Эффекты коктейля агрохимикатов усиливаются для насекомых при повышении температуры
Современные популяции насекомых подвергаются воздействию агрохимикатов, состоящих из инсектицидов, гербицидов и фунгицидов. Хотя многие из этих соединений были протестированы по отдельности и на летальность, они не встречаются в природе в одиночку и не влияют на животных только на через смертность. Команда исследователей проверила более 1000 агрохимикатов на плодовой мушке и обнаружили, что большинство из этих молекул оказывали поведенческие эффекты на сублетальных уровнях и еще больше подрывали выживание после острого воздействия. Повышение температуры в эксперименте и полевые дозы агрохимикатов еще больше усугубили ситуацию.
эксклюзив 🔹
Мало кто любит клопов-вонючек, прожорливых гусениц, долгоносиков или комаров, но насекомые играют ключевую роль в круговороте жизни, который составляет окружающую среду планеты. Фактически, всемирно известный биолог Э. О. Уилсон заявил, что если насекомые исчезнут, наша окружающая среда рухнет.
Ученые отметили, что поведение насекомых меняется, а их популяции сокращаются — в среднем на 2–3% в год. Это побудило их исследовать потенциальные причины этих изменений, такие как потеря среды обитания из-за чрезмерного освоения, изменения климата и использования химикатов.
Исследователи Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) недавно протестировали, как пестициды влияют на популяции насекомых. Они систематически подвергали личинки плодовой мухи воздействию более 1000 молекул, содержащихся в уникальной химической библиотеке EMBL, которая хранит различные агрохимикаты в формате, легко используемом для крупномасштабных скринингов.
Эти личинки плодовой мухи были из разных географических мест, и исследователи отслеживали время их развития, поведение и долгосрочное выживание на протяжении всего их жизненного цикла. Они обнаружили, что 57% протестированных химикатов значительно изменили поведение личинок плодовой мухи даже в количествах, которые, как известно, не являются смертельными. Более высокий уровень температуры поставил под угрозу долгосрочное выживание мух после такого же типа воздействия.
«Мы обнаружили, что когда мы подвергали личинок воздействию очень низких доз химических веществ, это воздействие вызывало широкомасштабные изменения в физиологических процессах, которые лежат в основе их развития и поведения», — сказал Лаутаро Гандара, первый автор статьи, в которой сообщалось об этих результатах в журнале Science, и научный сотрудник исследовательской группы Джастина Крокера в EMBL.
«Эти изменения усугубились, когда мы повысили температуру в камерах выращивания на четыре градуса — решение, принятое на основе идеи о том, что глобальные температуры растут и могут повлиять на воздействие пестицидов на личинки», добавил он.
Ученые начали с повышения температуры в среде выращивания на два градуса (с 25°C/77°F до 27°C/80,6°F). Когда они не увидели большой разницы, то повысили температуру еще больше до 29°C/84,2°F, что все еще соответствует летнему температурному диапазону для большей части мира. В этот момент они увидели выраженное воздействие.
«Кроме того, мы смешали некоторые из наиболее часто обнаруживаемых химических веществ в воздухе в экологически значимых дозах, снова подвергая воздействию плодовых мушек с момента их первого вылупления. Затем мы увидели гораздо более сильный эффект, — рассказал Джастин Крокер, руководитель группы EMBL и старший автор недавней научной статьи. — Мы наблюдали 60%-ное снижение темпов откладывания яиц, что предвещало сокращение популяции, а также отметили другие измененные формы поведения, такие как более частое сгорбливание, поведение, которое редко наблюдалось в группах, не подвергавшихся обработке».
«Сгорбленность» — это когда личинки сгибают или скручивают свои тела в преувеличенной манере. Это может быть признаком стресса или дискомфорта, но, что более важно, — скрытых проблем, таких как токсичность, неврологические эффекты или нарушенные физиологические процессы.
«На первый взгляд сгорбленность может показаться несущественной, но даже небольшие изменения в поведении могут повлиять на приспособленность, если они отрицательно сказываются, например, на питании, спаривании и миграции. Ученым необходимо понять, как животные взаимодействуют друг с другом и окружающей средой, чтобы предсказать влияние изменений, таких как разрушение среды обитания или изменение климата, на экосистемы», — добавил Крокер.
Ученые признали, что пока не знают, связано ли это сгорбливание с другими изменениями, которые они обнаружили, например, со снижением скорости откладывания яиц. Возможно, эти два поведения не связаны. Несмотря на это, вполне вероятно, что личинки, которые проводят много времени сгорбившись вместо еды, не будут процветать в естественной среде.
Гандара и Крокер объединились с несколькими другими учеными для этого исследования. Жан-Батист Массон и Франсуа Лоран из Института Пастера вместе с командой Кристиана Тишера в EMBL предоставили основанные на ИИ подходы для понимания поведенческих эффектов с высоким статистическим разрешением. Другими соавторами исследователи из группы Михаэля Циммермана с анализом химической библиотеке, протеомики и экспертизой в области вычислительной биологии. Соавторы Вики Ингхэм, руководитель группы в университетской больнице Гейдельберга, и Арно Мартин, доцент кафедры биологии в Университете Джорджа Вашингтона, помогли исследователям EMBL расширить область эксперимента, включив в нее комаров и бабочек-репейниц соответственно, где они обнаружили схожие закономерности и, таким образом, смогли подтвердить экспериментальный подход и выводы.
«Насекомые — даже те, которые кажутся вредителями — имеют решающее значение для планеты. Они опыляют растения, которые мы едим, и являются важной частью пищевой цепи. Долгое время люди размышляли о различных причинах изменения поведения насекомых, но теперь это исследование помогает прояснить один существенный способствующий фактор. Один из самых важных выводов из этой работы заключается в том, что даже небольшие количества определенных химических веществ оказывают воздействие», — отметил Гандара.
Поведение животных играет решающую роль в поддержании баланса экосистемы. Кроме того, по мере сокращения популяции насекомых сокращается и генетическое разнообразие, которое имеет решающее значение для адаптации видов к изменениям окружающей среды в настоящем и будущем.
«Положительный аспект этой работы заключается в том, что у нас есть новые знания о том, какие химикаты могут вызывать определенные молекулярные изменения и связанные с ними изменения в поведении и развитии. Предоставляя данные о воздействии и токсичности химикатов, эти анализы могут быть преобразованы в нормативные и промышленные практики, которые лучше защищают здоровье человека и окружающую среду», заключил Крокер.
Источник: EMBL.
Иллюстрация демонстрирует различные цвета для обозначения исходного разнообразия популяций мух, комаров и бабочек в верхней левой области. Химическое воздействие изменяет популяции, не только уменьшая общее количество насекомых, но и влияя на их разнообразие. Автор графики: Isabel Calvo/EMBL.
