Тля — это небольшое сосущее насекомое , входящее в надсемейство Aphidoidea . Распространенные названия включают тлю и черную муху , [a], хотя особи внутри вида могут сильно различаться по цвету. В эту группу входят пушистые белые мохнатые тли . Типичный жизненный цикл включает нелетающих самок, рожающих живых нимф — которые также могут быть уже беременными , адаптацию, которую ученые называют телескопическими поколениями — без участия самцов. Быстро созревая , самки обильно размножаются, так что численность этих насекомых быстро умножается. Крылатые самки могут развиваться позже в течение сезона, что позволяет насекомым колонизировать новые растения. В умеренных регионах фаза полового размножения происходит осенью , при этом насекомые часто зимуют в виде яиц .
Жизненный цикл некоторых видов включает чередование двух видов растений-хозяев, например, однолетней культуры и древесного растения . Некоторые виды питаются только одним типом растений, в то время как другие являются универсалами, колонизируя многие группы растений. Было описано около 5000 видов тлей, все они включены в семейство Aphididae . Около 400 из них встречаются на пищевых и волокнистых культурах , и многие из них являются серьезными вредителями сельского и лесного хозяйства , а также досадной помехой для садоводов . Так называемые молочные муравьи имеют мутуалистические отношения с тлями, ухаживая за ними ради их медвяной росы и защищая их от хищников .
Тли являются одними из самых разрушительных насекомых-вредителей культурных растений в умеренных регионах. Помимо того, что они ослабляют растения, высасывая сок, они выступают в качестве переносчиков вирусов растений и уродуют декоративные растения отложениями медвяной росы и последующим ростом сажистых грибков . Благодаря своей способности быстро увеличиваться в численности путем бесполого размножения и телескопического развития, они являются весьма успешной группой организмов с экологической точки зрения. [1]
Масштабный контроль тли непрост. Инсектициды не всегда дают надежные результаты из-за устойчивости к нескольким классам инсектицидов, а также из-за того, что тля часто питается нижней стороной листьев и, таким образом, защищена. В небольших масштабах струи воды и мыльные спреи довольно эффективны. Естественными врагами являются хищные божьи коровки , личинки журчалок , паразитические осы , личинки тлевых комариков , пауки-крабы , личинки златоглазок и энтомопатогенные грибы . Интегрированная стратегия борьбы с вредителями с использованием биологического контроля может работать, но ее трудно достичь, за исключением закрытых сред, таких как теплицы .
Тля распространена по всему миру , но наиболее распространена в умеренных зонах . В отличие от многих таксонов , разнообразие видов тли в тропиках намного ниже, чем в умеренных зонах. [2] Они могут мигрировать на большие расстояния, в основном путем пассивного распространения ветром. Крылатые тли также могут подниматься днем на высоту до 600 м, куда их переносят сильные ветры. [3] [4] Например, считается , что смородиново-салатная тля, Nasonovia ribisnigri , распространилась из Новой Зеландии в Тасманию около 2004 года с помощью восточных ветров. [5] Тля также распространялась при транспортировке зараженных растительных материалов человеком, что делает некоторые виды почти космополитичными по своему распространению. [6]
Тли и близкородственные им адельгиды и филлоксераны , вероятно, произошли от общего предка около 280 миллионов лет назад , в раннепермский период. [8] Вероятно, они питались такими растениями, как Cordaitales или Cycadophyta . Из-за своих мягких тел тли плохо окаменевают, и самая старая известная окаменелость принадлежит виду Triassoaphis cubitus из триаса . [9] Однако иногда они застревают в растительных экссудатах, которые затвердевают в янтарь . В 1967 году, когда профессор Оле Хейе написал свою монографию Studies on Fossil Aphids , было описано около шестидесяти видов из триасового, юрского , мелового и в основном третичного периодов, а балтийский янтарь внес еще сорок видов. [10] Общее число видов было небольшим, но значительно возросло с появлением покрытосеменных растений 160 миллионов лет назад , поскольку это позволило тлям специализироваться, видообразование тлей шло рука об руку с диверсификацией цветковых растений. Самые ранние тли, вероятно, были полифагами , а монофагия развилась позже. [11] Была выдвинута гипотеза, что предки Adelgidae жили на хвойных деревьях , в то время как предки Aphididae питались соком Podocarpaceae или Araucariaceae , которые пережили вымирание в конце мелового периода. Такие органы, как рожки, не появлялись до мелового периода. [8] [12] Одно исследование альтернативно предполагает, что предковые тли могли жить на коре покрытосеменных растений и что питание листьями может быть производным признаком . У Lachninae длинные ротовые части, которые подходят для жизни на коре, и было высказано предположение, что предок из середины мелового периода питался корой покрытосеменных деревьев, переключившись на листья хвойных растений в конце мелового периода. [13] Phylloxeridae вполне могут быть старейшим семейством, сохранившимся до наших дней, но их ископаемая летопись ограничена палеофиллоксерой нижнего миоцена . [14]
Переклассификация в конце 20-го века в пределах Hemiptera сократила старый таксон "Homoptera" до двух подотрядов: Sternorrhyncha (тли, белокрылки, щитовки , псиллиды и т. д.) и Auchenorrhyncha ( цикады , цикады , цикадки , цикадки и т. д.), при этом подотряд Heteroptera содержит большую группу насекомых, известных как настоящие клопы . Инфраотряд Aphidomorpha в пределах Sternorrhyncha варьируется в зависимости от границ, при этом несколько ископаемых групп особенно трудно отнести к одной из них, но включает Adelgoidea, Aphidoidea и Phylloxeroidea. [15] Некоторые авторы используют одно надсемейство Aphidoidea, в которое также включены Phylloxeridae и Adelgidae, в то время как другие имеют Aphidoidea с сестринским надсемейством Phylloxeroidea, в которое помещены Adelgidae и Phylloxeridae. [16] Реклассификации начала 21-го века существенно перестроили семейства внутри Aphidoidea: некоторые старые семейства были понижены до ранга подсемейства ( например , Eriosomatidae ), а многие старые подсемейства были повышены до ранга семейства. Самые последние авторитетные классификации имеют три надсемейства Adelgoidea, Phylloxeroidea и Aphidoidea. Aphidoidea включает одно большое семейство Aphididae , которое включает все ~5000 [2] существующих видов. [17]
Тли, адельгиды и филлоксериды очень тесно связаны в подотряде Sternorrhyncha, клопов, сосающих растения. Они либо помещены в надсемейство насекомых Aphidoidea [18] , либо в надсемейство Phylloxeroidea , которое включает семейства Adelgidae и Phylloxeridae. [11] Как и тли, филлоксеры питаются корнями, листьями и побегами виноградных растений, но в отличие от тлей не выделяют медвяную росу или корневые выделения. [19] Филлоксеры ( Daktulosphaira vitifoliae ) — это насекомые, вызвавшие Великий французский винный упадок , опустошивший европейское виноградарство в 19 веке. Аналогично, адельгиды или мохнатые хвойные тли также питаются флоэмой растений и иногда описываются как тли, но их правильнее классифицировать как тлеподобных насекомых, поскольку у них нет хвостика или рожков. [20]
Обработка групп, особенно в отношении ископаемых групп, сильно различается из-за трудностей в разрешении отношений. Большинство современных обработок включают три надсемейства, Adelogidea, Aphidoidea и Phylloxeroidea в пределах инфраотряда Aphidomorpha вместе с несколькими ископаемыми группами. [21]
Филогенетическое дерево, основанное на работах Papasotiropoulos 2013 и Kim 2011 с дополнениями от Ortiz-Rivas и Martinez-Torres 2009, показывает внутреннюю филогению Aphididae. [22] [23] [24]
Было высказано предположение, что филогения групп тлей может быть выявлена путем изучения филогении их бактериальных эндосимбионтов , особенно облигатного эндосимбионта Buchnera . Результаты зависят от предположения, что симбионты строго передаются вертикально через поколения. Это предположение хорошо подтверждается доказательствами, и на основе исследований эндосимбионтов было предложено несколько филогенетических связей. [25] [26] [27]
Большинство тлей имеют мягкие тела, которые могут быть зелеными, черными, коричневыми, розовыми или почти бесцветными. У тлей есть усики с двумя короткими, широкими базальными сегментами и до четырех тонких конечных сегментов. У них есть пара сложных глаз с глазным бугорком позади и над каждым глазом, состоящим из трех линз (называемых триомматидиями). [11] Они питаются соком с помощью сосающих ротовых частей, называемых стилетами , заключенных в оболочку, называемую рострумом , которая образована из модификаций нижней челюсти и верхней челюсти ротовых частей насекомых. [28]
У них длинные, тонкие ноги с двухсуставчатыми, двухкоготными лапками . Большинство тлей бескрылые, но крылатые формы появляются в определенное время года у многих видов. У большинства тлей есть пара рожков (сифонкулов) , брюшных трубок на дорсальной поверхности пятого брюшного сегмента, через которые они выделяют капли быстро затвердевающей защитной жидкости [28] , содержащей триацилглицерины , называемой воском рожков. Другие защитные соединения также могут вырабатываться некоторыми видами. [20] У тлей есть выступ, похожий на хвост, называемый каудой, над их ректальными отверстиями. [ 11] [29] Они утратили свои мальпигиевы сосуды [30]
Когда качество растения-хозяина ухудшается или условия становятся тесными, некоторые виды тлей производят крылатое потомство ( alates ), которое может распространяться к другим источникам пищи. Ротовые части или глаза могут быть маленькими или отсутствовать у некоторых видов и форм. [20]
Многие виды тлей являются монофагами (то есть они питаются только одним видом растений). Другие, как зеленая персиковая тля, питаются сотнями видов растений из многих семейств . Около 10% видов питаются разными растениями в разное время года. [31]
Новое растение-хозяин выбирается крылатой взрослой особью с помощью визуальных сигналов, за которыми следует обоняние с помощью антенн; если растение пахнет правильно, следующим действием является зондирование поверхности после приземления. Вставляется стилус и выделяется слюна, отбирается сок, ксилема может быть дегустирована и, наконец, проверяется флоэма. Слюна тли может подавлять механизмы герметизации флоэмы и содержит пектиназы, которые облегчают проникновение. [32] Растения, не являющиеся хозяевами, могут быть отвергнуты на любой стадии зондирования, но передача вирусов происходит на ранней стадии процесса исследования, во время введения слюны, поэтому растения, не являющиеся хозяевами, могут быть инфицированы. [31]
Тля обычно пассивно питается соком флоэмных сосудов растений, как и многие другие полужесткокрылые, такие как щитовки и цикады. После того, как флоэмный сосуд проколот, сок, находящийся под давлением, выталкивается в пищевой канал тли. Иногда тля также потребляет ксилемный сок , который является более разбавленной пищей, чем флоэмный сок, поскольку концентрация сахаров и аминокислот составляет 1% от таковой во флоэме. [33] [34] Ксилемный сок находится под отрицательным гидростатическим давлением и требует активного сосания, что предполагает важную роль в физиологии тли. [35] Поскольку поглощение ксилемного сока наблюдалось после периода обезвоживания, считается, что тля потребляет ксилемный сок для пополнения своего водного баланса; потребление разбавленного сока ксилемы позволяет тле регидратироваться. [36] Однако последние данные показали, что тли потребляют больше ксилемного сока, чем ожидалось, и они делают это, в частности, когда они не обезвожены и когда их плодовитость снижается. Это говорит о том, что тли и, возможно, все виды, питающиеся флоэмным соком отряда Hemiptera, потребляют ксилемный сок по причинам, отличным от пополнения водного баланса. [37] Хотя тли пассивно поглощают флоэмный сок, который находится под давлением, они также могут втягивать жидкость при отрицательном или атмосферном давлении, используя механизм цибариально-глоточного насоса, имеющийся в их голове. [38]
Потребление ксилемного сока может быть связано с осморегуляцией . [37] Высокое осмотическое давление в желудке, вызванное высокой концентрацией сахарозы, может привести к переносу воды из гемолимфы в желудок, что приводит к гиперосмотическому стрессу и в конечном итоге к смерти насекомого. Тля избегает этой участи, осуществляя осморегуляцию с помощью нескольких процессов. Концентрация сахарозы напрямую снижается за счет ассимиляции сахарозы в метаболизме и синтеза олигосахаридов из нескольких молекул сахарозы , тем самым снижая концентрацию растворенного вещества и, следовательно, осмотическое давление. [39] [40] Затем олигосахариды выводятся через медвяную росу, что объясняет ее высокую концентрацию сахара, которая затем может использоваться другими животными, такими как муравьи. Кроме того, вода переносится из задней кишки , где осмотическое давление уже снижено, в желудок для разбавления содержимого желудка. [41] В конечном итоге тля потребляет ксилемный сок, чтобы разбавить осмотическое давление желудка. [37] Все эти процессы функционируют синергетически и позволяют тлям питаться растительным соком с высокой концентрацией сахарозы, а также адаптироваться к различным концентрациям сахарозы. [37]
Растительный сок является несбалансированным питанием для тлей, так как в нем отсутствуют незаменимые аминокислоты , которые тля, как и все животные, не может синтезировать, и обладает высоким осмотическим давлением из-за высокой концентрации сахарозы . [34] [42] Незаменимые аминокислоты поставляются тлям бактериальными эндосимбионтами , находящимися в специальных клетках, бактериоцитах . [43] Эти симбионты перерабатывают глутамат, метаболические отходы своего хозяина, в незаменимые аминокислоты. [44] [45]
Некоторые виды тлей приобрели способность синтезировать красные каротиноиды путем горизонтального переноса генов от грибов . [46] Они являются единственными животными, кроме двупятнистых паутинных клещей и восточного шершня, обладающими этой способностью. [47] Используя свои каротиноиды, тли вполне могут поглощать солнечную энергию и преобразовывать ее в форму, которую могут использовать их клетки, АТФ . Это единственный известный пример фотогетеротрофии у животных. Каротиновые пигменты у тлей образуют слой, близкий к поверхности кутикулы, идеально расположенный для поглощения солнечного света. Возбужденные каротиноиды, по-видимому, восстанавливают НАД до НАДН , который окисляется в митохондриях для получения энергии. [48]
Простейшая репродуктивная стратегия тли заключается в том, чтобы иметь одного хозяина круглый год. При этом она может чередовать половое и бесполое поколение (голоциклическое) или, в качестве альтернативы, все детеныши могут быть произведены партеногенезом , яйца никогда не откладываются (анголоциклическое). Некоторые виды могут иметь как голоциклические, так и анголоциклические популяции при различных обстоятельствах, но ни один известный вид тли не размножается исключительно половым путем. [50] Чередование полового и бесполого поколений могло эволюционировать неоднократно. [51]
Однако размножение тли часто более сложное и включает миграцию между различными растениями-хозяевами. Примерно у 10% видов наблюдается чередование древесных (первичных) растений-хозяев, на которых тля зимует, и травянистых (вторичных) растений-хозяев, на которых она обильно размножается летом. [20] [50] Несколько видов могут производить касту солдат, другие виды демонстрируют обширный полифенизм в различных условиях окружающей среды, а некоторые могут контролировать соотношение полов своего потомства в зависимости от внешних факторов. [52]
При использовании типичной сложной репродуктивной стратегии в начале сезонного цикла в популяции присутствуют только самки (хотя было обнаружено, что у нескольких видов тлей в это время есть как мужские, так и женские полы). Перезимовавшие яйца, которые вылупляются весной, приводят к появлению самок, называемых фундаментатрикс (матери-основательницы). Размножение обычно не включает самцов ( партеногенез ) и приводит к живорождению ( живорождение ). [53] Живые детеныши производятся путем псевдоплацентарного живорождения, которое представляет собой развитие яиц, лишенных желтка, эмбрионы питаются тканью, действующей как плацента. Молодь появляется от матери вскоре после вылупления. [54]
Яйца производятся партеногенетически без мейоза [55] [53] , и потомство клонировано по отношению к своей матери, поэтому все они являются самками ( телитокия ). [11] [54] Эмбрионы развиваются в овариолах матерей , которые затем рождают живых (уже вылупившихся) самок первой стадии нимф. Поскольку яйца начинают развиваться сразу после овуляции, взрослая самка может содержать развивающихся самок нимф, которые уже имеют внутри себя партеногенетически развивающиеся эмбрионы (т. е. они рождаются беременными). Такое телескопирование поколений позволяет тлям увеличиваться в количестве с большой скоростью. Потомство напоминает своего родителя во всем, кроме размера. Таким образом, диета самки может влиять на размер тела и рождаемость более чем двух поколений (дочерей и внучек). [11] [56] [57]
Этот процесс повторяется в течение лета, производя несколько поколений, которые обычно живут от 20 до 40 дней. Например, некоторые виды капустной тли (например, Brevicoryne brassicae ) могут производить до 41 поколения самок за сезон. Таким образом, одна самка, вылупившаяся весной, теоретически может произвести миллиарды потомков, если все они выживут. [58]
Осенью тли размножаются половым путем и откладывают яйца . Факторы окружающей среды, такие как изменение фотопериода и температуры , или, возможно, меньшее количество или качество пищи, заставляют самок партеногенетически производить половых самок и самцов. [55] Самцы генетически идентичны своим матерям, за исключением того, что с системой определения пола тлей X0 у них на одну половую хромосому меньше . [55] У этих половых тлей могут отсутствовать крылья или даже ротовые органы. [20] Половые самки и самцы спариваются, и самки откладывают яйца, которые развиваются вне матери. Яйца переживают зиму и вылупляются в крылатых (крылатых) или бескрылых самок следующей весной. Это происходит, например, в жизненном цикле розанной тли ( Macrosiphum rosae ), которую можно считать типичной для этого семейства. Однако в теплых условиях, таких как тропики или теплица , тли могут продолжать бесполое размножение в течение многих лет. [28]
Тли, размножающиеся бесполым путем партеногенеза , могут иметь генетически идентичное крылатое и некрылое потомство самок. Контроль сложный; некоторые тли в течение своего жизненного цикла чередуют генетический контроль ( полиморфизм ) и контроль окружающей среды ( полифенизм ) производства крылатых или бескрылых форм. [59] Крылатое потомство, как правило, производится в большем количестве в неблагоприятных или стрессовых условиях. Некоторые виды производят крылатое потомство в ответ на низкое качество или количество пищи, например, когда растение-хозяин начинает стареть . [ 60] Крылатые самки мигрируют, чтобы основать новые колонии на новом растении-хозяине. Например, яблонная тля ( Aphis pomi ), произведя много поколений бескрылых самок, дает начало крылатым формам, которые перелетают на другие ветви или деревья своего типичного кормового растения. [61] Тля, на которую нападают божьи коровки , златоглазки , паразитоидные осы или другие хищники, может изменить динамику производства своего потомства. Когда тля подвергается нападению этих хищников, из корней выделяются феромоны тревоги, в частности бета-фарнезен . Эти феромоны тревоги вызывают несколько поведенческих изменений, которые, в зависимости от вида тли, могут включать уход и падение с растения-хозяина. Кроме того, восприятие феромонов тревоги может побудить тлю производить крылатое потомство, которое может покинуть растение-хозяина в поисках более безопасного места кормления. [62] Вирусные инфекции, которые могут быть чрезвычайно вредны для тли, также могут приводить к производству крылатого потомства. [63] Например, инфекция денсовируса оказывает отрицательное влияние на размножение тли розовой яблонной ( Dysaphis plantaginea ), но способствует развитию тлей с крыльями, которые могут легче переносить вирус на новые растения-хозяева. [64] Кроме того, симбиотические бактерии, живущие внутри тлей, также могут изменять репродуктивные стратегии тлей, основанные на воздействии экологических стрессоров. [65]
Осенью виды тлей с чередованием хозяев ( гетероэкзивные ) производят особое крылатое поколение, которое летит на разные растения-хозяева для половой части жизненного цикла. Выпускаются бескрылые женские и мужские половые формы, которые откладывают яйца. [66] Некоторые виды, такие как Aphis fabae (тля черная бобовая), Metopolophium dirhodum (тля розово-зерновая), Myzus persicae (тля персиковая картофельная) и Rhopalosiphum padi (тля черемухово-овсяная) являются серьезными вредителями. Они зимуют на первичных хозяевах на деревьях или кустарниках; летом они мигрируют на своего вторичного хозяина на травянистое растение, часто сельскохозяйственную культуру, затем гинопары возвращаются на дерево осенью. Другим примером является соевая тля ( Aphis glycines ). С приближением осени растения сои начинают стареть снизу вверх. Тли выталкиваются вверх и начинают производить крылатые формы, сначала самок, а затем самцов, которые улетают к первичному хозяину, крушине . Здесь они спариваются и зимуют в виде яиц. [49]
Некоторые виды муравьев разводят тлей, защищая их на растениях, где они питаются, и потребляя медвяную росу, которую тли выделяют из окончаний своих пищеварительных каналов . Это мутуалистические отношения , при которых эти доильные муравьи доят тлей, поглаживая их своими усиками . [b] [67] Несмотря на мутуалистическое поведение, пищевое поведение тлей изменяется под воздействием муравьев. Тли, сопровождаемые муравьями, как правило, увеличивают производство медвяной росы в более мелких каплях с большей концентрацией аминокислот. [68]
Некоторые виды муравьев-фермеров собирают и хранят яйца тли в своих гнездах в течение зимы. Весной муравьи переносят недавно вылупившихся тлей обратно на растения. Некоторые виды муравьев-молочников (например, европейский желтый луговой муравей , Lasius flavus ) [69] управляют большими стадами тлей, которые питаются корнями растений в колонии муравьев. Королевы, уходящие, чтобы основать новую колонию, берут яйцо тли, чтобы основать новое стадо подземных тлей в новой колонии. Эти муравьи-фермеры защищают тлей, отбиваясь от хищников тли. [ 67] Некоторые пчелы в хвойных лесах собирают медвяную росу тли, чтобы сделать лесной мед . [28]
Интересная вариация взаимоотношений муравьев и тлей касается бабочек-голубянок и муравьев Myrmica . Например, бабочки Niphanda fusca откладывают яйца на растениях, где муравьи ухаживают за стадами тлей. Из яиц вылупляются гусеницы , которые питаются тлями. Муравьи не защищают тлей от гусениц, поскольку гусеницы вырабатывают феромон , который обманывает муравьев, заставляя их относиться к ним как к муравьям и нести гусениц в свое гнездо. Оказавшись там, муравьи кормят гусениц, которые взамен производят медвяную росу для муравьев. Когда гусеницы достигают полного размера, они ползут к входу в колонию и образуют коконы . Через две недели появляются взрослые бабочки и улетают. В этот момент муравьи нападают на бабочек, но у бабочек на крыльях есть липкое вещество, похожее на шерсть, которое отключает челюсти муравьев, позволяя бабочкам улететь, не получив вреда. [70]
Другая галловая тля, подражающая муравьям , Paracletus cimiciformis (Eriosomatinae), развила сложную двойную стратегию, включающую две морфы одного и того же клона и муравьев Tetramorium . Тли круглой морфы заставляют муравьев их разводить, как и многих других тлей. Плоские морфы тлей являются агрессивными имитаторами со стратегией « волка в овечьей шкуре »: в их кутикуле есть углеводороды, которые имитируют углеводороды муравьев, и муравьи переносят их в выводковую камеру гнезда муравьев и выращивают их как личинок муравьев. Оказавшись там, плоские морфы тлей ведут себя как хищники, выпивая жидкости тела личинок муравьев. [71]
Эндосимбиоз с микроорганизмами распространен среди насекомых, причем более 10% видов насекомых полагаются на внутриклеточные бактерии для своего развития и выживания. [72] Тли имеют вертикально передаваемый (от родителя к потомству) облигатный симбиоз с Buchnera aphidicola , первичным симбионтом, внутри специализированных клеток, бактериоцитов . [73] Пять генов бактерий были перенесены в ядро тли. [74] Предполагается, что первоначальная ассоциация произошла у общего предка 280–160 миллионов лет назад и позволила тлям занять новую экологическую нишу , питаясь флоэмным соком сосудистых растений. B. aphidicola обеспечивает своего хозяина незаменимыми аминокислотами, которые присутствуют в низких концентрациях в соке растений. [75] Метаболиты эндосимбионтов также выделяются в медвяную росу. [76] Стабильные внутриклеточные условия, а также эффект бутылочного горлышка, возникающий при передаче нескольких бактерий от матери к каждой нимфе, увеличивают вероятность передачи мутаций и делеций генов. [77] [78] В результате размер генома B. aphidicola значительно уменьшен по сравнению с его предполагаемым предком. [79] Несмотря на очевидную потерю факторов транскрипции в редуцированном геноме, экспрессия генов строго регулируется, о чем свидетельствует десятикратное изменение уровней экспрессии между различными генами в нормальных условиях. [80] Транскрипция генов Buchnera aphidicola , хотя и не очень хорошо изучена, как полагают, регулируется небольшим количеством глобальных регуляторов транскрипции и/или за счет поставок питательных веществ от хозяина тли. [81]
Некоторые колонии тлей также содержат вторичных или факультативных (дополнительных) бактериальных симбионтов. Они передаются вертикально, а иногда и горизонтально (от одной линии к другой и, возможно, от одного вида к другому). [82] [83] До сих пор была описана роль только некоторых вторичных симбионтов; Regiella Insecticola играет роль в определении диапазона растений-хозяев, [84] [85] Hamiltonella defensa обеспечивает устойчивость к паразитоидам, но только когда она, в свою очередь, заражена бактериофагом APSE , [86] [87] а Serratia symbiotica предотвращает пагубное воздействие тепла. [88]
Тлю едят многие хищные птицы и насекомые. В исследовании, проведенном на ферме в Северной Каролине , шесть видов воробьиных птиц потребляли около миллиона тлей в день, причем главными хищниками были американский щегол , тля составляла 83% его рациона, и вечерний воробей . [89] Насекомые, которые атакуют тлю, включают взрослых особей и личинок хищных божьих коровок, личинок журчалок, паразитических ос , личинок тлевых комариков , «тлевых львов» (личинок зеленых златоглазок ) и паукообразных, таких как пауки . Среди божьих коровок Myzia oblongoguttata является диетическим специалистом, который питается только хвойными тлями, тогда как Adalia bipunctata и Coccinella septempunctata являются универсалами, питающимися большим количеством видов. Яйца откладываются партиями, каждая самка откладывает несколько сотен. Самки журчалок откладывают несколько тысяч яиц. Взрослые особи питаются пыльцой и нектаром, но личинки жадно питаются тлями; Eupeodes corollae подстраивает количество отложенных яиц под размер колонии тлей. [90]
Тля часто заражается бактериями , вирусами и грибками. На них влияет погода, такая как осадки , [91] температура [92] и ветер . [93] Грибы, которые атакуют тлю, включают Neozygites fresenii , Entomophthora , Beauveria bassiana , Metarhizium anisopliae и энтомопатогенные грибки, такие как Lecanicillium lecanii . Тля касается микроскопических спор. Они прилипают к тле, прорастают и проникают в кожу тли. Грибок растет в гемолимфе тли . Примерно через три дня тля умирает, и грибок выпускает еще больше спор в воздух. Зараженные тли покрываются шерстяной массой, которая постепенно становится толще, пока тля не скроется. Часто видимый грибок — это не тот, который убил тлю, а вторичная инфекция. [91]
Тля может быть легко убита неблагоприятной погодой, например, поздними весенними заморозками. [94] Избыточная жара убивает симбиотические бактерии, от которых зависят некоторые виды тли, что делает их бесплодными. [95] Дождь препятствует распространению крылатых видов тли и сбивает их с растений, тем самым убивая их от удара или голода, [91] [96] [97] но на него нельзя положиться в борьбе с тлей. [98]
Большинство тлей слабо защищены от хищников. Некоторые виды взаимодействуют с растительными тканями, образуя галл , аномальное вздутие растительной ткани. Тли могут жить внутри галла, что обеспечивает защиту от хищников и стихий. Известно, что ряд видов тлей-галлов производят специализированные формы «солдат», стерильных нимф с защитными функциями, которые защищают галл от вторжения. [28] [99] [100] Например, тля Александра рогатая — это тип тли-солдата, которая имеет твердый экзоскелет и похожие на клещи ротовые части. [70] : 144 У мохнатой тли, Colophina clematis , есть нимфы-«солдаты» первой стадии, которые защищают колонию тлей, убивая личинок божьих коровок, журчалок и цветочного клопа Anthocoris nemoralis , взбираясь на них и вставляя свои стилеты. [101]
Хотя тля не может летать большую часть своего жизненного цикла, она может избежать хищников и случайного проглатывания травоядными животными, сбрасывая растение на землю. [102] Другие виды используют почву в качестве постоянной защиты, питаясь сосудистой системой корней и оставаясь под землей всю свою жизнь. Их часто посещают муравьи, поскольку они производят медвяную росу, которую муравьи переносят с растения на растение через свои туннели. [89]
Некоторые виды тли, известные как «мохнатые тли» ( Eriosomatinae ), выделяют «пушистый восковой налет» для защиты. [28] Капустная тля, Brevicoryne brassicae , изолирует вторичные метаболиты от своего хозяина, хранит их и выделяет химические вещества, которые вызывают бурную химическую реакцию и сильный запах горчичного масла , отпугивающий хищников. [103] Пептиды, вырабатываемые тлями, тауматины , как полагают, обеспечивают им устойчивость к некоторым грибкам. [104]
Одно время было принято считать, что корневища являются источником медвяной росы, и это даже было включено в Кратчайший Оксфордский словарь английского языка [105] и издание Всемирной книжной энциклопедии 2008 года . [106] На самом деле, секреции медвяной росы вырабатываются из ануса тли, [107] в то время как корневища в основном производят защитные химикаты, такие как воски. Также есть свидетельства того, что воск корневища в некоторых случаях привлекает хищников тли . [108]
Некоторые клоны Aphis craccivora достаточно токсичны для инвазивной и доминирующей хищной божьей коровки Harmonia axyridis , чтобы подавить ее локально, отдавая предпочтение другим видам божьих коровок; токсичность в этом случае узкоспецифична для доминирующего вида хищника. [109]
Тли многочисленны и широко распространены и служат хозяевами для большого количества паразитоидов , многие из которых являются очень маленькими (около 0,1 дюйма (2,5 мм) в длину) паразитоидными осами . [110] Один вид, Aphis ruborum , например, является хозяином по крайней мере 12 видов паразитоидных ос. [111] Паразитоиды интенсивно исследовались в качестве агентов биологического контроля, и многие из них используются в коммерческих целях. [112]
Растения устанавливают локальную и системную защиту от нападения тли. Молодые листья некоторых растений содержат химические вещества, которые препятствуют нападению, в то время как старые листья теряют эту устойчивость, в то время как у других видов растений устойчивость приобретается старыми тканями, и молодые побеги уязвимы. Было показано, что летучие продукты из пересаженного лука предотвращают нападение тли на соседние растения картофеля, стимулируя выработку терпеноидов , преимущество, используемое в традиционной практике посадки-компаньона , в то время как растения, соседствующие с зараженными растениями, показали усиленный рост корней за счет расширения надземных частей. [31] Дикий картофель, Solanum berthaultii , вырабатывает феромон тревоги тли, (E)-β- фарнезен , в качестве алломона , феромона для отражения нападения; он эффективно отпугивает тлю Myzus persicae на расстоянии до 3 миллиметров. [113] S. berthaultii и другие виды дикого картофеля имеют дополнительную защиту от тли в виде железистых волосков, которые, будучи поврежденными тлей, выделяют липкую жидкость, которая может обездвижить около 30% тлей, заражающих растение. [114]
Растения, пораженные тлей, могут иметь различные симптомы, такие как снижение темпов роста, пятнистые листья, пожелтение, задержка роста, скрученные листья, побурение, увядание, низкая урожайность и гибель. Удаление сока приводит к отсутствию энергии у растения, а слюна тли токсична для растений. Тля часто передает вирусы растений своим хозяевам, таким как картофель , злаки , сахарная свекла и цитрусовые растения . [28] Существует два типа передачи вируса между растениями и тлей: нециркуляционная передача и циркуляционная передача. При нециркуляционной передаче вирус прикрепляется к ротовому аппарату тли и высвобождается, когда тля питается другим растением. Эти нециркуляционно передаваемые вирусы способствуют быстрому распространению вектора или тли. При циркуляционной передаче вирус попадает в организм и проходит через слизистую оболочку кишечника, чтобы попасть в гемолимфу , где он затем циркулирует по всему организму. После достижения слюнных желез вирус затем высвобождается в слюну в местах передачи в растениях. Циркуляторно передаваемые вирусы позволяют тлям долгосрочно питаться и увеличивают шансы заражения вирусом. [115] Зеленая персиковая тля, Myzus persicae , является переносчиком более 110 растительных вирусов. Хлопковая тля ( Aphis gossypii ) часто заражает вирусами сахарный тростник , папайю и арахис . [20] В растениях, которые вырабатывают фитоэстроген куместрол , таких как люцерна, повреждение тлей связано с более высокими концентрациями куместрола. [116]
Покрытие растений медвяной росой может способствовать распространению грибков, которые могут повредить растения. [117] [118] Было замечено, что медвяная роса, выделяемая тлями, также снижает эффективность фунгицидов. [119]
Гипотеза о том, что питание насекомыми может улучшить приспособленность растений, была выдвинута в середине 1970-х годов Оуэном и Вигертом. Считалось, что избыток медвяной росы будет питать почвенные микроорганизмы, включая азотфиксаторы. В среде с низким содержанием азота это может дать преимущество зараженному растению по сравнению с незараженным. Однако это, по-видимому, не подтверждается данными наблюдений. [120]
Некоторые тли демонстрируют некоторые черты эусоциальности , присоединяясь к таким насекомым, как муравьи, пчелы и термиты . Однако существуют различия между этими сексуальными социальными насекомыми и клональными тлями, которые все произошли от одной самки партеногенетически и имеют идентичный геном . Около пятидесяти видов тлей, разбросанных среди близкородственных, чередующихся хозяев линий Eriosomatinae и Hormaphidinae , имеют некоторый тип защитной морфы. Это виды, создающие галлы, с колонией, живущей и питающейся внутри галла, который они образуют в тканях хозяина. Среди клональной популяции этих тлей может быть несколько различных морф, и это закладывает основу для возможной специализации функции, в данном случае защитной касты. Морфы солдат в основном являются первой и второй стадиями, причем третья стадия задействована в Eriosoma moriokense , и только в Smythurodes betae известны взрослые солдаты. Задние ноги солдат когтистые, сильно склеротизированные, а стилеты прочные, что позволяет им разрывать и давить мелких хищников. [121] Личиночные солдаты — альтруистичные особи, неспособные перейти к размножающимся взрослым особям, но действующие постоянно в интересах колонии. Еще одно требование для развития социальности обеспечивается галлом, колониальным домом, который должны защищать солдаты. [122]
Солдаты галлообразующих тлей также выполняют работу по очистке галла. Медвяная роса, выделяемая тлями, покрывается порошкообразным воском, образуя « жидкие шарики » [123] , которые солдаты выкатывают из галла через небольшие отверстия. [100] Тли, образующие закрытые галлы, используют сосудистую систему растения для своей водопроводной системы: внутренние поверхности галлов обладают высокой абсорбирующей способностью, и отходы поглощаются и уносятся растением. [100]
Описано около 5000 видов тли, из которых около 450 видов колонизировали продовольственные и волокнистые культуры. Как прямые питающиеся соком растений, они повреждают посевы и снижают урожайность, но они оказывают большее влияние, будучи переносчиками вирусов растений. Передача этих вирусов зависит от перемещений тли между различными частями растения, между соседними растениями и дальше. В этом отношении зондирующее поведение тли, пробующей хозяина, более разрушительно, чем длительное питание тли и размножение особей, остающихся на месте. Перемещение тли влияет на сроки эпидемий вирусов. [124] Они являются основными вредителями тепличных культур, и виды, часто встречающиеся в теплицах, включают: зеленую персиковую тлю ( Myzus persicae ), хлопковую или бахчевую тлю ( Aphis gossypii ), картофельную тлю ( Macrosiphum euphorbiae ), наперстянчатую тлю ( Aulacorthum solani ) и хризантемовую тлю ( Macrosiphoniella sanborni ) и других, которые вызывают пожелтение листьев, деформацию листьев и задержку роста растений; выделяемая медвяная роса является питательной средой для ряда грибковых патогенов, включая черную сажистую плесень из родов Capnodium , Fumago и Scorias , которые затем заражают листья и подавляют рост, снижая фотосинтез . [125]
Известно, что тля, особенно во время крупных вспышек, может вызывать аллергические реакции дыхательных путей у чувствительных людей. [126]
Распространение может происходить путем ходьбы или полета, аппетитного распространения или миграции. Крылатые тли — слабые летуны, теряют крылья через несколько дней и летают только днем. Распространение путем полета зависит от удара, воздушных потоков, гравитации, осадков и других факторов, или распространение может быть случайным, вызванным перемещением растительных материалов, животных, сельскохозяйственной техники, транспортных средств или самолетов. [124]
Инсектицидный контроль тли затруднен, так как они быстро размножаются, поэтому даже небольшие пропущенные области могут позволить популяции быстро восстановиться. Тля может занимать нижнюю часть листьев, где спрей не попадает на нее, в то время как системные инсектициды не проникают в лепестки цветов. Наконец, некоторые виды тли устойчивы к распространенным классам инсектицидов, включая карбаматы , органофосфаты и пиретроиды . [127]
При небольших заражениях на заднем дворе достаточной защитой может быть тщательное опрыскивание растений сильной струей воды каждые несколько дней. Инсектицидный мыльный раствор может быть эффективным домашним средством для борьбы с тлей, но он убивает тлю только при контакте и не имеет остаточного эффекта. Мыльный спрей может повредить растения, особенно при более высоких концентрациях или при температуре выше 32 °C (90 °F); некоторые виды растений чувствительны к мыльным спреям. [112] [128] [129]
Популяции тли можно отбирать с помощью ловушек Yellow-Pan или Moericke . Это желтые контейнеры с водой, которые привлекают тлю. [130] Тля положительно реагирует на зеленый цвет, и ее влечение к желтому может быть не истинным предпочтением цвета, а связано с яркостью. Их зрительные рецепторы достигают пика чувствительности от 440 до 480 нм и нечувствительны в красной области. Moericke обнаружил, что тля избегает посадки на белые покрытия, размещенные на почве, и еще больше отталкивается блестящими алюминиевыми поверхностями. [131] Интегрированная борьба с вредителями различных видов тли может быть достигнута с помощью биологических инсектицидов на основе грибов, таких как Lecanicillium lecanii , Beauveria bassiana или Isaria fumosorosea . [132] Грибы являются основными патогенами тли; Entomophthorales могут быстро сократить численность тли в природе. [133]
С тлей также можно бороться, выпуская естественных врагов , в частности, божьих коровок и паразитоидных ос . Однако, поскольку взрослые божьи коровки, как правило, улетают в течение 48 часов после выпуска, не откладывая яиц, для достижения эффекта необходимы повторные обработки большим количеством божьих коровок. Например, для одного большого, сильно зараженного куста роз может потребоваться две обработки по 1500 жуков каждая. [112] [134]
Способность производить алломоны, такие как фарнезен, для отпугивания и рассеивания тлей и привлечения их хищников была экспериментально перенесена на трансгенные растения Arabidopsis thaliana с использованием гена синтазы Eβf в надежде, что этот подход сможет защитить трансгенные культуры. [135] Однако было обнаружено, что фарнезен Eβ неэффективен в ситуациях с культурами, хотя более стабильные синтетические формы помогают повысить эффективность контроля с использованием спор грибков и инсектицидов за счет повышенного поглощения, вызванного перемещениями тлей. [136]
Тля знакома фермерам и садоводам, в основном как вредитель. Питер Маррен и Ричард Мейби записывают, что Гилберт Уайт описал вторгшуюся «армию» черной тли, которая прибыла в его деревню Селборн , Хэмпшир, Англия , в августе 1774 года «большими облаками», покрывающими каждое растение, в то время как необычно жарким летом 1783 года Уайт обнаружил, что медвяная роса была настолько обильной, что «портила и уничтожала красоту моего сада», хотя он думал, что тля потребляла ее, а не производила. [137]
Заражение китайского сумаха ( Rhus chinensis ) китайской сумаховой тлей ( Schlechtendalia chinensis ) может привести к образованию «китайских галлов», которые ценятся как коммерческий продукт. Как «Galla Chinensis», они используются в традиционной китайской медицине для лечения кашля , диареи , ночной потливости, дизентерии и для остановки кишечных и маточных кровотечений. Китайские галлы также являются важным источником танинов . [28]
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июль 2024 г. ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июль 2024 г. ( ссылка )Aphid parasitoids — это очень маленькие осы, длиной около 1/10 дюйма. Они тонкие, черные или коричневые, с ущипнутой или «осиной талией»
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь )На сайте «Избранные существа» Университета Флориды / Института пищевых и сельскохозяйственных наук :