свое репродуктивное поведение на основе аналогичных химических соединений. В работах приводятся противоречивые данные по способности самок ощущать запах феромона собственного вида. У некоторых видов антенна самок откликается на стимуляцию запахом феромона (Скиркявичус, 1988), у других – нет (Hansson, 1995). На Choristoneura fumiferana (Clem.) было показано усиление двигательной активности самок под влиянием феромона своего вида (Sanders, 1987). Воз можное влияние запаха иного вида на репродуктивное поведение самок не изучалось.
Влияние феромонного фона на половое поведение самок листоверток. Межвидовые отношения у розанной и пестрозолотистой листоверток были изучены в плодовых садах степного отделения Никитского ботанического сада (Крым) и яблоневых садах Москов ской области (Safonkin, 1998). Показано, что половые феромоны самок (или отдельные компоненты феромона) одного вида влияют на половое поведение самок другого вида, вследствие восприятия ими запаха феромона. В экспериментах по изучению взаимовлия ния феромонов при совместном содержании розанной и пестрозолотистой листоверток от мечено 2-35 кратное уменьшение количества привлеченных самцов самками этих видов.
Обнаружено, что время восприимчивости самок к запаху феромона иного вида, лежит в пределах до 24 часов после отрождения их из куколок.
Обилие этих видов в биоценозе также сказывается на репродуктивной активности самок. При высокой плотности обоих видов молодые самки розанной листовертки при влекли самцов в 4 раза меньше (t факт tтеор, р= 0,01), чем самки возрастом около суток. При низком обилии исследуемых видов аттрактивность самок этого вида практически не уменьшается. Отрицательное влияние на привлечении самцов при взаимодействии самок двух видов сильнее проявляется у пестрозолотистой листовертки. При высоком обилии ат трактивность однодневных самок розанной листовертки снижается в 1,7 раза, пестрозоло тистой – в 6,5 раз (t факт tтеор, р= 0,01).
В проведенных нами экспериментах отмечена тенденция к снижению отрицатель ного влияния запаха феромона при визуальном контакте самок, т.е. содержании розанной и пестрозолотистой листоверток в одном садке. Контактирующие между собой молодые самки двух видов привлекли в 2 раза больше самцов (розанная – 14,0±7,99, пестрозолоти стая – 2,0±1,46), чем выставленные в спаренных садках (7,22±2,47 и 0,67±0,44, соответст венно).
Возраст самок влияет и на синхронизацию процесса выделения феромона самками двух видов во время их репродуктивной активности. Для самок, возраст которых был бо лее 12 часов, помещенных в один садок (или спаренные садки в одной ловушке) корреля ция в привлечении самцов составляет от -0.53 до -0.68. Коэффициент детерминации (dxy) составил от 25% до 50%, что свидетельствует о значительном влиянии феромона в про цессе подавления репродуктивного поведения имаго. Для молодых самок, выставленных в эксперимент сразу после отрождения, корреляции становятся положительными: от 0.33 до 0.56. Следовательно, самки даже разных видов в группе ориентируются на синхронное выделение феромона. Синхронное выделение феромона у самок одного вида снижает энергетические затраты имаго при привлечении самцов, что важно на популяционном уровне. Синхронизация выделения феромонов самками разных видов, несмотря на боль шее взаимное подавление привлекательности, свидетельствует об общебиологической значимости эффекта группы в репродуктивном поведении чешуекрылых.
Как показано выше, при одновременном выделении феромонов близкородственны ми видами происходит ингибирование аттрактивности самок. Поэтому, в связи с необхо димостью сохранения нормального полового поведения особей, на запахи феромонов, присутствующих в биоценозе, могут реагировать не только самцы, но и самки. Лабора торные эксперименты показали, что поведенческий ответ молодых самок на запах феро мона выражался в большей подвижности и уменьшении времени нахождения в позе при зывной активности (Сафонкин, 1991). В естественных условиях запах феромона стимули рует самок к разлету из мест отрождения, особенно при повышении плотности. Ограниче ние передвижения приводит к снижению аттрактивности бабочек. Однако прямые контак ты самок играют положительную роль, снижая степень взаимного подавления аттрактив ности. Плотность популяции влияет и на активность самцов. При повышении плотности популяции и в конце массового лёта видоспецифичность восприятия самок самцами по нижается. Так, самцы розанной листовертки в конце массового лёта залетали в ловушки с самками пестрозолотистой листовертки в 6 раз чаще, чем в контрольные, без самок. Сни жение уровня видоспецифичности восприятия запаха полового феромона является одним из механизмов поиска конспецифичной самки в непредсказуемых условиях среды.
Влияние феромонного фона на половое поведение самцов листоверток. Изучение сезонной динамики численности и суточной динамики половой активности 90 видов лис товерток в плодовых садах показало, что лёт многих видов перекрывается (Сафонкин, 1989). Поэтому сезонные и суточные циклы лёта не могут обеспечивать полную предко пуляционную репродуктивную изоляцию, особенно для массовых видов, обитающих в од ном биотопе. Например, половая активность самцов яблонной плодожорки начиналась до захода солнца, через час наступал пик активности. Половая активность самцов всеядной листовертки начиналась после захода солнца и достигала своего максимума через 2 часа.
Лёт самцов ивовой кривоусой листовертки также начинался после захода солнца. Таким образом, эти виды одновременно активны в течение трех - четырех часов после захода солнца.
Обзор литературы по изучению роли половых феромонов в репродуктивной изоля ции насекомых приведен в работе Р.Т. Карде (Card, 1987). Известно несколько типов влияния дополнительных соединений на аттрактивность синтетических смесей, в том чис ле ингибирование и синергизм. Например, Dichrorampha plumbana Sc. и D. petiverella L., обитают на одних и тех же растениях. D. plumbana летит на цис-9-/транс-9-ДДА, самцы же D. petiverella абсолютно не реагируют на эти вещества, но хорошо привлекаются трех компонентной смесью цис-9-/ транс-9-ДДА : транс-11-ТДА в пропорции 0,5 : 0,5 : 2, по 4,5±1,1 самца/ловушку и одним транс-11-ТДА по 3,3±0,7 самца в ловушку (Сафон кин, Булеза, 1988). Эти составы не привлекли ни одного самца D. plumbana. Следова тельно, вещество транс-11-ТДА, являясь макрокомпонентом феромона D. petiverella, одновременно несет функцию ингибитора аттрактивности для самцов D. plumbana. То есть ингибирующий эффект определенного компонента может быть главным фактором предкопуляционной изоляции, как показано и для других групп чешуекрылых (Quero, Baker, 1999). Биологическое значение эффекта синергизма компонентов феромонов на поведение имаго других видов в естественном биоценозе не изучено.
Нами было показано, что в стабильном биоценозе половое поведение самцов доми нирующих видов листоверток, осуществляющих репродуктивное поведение в течение од ного и того же времени и не конкурирующих за пищу, мало или совсем не ингибируется феромоном другого вида. Феромонный фон, создаваемый запахом макрокомпонентов фе ромонов доминирующих видов, может даже стимулировать половое поведение особей других видов в поисках самок (Сафонкин, 1988).
В плодовых садах с помощью ловушек с аналогами феромонов было проведено ис следование влияния феромонного фона на поисковую активность самцов яблонной плодо жорки, всеядной и ивовой кривоусой листоверток (Safonkin, 1993).
Эксперименты показали полное отсутствие привлечения самцов ивовой кривоусой листовертки в ловушки, в которые были одновременно помещены капсулы с аттрактанта ми для этого вида и всеядной листовертки. При этом аттрактивность самцов всеядной лис товертки не уменьшалась.
120 -0,2014x y = 173,23e % 0 1 2 3 4 5 6 варианты опыта Рис. 10. Усиление поисковой активности (по количеству отловленных ловушками имаго) самцов всеядной листовертки под действием запаха аттрактанта для яблонной пло дожорки, транс-8,транс -10-ДДА. Варианты опыта цис-11-/транс-11-ТДА 63:37, 1 мг и транс-8,транс -10-ДДА, 1 мг в капсулах как: 1) смесь в одной капсуле;
2) капсулы плотно соединены;
3) капсулы на расстоянии 3-5 см в одной ловушке;
4) аттрактанты в отдель ных, но соединенных ловушках;
5) ловушка с аттрактантом всеядной листовертки и кап сулой с аттрактантом яблонной плодожорки на расстоянии 50 см;
6) то же на расстоянии 100 см. По оси ординат – количество привлеченных в ловушки самцов всеядной листо вертки в % от контроля (100%) – уловов самцов ловушками с аттрактантом для всеядной листовертки.
Неоднозначные эффекты отмечены при взаимодействии феромонов яблонной пло дожорки и всеядной листовертки. На близком расстоянии между капсулами с синтетиче скими аналогами половых феромонов был отмечен эффект усиления поисковой активно сти. При выставлении на расстоянии 50-100 см – эффект ингибирования (рис. 10). Коэф фициент dxy показывает, что для некоторых вариантов эксперимента имеется более чем 50% вероятность увеличения количества отловленных бабочек всеядной листовертки, ко гда плотность популяции яблонной плодожорки возрастает. В некоторых случаях зависи мость отлова бабочек от плотности популяции другого вида достоверно (tr факт.tr теор., p 0,05) подтверждала факт их взаимовлияния. В одном модельном ряду, где корреляция со ставляла в среднем -0,51±0,35, были большие различия в количестве отловленных самцов между учетными точками. При пересчете корреляций для тех ловушек, где плотность ба бочек была более 20 на ловушку, корреляция между числом отловленных самцов яблонной плодожорки и всеядной листовертки составляла 0,99±0,66 (tr факт.tr теор., p= 0,001).
Увеличение обилия всеядной листовертки и яблонной плодожорки не приводит к усилению конкуренции. Более того, одновременное воздействие гусениц этих видов на плоды и листовую поверхность снижает защитные реакции деревьев, что облегчает про цесс питания на таких субстратах (Barbara et al., 1994). Как было показано выше, при од новременном наличии в воздухе запахов феромонов яблонной плодожорки и всеядной листовертки, увеличение активности показано только для самцов всеядной листовертки.
Это связано с тем, что репродуктивная активность яблонной плодожорки начинается еще до захода солнца, когда самцы еще не сталкиваются с запахом феромона всеядной листо вертки. В противоположность этому, самцы всеядной листовертки уже в начале суточной половой активности могут чувствовать запах феромона яблонной плодожорки. Поскольку активность самцов начинается раньше призывного полового поведения самок, ответ на любой, но постоянно присутствующий в биоценозе запах класса аттрактантов стимулиру ет самцов к более раннему поиску, что позволяет им быстрее найти самок своего вида.
В дочернем поколении количество потомков от самки ограничивается числом от ложенных ею яиц, в то время как количество потомков от самца зависит от того, сколько самок он оплодотворил. Таким образом, самки становятся лимитирующим фактором, что может лежать в основе рассмотренного выше явления повышения половой активности самцов. Способность части самцов одной популяции усиливать поисковую активность под влиянием запаха феромона иного вида, дает им преимущество перед другими особями той же популяции, ведущими поиск самок только под воздействием видоспецифичного запаха. Следовательно, макрокомпоненты феромона могут быть значимым фактором влияния на видовое разнообразие сообщества листоверток.
Глава 6. Тенденции по изменению системы репродуктивного поведения в эволюции листоверток Для изучения родственных отношений таксонов в семействе листоверток исполь зуют признаки функциональной морфологии брюшка самцов (Кузнецов, Стекольников, 2001). На основе изменений в скелете полового аппарата самцов и степени редукции гени тальных мышц, были предложены схемы происхождения таксонов листоверток на уровне триб (Кузнецов, Стекольников, 2001). По этим критериям представители семейства Tortri cidae разделены на три исторически давно дивергировавшие и эволюционирующие в раз ных направлениях подсемейства: Tortricinae, Chlidanotinae и Olethreutinae. Сопоставление филогенетических отношений на основе морфологических признаков и состава феромо нов выявило ряд закономерностей (рис. 11) (Сафонкин, 2007). Наиболее архаичной счита ется триба Polyorthini, входящая в подсемейство Chlidanotinae. В феромон представителей этой трибы входят цис-11-гексадеценилацетаты. В архаичной надтрибе Cochylidii подсе мейства Tortricinae основными компонентами феромонов являются вещества с 14 членными углеродными цепочками. В наиболее модифицированной и специализирован ной трибе Cochilini начинают преобладать транс-изомеры веществ.
Рис. 11. Филогенетические отношения в семействе листоверток на основе функ циональной морфологии брюшка (по Кузнецову, Стекольникову, 2001, с изменениями) и состав феромонов. Цифры: 12, 14, 16 – длина углеродной цепочки компонентов феромона с одной двойной связью, 12* - с двумя двойными связями. Z- в феромоне отмечены только цис-изомеры;
- цис-изомеры преобладают над транс-изомерами;
= - цис- и транс- изо меры в равной пропорции;
- транс-изомеры преобладают над цис-изомерами. Цифры за названием триб – количество видов, у которых известен состав феромона или аттрактанта.
Аттрактанты в надтрибе Cnephasiidii в основном являются соединения с 14 членными углеродными цепочками, с преобладанием цис-изомеров. У представителей трибы Cnephasiini, которая является более продвинутой, чем триба Archipini, в феромоне самок нескольких видов появляются соединения с 12-членной углеродной цепочкой, а самцы одного вида реагируют на транс,транс-8,10-ДДДА.
Несколько в стороне от остальных триб подсемейства стоит триба Tortricini. В фе ромонах и аттрактантах представителей данной группы содержатся соединения и с 14 членной и с 12-членной углеродной цепочкой, причем, для последней отмечены соедине ния с двумя двойными связями, что характерно для представителей подсемейства Olethre utinae. Для представителей подсемейства Olethreutinae вновь отмечается большое разно образие используемых как аттрактанты соединений. В аттрактантах реликтовых и архаич ных видов архаичных триб есть соединения с 12- и 14-членной углеродной цепочкой и преимущественно цис-изомеры.
У представителей более продвинутых триб Olethreutini, Enarmoniini, Eucosmini и Grapholitini возрастает доля соединений с 12-членной цепочкой, появляются соединения с двумя двойными связями, причем их доля в аттрактанте возрастает в соответствии с вы шеизложенным порядком перечисления.
Среди соединений с одной двойной связью преобладают цис-изомеры (рис. 12, а), с двумя двойными связями и однотипной изомеризацией (цис,цис или транс,транс-)– транс-изомеры, особенно у представителей более молодых триб (рис. 12, б). Для разно изомерных феромонов (цис,транс- либо транс,цис-) только в наиболее молодой трибе Grapholitini преобладает транс-изомеризация в первом положении (рис. 12, в).
б 35 а 1 количество видов количество видов 3 0 - ZZ 100% ZZ/EE 50/50% EE 100% Z 100% Z/E 50/50% E 100% в Рис. 12. Изменения в соотношении цис-/транс (а), количество видов цис,цис-/транс,транс (б) и цис,транс/транс,цис (в) изомеров феромонов у представителей подсемейства Olethreutinae. 1- Olethreutini, 2- Eucosmini, 3 Grapholitini, 4- Enarmoniini. По оси абсцисс доля опре - Z:E 100% Z:E/E:Z 50/50% E:Z 100% деленного изомера в феромоне (в %).
Следовательно, в подсемействе Olethreutinae эволюционные тенденции заключают ся в переходе от преимущественного использования цис-изомеров к использованию как цис-, так и транс-изомеров соединений на новом витке эволюции: биосинтезе веществ с двумя двойными связями.
Таким образом, очевидно, эволюция в использовании определенных соединений в качестве феромонов шла, во-первых, в направлении уменьшения длины углеродной це почки от 16- к 12-членной;
во-вторых, в выделении и восприятии не только цис-, но и транс-изомеров соединений. Поэтому, увеличение доли транс-изомеров в феромоне или аттрактанте может свидетельствовать об эволюционной молодости представителей дан ной группы.
Филогенетические отношения между родами и видами листоверток на основе со става феромона и изменчивости нуклеотидной последовательности мтДНК. На основе установленного факта появления транс-изомеров в эволюционно более молодых группах рассмотрим эволюцию листоверток рода Archips. Состав феромонов или аттрактантов изучен для 30 видов, распространенных в Голарктике (Witzgarll et al., 2004). Только цис изомеры характерны для 10 видов, 2 - 30-кратное превышение цис-изомеров над транс изомерами отмечено для 12 видов, 0,1 - 1-кратное для 7 и только транс-изомер – для од ного вида.
8 Европа 7 Азия 6 Северная Количество видов Америка A. podana A. tsuganus A. asiatica 100-10.0 9.0-1.0 0.5- Доля Z- изомеров в феромоне Рис. 13. Количество видов листоверток рода Archips, обитающих в Европе, Азии и Северной Америке и содержащих определенное соотношение цис-/транс-изомеров в фе ромоне. По оси абсцисс – уменьшение доли цис-изомера по отношению к транс-изомеру, по оси ординат – количество видов на каждом континенте.
На рис. 13 представлены тенденции по использованию изомеров компонентов фе ромонов листовертками рода Archips на каждом континенте. Большее количество видов использует исключительно или преимущественно цис-изомеры. Следуя вышеизложенной схеме в соотношении изомеров в пределах семейства листоверток, их можно отнести к бо лее древним видам.
Включение в феромон как цис-, так и транс-изомеров в сопоставимых количествах, либо преимущественно транс-изомеров, характерно для видов в эволюционно более моло дых трибах. На территории Европы только в феромоне всеядной листовертки соотноше ние изомеров близко к 1. В Северной Америке наиболее молодой вид по этой схеме – A.
tsuganus Powell., аттрактант которого состоит только из транс-11-ТДА, а в Азии – A. asiat ica Wal.