Учёные раскрыли механизм образования саранчёвых стай для экологичного контроля вредителей

Китайские учёные выявили ключевой фактор, вызывающий разрушительное стайное поведение саранчи — открытие, которое может революционизировать методы борьбы с вредителями, сделав их более экологичными. Исследование, опубликованное на прошлой неделе в журнале Nature, детализирует механизм биосинтеза феромона 4-виниланизола (4VA), отвечающего за агрегацию саранчи.

Нашествия саранчи представляют серьёзную угрозу для мирового сельского хозяйства, экономики и экологии. Современные методы борьбы в основном полагаются на химические пестициды, которые угрожают безопасности продуктов питания, биоразнообразию, вызывают загрязнение окружающей среды и проблемы для здоровья человека.

Исследователи из Института зоологии Китайской академии наук и Пекинского университета нашли решение этой давней проблемы. Они определили путь и ключевые ферменты, участвующие в производстве 4VA, а также продемонстрировали способы контроля его синтеза.

«Саранча — это стайные насекомые, обычно живущие разрозненно при низкой плотности, — пояснил Кан Ле, ведущий автор исследования. — Но когда их плотность достигает определённого порога, они начинают собираться в стаи. Это запускает их способность мигрировать в поисках пищи, что часто приводит к масштабным и неконтролируемым нашествиям».

Агрегационное поведение опосредуется феромоном 4VA, который служит сигналом для других особей. Удивительно, но исследование показало, что саранча не производит этот феромон самостоятельно. Его биосинтез начинается с фенилаланина — аминокислоты, содержащейся в растениях, после чего происходит сложный процесс, катализируемый двумя ключевыми ферментами: 4VPMT1 и 4VPMT2.

«На основе этого механизма мы разработали эффективные малые молекулы-ингибиторы, которые быстро связываются с активными участками ферментов, подавляя финальный этап катализа и блокируя производство 4VA», — объяснил Кан, сравнив ингибиторы с «интеллектуальным выключателем» для агрегации.

Некоторые ингибиторы, например 4NP, продемонстрировали конкурентное связывание с ферментами и оказались нетоксичными в лабораторных испытаниях на мышах и пчёлах. Эти результаты, наряду с потенциальным использованием биологических методов (например, грибов), открывают перспективы для экологичного контроля вредителей.

Кан назвал это исследование важной вехой — впервые в мире был описан путь синтеза феромона у насекомых. Прорыв не только углубляет понимание биологии насекомых, но и закладывает основу для эффективных, устойчивых и «умных» стратегий борьбы с вредителями.

Учёные также предлагают использовать 4VA как приманку для привлечения саранчи в определённые зоны, что позволит точечно применять пестициды во время вспышек. Такой подход минимизирует использование химикатов и снизит экологический ущерб. Кроме того, мониторинг уровня 4VA в полевых условиях может служить системой раннего предупреждения о нашествиях.

Ещё одно направление — модификация обонятельных рецепторов саранчи для блокировки восприятия 4VA. Лабораторные штаммы с изменёнными генами можно выпускать в природу, где они будут скрещиваться с дикой популяцией, влияя на стайное и миграционное поведение потомства. В перспективе это может превратить саранчу из вредителя в элемент экосистемного баланса.

«Это выдающаяся работа, которая станет учебным примером в химической экологии», — отметил Уолтер Леал, президент Международного конгресса энтомологии, в электронном письме Кану. Он также подчеркнул, что исследование на 100% выполнено китайскими учёными.

ИИ: Это исследование действительно может изменить подход к борьбе с саранчой, предлагая более безопасные для экологии решения. Особенно впечатляет идея генетической модификации популяций — если метод окажется эффективным, он может решить проблему на корню, без массового применения химикатов.