Феромоны насекомых: от древних наблюдений до современных методов защиты растений

Первыми животными, у которых были обнаружены феромоны как инструмент социальной коммуникации, стали насекомые. Об этом рассказал Илья Митюшев, кандидат биологических наук, доцент кафедры защиты растений РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, в ходе лекции «Применение феромонов для защиты от вредителей». Уже несколько десятилетий синтетические аналоги этих природных сигналов успешно применяются для мониторинга популяций вредителей и защиты сельскохозяйственных культур, лесных и садовых насаждений.

Феромоны представляют собой особые биологически активные соединения, которые выделяются животными в окружающую среду. Некоторые ученые полагают, что схожие механизмы химической сигнализации существуют и у растений. Эти вещества, попадая во внешнюю среду, вызывают специфические поведенческие или физиологические реакции у особей того же вида.

Ключевые свойства феромонов

Одним из важнейших свойств феромонов является их видоспецифичность. Это означает, что конкретный феромонный препарат воздействует только на определённый вид вредителя, не затрагивая при этом полезных насекомых и остальную энтомофауну. Это делает феромоны экологичным инструментом в интегрированной системе защиты растений.

История изучения феромонов

Люди интуитивно сталкивались с действием феромонов ещё в древности, в первую очередь в пчеловодстве. В Древнем Египте было замечено, что вещество, выделяющееся при ужалении, провоцирует агрессию у других пчел. Первое письменное упоминание этого феномена встречается в книге английского пчеловода Чарльза Батлера «Женская монархия» (1609 г.), где он, по сути, описал действие феромонов тревоги.

Систематическое изучение феромонов началось значительно позже. Знаменитый французский энтомолог Жан Анри Фабр в своих опытах наблюдал, как самка грушевой сатурнии (Saturnia pyri) привлекает самцов с расстояния в несколько километров. Позже выяснилось, что насекомые способны улавливать ничтожно малые концентрации запаха — всего несколько молекул на кубический метр воздуха.

Сам термин «феромон» был предложен лишь в 1959 году швейцарским исследователем Мартином Люшером и немецким учёным Петером Карлосом. В том же году химик Адольф Бутенандт идентифицировал первый феромон — феромон тутового шелкопряда, что стало отправной точкой для развития целой научной дисциплины — феромонологии. Современные методы химического анализа позволяют выделить и определить структуру феромона всего из нескольких особей, тогда как раньше для этого требовались сотни насекомых.

Как работают феромоны у насекомых

Феромоны вырабатываются специальными железами, которые могут располагаться на различных частях тела насекомого: на конце брюшка, крыльях и других участках. Насекомые воспринимают эти сигнальные молекулы с помощью усиков (антенн), покрытых микроскопическими сенсиллами — рецепторами. Молекула феромона, попав через пору сенсиллы, вызывает электрохимический импульс, который передаётся в нервную систему. Насекомое, двигаясь по градиенту концентрации запаха (часто зигзагообразно), находит его источник, например, готовую к спариванию самку.

Основные типы феромонов

Насекомые используют разнообразные феромоны для коммуникации:

1. Агрегационные и антиагрегационные: привлекают особей в одну точку или, наоборот, сигнализируют о перенаселённости. Широко используются, например, короедами.

2. Половые феромоны: обеспечивают встречу полов для размножения. Чаще самки привлекают самцов.

3. Следовые феромоны: помогают находить дорогу к пище или жилищу, характерны для муравьёв.

4. Феромоны тревоги: мобилизуют сородичей при опасности.

5. Защитные феромоны

6. Феромоны к месту кладки яиц

7. Территориальные феромоны

В сельском хозяйстве наиболее широко применяются синтетические аналоги половых и агрегационных феромонов.

Химическая природа и состав

Феромоны могут быть как отдельными веществами, так и сложными смесями из нескольких (иногда более десяти) компонентов. Смесь обычно состоит из одного-двух основных компонентов (до 98% состава) и ряда минорных веществ. Именно уникальная комбинация минорных компонентов обеспечивает высокую видоспецифичность сигнала. По своей химической природе феромоны — это высоколетучие и нестойкие соединения, которые быстро разлагаются под действием света, кислорода и влаги, что и позволяет им эффективно работать как кратковременные химические сигналы.

Практическое применение в защите растений

Мониторинг численности вредителей

Идея использовать феромоны для защиты растений зародилась ещё в конце XIX века. Сегодня для этого применяются специальные ловушки с феромонными диспенсерами, содержащими всего около 1 мг синтетического вещества, которого хватает на 1.5–3 месяца работы. Ловушки бывают клеевые (насекомые прилипают к клеевой поверхности) и бесклеевые (накопительные). Их вывешивают в садах из расчёта одна ловушка на 3–5 гектаров. Отслеживая количество попавших в ловушку бабочек, агрономы могут определить динамику лёта, численность вредителя и точные сроки для проведения химических обработок, что позволяет значительно сократить применение пестицидов.

Массовый отлов

Этот метод предполагает размещение большого количества ловушек (25–50 штук на гектар) с целью физического удаления самцов из популяции. В результате самки остаются неоплодотворёнными и не дают потомства. Метод наиболее экономически оправдан на небольших изолированных участках (до 1 га), так как требует значительных трудозатрат по обслуживанию ловушек.

Метод дезориентации (запутывания) самцов

В этом случае на каждом дереве или лозе размещают сотни или тысячи диспенсеров с феромоном на гектар. Они создают в воздухе сплошное «феромонное облако», в котором самец не может выделить истинный запах самки и найти её. Эффект аналогичен массовому отлову — размножение вредителя подавляется.

Преимущества и ограничения феромонных технологий

Преимущества:

1. Видоспецифичность и экологичность: воздействие только на целевой вид, безопасность для полезных насекомых, теплокровных животных и человека (IV класс опасности).
2. Экономичность: крайне низкий расход действующего вещества.
3. Высокая чувствительность: возможность обнаружения вредителей даже при низкой плотности популяции.
4. Совместимость с органическим земледелием: феромонные препараты разрешены в органическом сельском хозяйстве.

Факторы, влияющие на эффективность: Несмотря на высокую эффективность, работа феромонных ловушек — это неустойчивая система, на которую влияют погодные условия (сильный ветер, дождь, температура), состояние популяции вредителя и качество самого препарата и ловушки. Погодные факторы контролю не поддаются.

В России действует несколько производителей феромонных препаратов, предлагающих средства для защиты плодовых, ягодных, овощных, зерновых культур и леса, а также для мониторинга карантинных вредителей.