Паразитоидные осы — это большая группа надсемейств перепончатокрылых , все из которых, за исключением древесных ос ( Orussoidea ), относятся к Apocrita с талией в виде осы . Как паразитоиды , они откладывают яйца на тела других членистоногих или в них, рано или поздно вызывая смерть этих хозяев . Различные виды специализируются на хозяевах из разных отрядов насекомых, чаще всего из отряда чешуекрылых , хотя некоторые выбирают жуков , мух или клопов ; паукообразные осы ( Pompilidae ) нападают исключительно на пауков .
Виды паразитоидных ос различаются по тому, на какой стадии жизни хозяина они нападают: яйца, личинки, куколки или взрослые особи. В основном они следуют одной из двух основных стратегий паразитизма : либо они эндопаразиты, развивающиеся внутри хозяина, и коинобионты, позволяя хозяину продолжать питаться, развиваться и линять; либо они эктопаразиты, развивающиеся вне хозяина, и идиобионты, немедленно парализующие хозяина. Некоторые эндопаразитарные осы надсемейства Ichneumonoidea имеют мутуалистические отношения с полиднавирусами , вирусами, подавляющими иммунную защиту хозяина. [1]
Паразитоидизм развился только один раз у перепончатокрылых, в пермский период , что привело к образованию единственной клады, называемой Euhymenoptera, [2], но паразитический образ жизни вторично терялся несколько раз, в том числе среди муравьев , пчел и ос-веспид . В результате отряд перепончатокрылых содержит множество семейств паразитоидов, смешанных с непаразитоидными группами. Паразитоидные осы включают несколько очень больших групп, по некоторым оценкам, Chalcidoidea насчитывают до 500 000 видов, Ichneumonidae — 100 000 видов, а Braconidae — до 50 000 видов. Насекомые-хозяева выработали ряд защит от паразитоидных ос, включая сокрытие, извивание и маскировочные маркировки.
Многие паразитоидные осы считаются полезными для человека, поскольку они естественным образом контролируют сельскохозяйственных вредителей. Некоторые из них применяются в коммерческих целях в биологической борьбе с вредителями , начиная с 1920-х годов с Encarsia formosa для борьбы с белокрылкой в теплицах . Исторически паразитоидизм ос повлиял на мышление Чарльза Дарвина . [3]
Паразитоидные осы варьируются от самых маленьких видов насекомых до ос длиной около дюйма. Большинство самок имеют длинный, острый яйцеклад на конце брюшка, иногда без ядовитых желез, и почти никогда не преобразуется в жало . [4]
Паразитоиды могут быть классифицированы различными способами. Они могут жить внутри тела своего хозяина как эндопаразитоиды или питаться им снаружи как эктопаразитоиды: обе стратегии встречаются среди ос. Паразитоиды также могут быть разделены в соответствии с их воздействием на своих хозяев. Идиобионты предотвращают дальнейшее развитие хозяина после первоначального обездвиживания его, в то время как койнобионты позволяют хозяину продолжать свое развитие, пока они питаются им; и снова, оба типа наблюдаются у паразитоидных ос. Большинство эктопаразитоидных ос являются идиобионтами, так как хозяин может повредить или сместить внешнего паразитоида, если позволить ему двигаться или линять . Большинство эндопаразитоидных ос являются койнобионтами, что дает им преимущество хозяина, который продолжает расти и сохраняет способность избегать хищников. [4]
Многие паразитоидные осы используют личинок Lepidoptera в качестве хозяев, но некоторые группы паразитируют на разных стадиях жизни хозяина (яйцо, личинка или нимфа, куколка, взрослая особь) почти всех других отрядов насекомых, особенно Coleoptera , Diptera , Hemiptera и других Hymenoptera. Некоторые нападают на членистоногих, отличных от насекомых: например, Pompilidae специализируются на ловле пауков : это быстрая и опасная добыча, часто такая же большая, как и сама оса, но паучья оса быстрее, стремительно жаля свою добычу, чтобы обездвижить ее. Взрослые самки ос большинства видов откладывают яйца в тела или яйца своих хозяев. Реже паразитоидные осы могут использовать в качестве хозяев семена растений, такие как Torymus druparum . [5]
Некоторые также вводят смесь секреторных продуктов, которые парализуют хозяина или защищают яйцо от иммунной системы хозяина; к ним относятся полиднавирусы , белки яичников и яд. Если включен полиднавирус, он заражает ядра гемоцитов хозяина и другие клетки, вызывая симптомы, которые выгодны паразиту. [6] [7]
Размер хозяина важен для развития паразитоида, так как хозяин является его единственным источником пищи до тех пор, пока он не станет взрослой особью; мелкие хозяева часто производят более мелких паразитоидов. [8] Некоторые виды предпочитают откладывать женские яйца в более крупных хозяев, а мужские — в более мелких, так как репродуктивные возможности самцов менее ограничены меньшим размером тела взрослой особи. [9]
Некоторые паразитоидные осы помечают хозяина химическими сигналами, чтобы показать, что там отложено яйцо. Это может как удерживать конкурентов от откладывания яиц, так и сигнализировать себе, что в этом хозяине больше не нужно яиц, эффективно снижая вероятность того, что потомству придется конкурировать за еду, и увеличивая выживаемость потомства. [10] [11]
На хозяине или внутри него из яйца паразитоида вылупляется личинка или две или более личинок ( полиэмбриония ). Яйца эндопаразитоида могут поглощать жидкости из тела хозяина и увеличиваться в размерах в несколько раз с момента их первой откладки до вылупления. Личинки первой стадии часто очень подвижны и могут иметь сильные мандибулы или другие структуры, чтобы конкурировать с другими личинками паразитоидов. Следующие стадии, как правило, больше похожи на личинок. Личинки паразитоидов имеют неполную пищеварительную систему без заднего отверстия. Это предотвращает загрязнение хозяев их отходами. Личинка питается тканями хозяина до тех пор, пока не будет готова к окукливанию; к тому времени хозяин, как правило, либо мертв, либо почти мертв. Меконий , или накопленные отходы личинки, выбрасываются, когда личинка переходит в предкуколку . [12] [13] В зависимости от вида паразитоид может затем прогрызть себе путь наружу из хозяина или остаться в более или менее пустой коже. В любом случае он обычно плетет кокон и окукливается. Будучи взрослыми, паразитоидные осы питаются в основном нектаром из цветов. Самки некоторых видов также пьют гемолимфу из хозяев, чтобы получить дополнительные питательные вещества для производства яиц. [14]
Полиднавирусы — это уникальная группа вирусов насекомых, которые имеют мутуалистические отношения с некоторыми паразитическими осами. Полиднавирус реплицируется в яйцеводах взрослой самки паразитоидной осы. Оса получает выгоду от этих отношений , поскольку вирус обеспечивает защиту паразитическим личинкам внутри хозяина, (i) ослабляя иммунную систему хозяина и (ii) изменяя клетки хозяина, чтобы они были более полезными для паразита. Связь между этими вирусами и осой обязательна в том смысле, что все особи инфицированы вирусами; вирус был включен в геном осы и передается по наследству. [15] [16] [17]
Хозяева паразитоидов выработали несколько уровней защиты. Многие хозяева пытаются спрятаться от паразитоидов в недоступных местах обитания. Они также могут избавляться от своих экскрементов (отходов организма) и избегать растений, которые они жевали, поскольку и то, и другое может сигнализировать о своем присутствии паразитоидам, охотящимся за хозяевами. Яйцевая скорлупа и кутикула потенциальных хозяев утолщены, чтобы не дать паразитоиду проникнуть в них. Хозяева могут использовать поведенческое уклонение, когда они сталкиваются с самкой паразитоида, откладывающей яйца, например, падать с растения, на котором они находятся, скручиваться и бить, чтобы сбросить или убить самку, и даже срыгивать на осу, чтобы запутать ее. Извивание иногда может помочь, заставляя осу «пропустить» откладку яйца на хозяине и вместо этого разместить его поблизости. Извивание куколок может привести к тому, что оса потеряет хватку на гладкой твердой куколке или запутается в шелковых нитях. Некоторые гусеницы даже кусают самок ос, которые приближаются к ним. Некоторые насекомые выделяют ядовитые соединения, которые убивают или отгоняют паразитоида. Муравьи, которые находятся в симбиотических отношениях с гусеницами, тлями или щитовками, могут защитить их от нападения ос. [18] [19]
Паразитоидные осы уязвимы для гиперпаразитоидов. Некоторые паразитоидные осы изменяют поведение зараженного хозяина, заставляя его строить шелковую паутину вокруг куколок ос после того, как они появляются из его тела, чтобы защитить их от гиперпаразитоидов. [20]
Хозяева могут убивать эндопаразитоидов, прикрепляя гемоциты к яйцу или личинке в процессе, называемом инкапсуляцией. [21] У тлей присутствие определенного вида γ-3 Pseudomonadota делает тлю относительно невосприимчивой к их паразитоидным осам, убивая многие из яиц. Поскольку выживание паразитоида зависит от его способности уклоняться от иммунного ответа хозяина, некоторые паразитоидные осы разработали контрстратегию откладывания большего количества яиц в тлях, имеющих эндосимбионт, так что по крайней мере один из них может вылупиться и паразитировать на тле. [22] [23]
Некоторые гусеницы едят растения, которые токсичны как для них самих, так и для паразита, чтобы вылечиться. [24] Личинки Drosophila melanogaster также занимаются самолечением с помощью этанола для лечения паразитизма. [25] Самки D. melanogaster откладывают яйца в пищу, содержащую токсичные количества алкоголя, если обнаруживают поблизости паразитоидных ос. Алкоголь защищает их от ос, за счет замедления их собственного роста. [26]
На основании генетического и ископаемого анализа паразитоидизм развился только один раз у перепончатокрылых, в пермский период , что привело к образованию единственной клады . Все паразитоидные осы произошли от этой линии. Узкоталиевые Apocrita появились в юрский период . [27] [28 ] [29] [30] Aculeata , включающая пчел, муравьев и паразитоидных паучьих ос, произошли от Apocrita; они содержат много семейств паразитоидов, за исключением Ichneumonoidea , Cynipoidea и Chalcidoidea . Hymenoptera, Apocrita и Aculeata — все это клады, но поскольку каждая из них содержит непаразитические виды, паразитоидные осы, ранее известные как Parasitica, не образуют кладу сами по себе. [30] [31] Общий предок, у которого развился паразитоидизм, жил примерно 247 миллионов лет назад и ранее считался эктопаразитоидной древесной осой, которая питалась личинками жуков-древоточцев. Виды, схожие по образу жизни и морфологии с этим предком, все еще существуют среди Ichneumonoidea. [32] [33] Однако недавний молекулярный и морфологический анализ предполагает, что этот предок был эндофагом, то есть он питался изнутри своего хозяина. [30] Значительная радиация видов у перепончатокрылых произошла вскоре после эволюции паразитоидии в отряде и, как полагают, была ее результатом. [31] [33] Эволюция осиной талии, сужения в брюшке Apocrita, способствовала быстрой диверсификации, поскольку она увеличила маневренность яйцеклада, органа на заднем сегменте брюшка, используемого для откладывания яиц. [34]
Филогенетическое дерево дает сжатый обзор позиций паразитоидных групп ( жирный шрифт ) среди групп ( курсив ), таких как Vespidae, которые вторично отказались от паразитоидной привычки. Приблизительное количество видов, предположительно входящих в эти группы, часто намного больше, чем число, описанное до сих пор, показано в скобках, а оценки для самых многочисленных также показаны жирным шрифтом , например "( 150,000 )". Не все виды в этих группах являются паразитоидными: например, некоторые Cynipoidea являются фитофагами .
Паразитоидные осы являются парафилетическими, поскольку муравьи , пчелы и непаразитические осы, такие как Vespidae, не включены, и есть много членов в основном паразитоидных семейств, которые сами по себе не являются паразитическими. Перечислены семейства перепончатокрылых, большинство членов которых ведут паразитоидный образ жизни. [35]
Симфита :
Апокрита :
Паразитоидные осы считаются полезными, поскольку они естественным образом контролируют популяцию многих насекомых-вредителей . Они широко используются в коммерческих целях (наряду с другими паразитоидами, такими как тахины ) для биологической борьбы с вредителями , для которой наиболее важными группами являются ихневмониды , которые охотятся в основном на гусениц бабочек и моли ; бракониды , которые нападают на гусениц и широкий спектр других насекомых, включая тлю ; хальцидоидные осы , которые паразитируют на яйцах и личинках тли, белокрылки , гусениц капустницы и щитовок . [37]
Одним из первых паразитоидных ос, которые вошли в коммерческое использование, была Encarsia formosa , эндопаразитическая афелинида . Она использовалась для борьбы с белокрылкой в теплицах с 1920-х годов. Использование этого насекомого практически сошло на нет, и к 1940-м годам его заменили химические пестициды . С 1970-х годов использование возродилось, причем возобновилось в Европе и России. [38] В некоторых странах, таких как Новая Зеландия, это основной биологический агент контроля, используемый для борьбы с белокрылкой в теплицах , особенно на таких культурах, как томат , на котором хищникам особенно трудно обосноваться. [39]
В коммерческих целях существует два типа систем разведения: краткосрочная сезонная суточная производительность с высоким уровнем производства паразитоидов в день и долгосрочная круглогодичная низкая суточная производительность с диапазоном производства от 4 до 1000 миллионов самок паразитоидов в неделю для удовлетворения спроса на подходящих паразитоидов для различных культур. [40]
Паразитоидные осы повлияли на мышление Чарльза Дарвина . [b] В письме 1860 года американскому натуралисту Асе Грею Дарвин писал: «Я не могу убедить себя, что благодетельный и всемогущий Бог намеренно создал паразитических ос с явным намерением, чтобы они питались живыми телами гусениц». [3] Палеонтолог Дональд Протеро отмечает, что религиозно настроенные люди викторианской эпохи , включая Дарвина, были в ужасе от этого примера явной жестокости в природе, особенно заметной у ихневмонид . [42]