В эволюционной экологии паразитоид — это организм , который живет в тесной связи со своим хозяином за счет последнего, что в конечном итоге приводит к смерти хозяина. Паразитоидизм — одна из шести основных эволюционных стратегий в рамках паразитизма , отличающаяся фатальным прогнозом для хозяина, что делает эту стратегию близкой к хищничеству .
Среди паразитоидов стратегии варьируются от жизни внутри хозяина ( эндопаразитизм ), позволяя ему продолжать расти до появления взрослой особи, до парализуя хозяина и живя вне его ( эктопаразитизм ). Хозяева могут включать других паразитоидов, что приводит к гиперпаразитизму ; в случае дубовых галлов возможно до пяти уровней паразитизма. Некоторые паразитоиды влияют на поведение своего хозяина способами, которые способствуют размножению паразитоида.
Паразитоиды встречаются в различных таксонах надотряда насекомых Endopterygota , чья полная метаморфоза могла заранее адаптировать их к раздельному образу жизни с паразитоидными личинками и свободноживущими взрослыми особями. Большинство из них находятся в Hymenoptera , где ихневмоны и многие другие паразитоидные осы высоко специализированы для паразитоидного образа жизни. Паразитоиды также есть в Diptera , Coleoptera и других отрядах эндоптериготных насекомых . Некоторые из них, обычно, но не только осы, используются в биологической борьбе с вредителями .
Зоолог-художник XVII века Мария Сибилла Мериан внимательно наблюдала за паразитоидами и их хозяевами в своих картинах. Биология паразитоидизма повлияла на убеждения Чарльза Дарвина и вдохновила авторов научной фантастики и сценаристов на создание многочисленных паразитоидных пришельцев, убивающих своих человеческих хозяев, например, инопланетные виды в фильме Ридли Скотта 1979 года «Чужой» .
Термин «паразитоид» был придуман в 1913 году шведско-финским писателем Одо Рейтером [ 3] и принят в английском языке его рецензентом [4] энтомологом Уильямом Мортоном Уилером [5] . Рейтер использовал его для описания стратегии, при которой паразит развивается в теле или на теле одной особи хозяина, в конечном итоге убивая этого хозяина, в то время как взрослая особь является свободноживущей. С тех пор эта концепция была обобщена и широко применялась. [6]
Перспективу эволюционных вариантов можно получить, рассмотрев четыре вопроса: влияние на репродуктивную пригодность хозяев паразита; количество хозяев, которые у них есть на каждой стадии жизни; есть ли препятствие для размножения хозяина; и зависит ли эффект от интенсивности (количества паразитов на хозяина). Из этого анализа, предложенного К. Д. Лафферти и А. М. Кунисом, вытекают основные эволюционные стратегии паразитизма, наряду с хищничеством. [7]
Паразитоидизм, по мнению Р. Пулена и Х. С. Рандхавы, является одной из шести основных эволюционных стратегий в паразитизме , другие — паразитический кастратор , паразит, передающийся напрямую, паразит, передающийся трофически, паразит, передающийся вектором , и микрохищник. Это адаптивные пики со многими возможными промежуточными стратегиями, но организмы во многих различных группах последовательно сходились на этих шести. [8] [9]
Паразитоиды питаются живым хозяином, которого они в конечном итоге убивают, как правило, до того, как он успевает произвести потомство, тогда как обычные паразиты обычно не убивают своих хозяев, а хищники обычно убивают свою добычу немедленно. [10] [11]
Паразитоиды могут быть классифицированы как эндо- или эктопаразитоиды с идиобионтными или койнобионтными стратегиями развития. Эндопаразитоиды живут внутри тела своего хозяина, в то время как эктопаразитоиды питаются хозяином извне. Идиобионтные паразитоиды предотвращают дальнейшее развитие хозяина после его первоначальной иммобилизации, тогда как койнобионтные паразитоиды позволяют хозяину продолжать свое развитие, питаясь им. Большинство эктопаразитоидов являются идиобионтными, так как хозяин может повредить или сместить внешнего паразитоида, если позволить ему двигаться и линять . Большинство эндопаразитоидов являются койнобионтами, что дает им преимущество хозяина, который продолжает расти и избегать хищников. [12]
Первичные паразитоиды имеют простейшие паразитические отношения, включающие два организма, хозяина и паразитоида. Гиперпаразитоиды являются паразитоидами паразитоидов; вторичные паразитоиды имеют первичного паразитоида в качестве хозяина, поэтому задействовано три организма. Гиперпаразитоиды бывают либо факультативными (могут быть первичным паразитоидом или гиперпаразитоидом в зависимости от ситуации), либо облигатными (всегда развиваются как гиперпаразитоид). Также встречаются уровни паразитоидов за пределами вторичных, особенно среди факультативных паразитоидов. В системах галлов дуба может быть до пяти уровней паразитизма. [13] Случаи, в которых два или более видов паразитоидов одновременно нападают на одного и того же хозяина, не паразитируя друг на друге, называются мульти- или множественным паразитизмом. Во многих случаях множественный паразитизм все равно приводит к гибели одного или нескольких вовлеченных паразитоидов. Если несколько паразитоидов одного вида сосуществуют в одном хозяине, это называется суперпаразитизмом . Стадные виды откладывают несколько яиц или полиэмбриональные яйца, которые приводят к появлению нескольких личинок в одном хозяине. Конечным результатом стадного суперпаразитизма может быть одна выжившая особь паразитоида или несколько выживших особей, в зависимости от вида. Если суперпаразитизм происходит случайно у обычно одиночных видов, личинки часто дерутся между собой, пока не останется только одна. [14] [15]
В другой стратегии некоторые паразитоиды влияют на поведение хозяина способами, которые способствуют размножению паразитоида, часто ценой жизни хозяина. Ярким примером является ланцетовидная печеночная двуустка , которая заставляет муравьев-хозяев умирать, цепляясь за стебли травы, где травоядные или птицы, как ожидается, съедят их и завершат жизненный цикл паразитоидной двуустки в ее окончательном хозяине . Аналогичным образом, по мере созревания паразитоидов муравьев -стрепсиптеров они заставляют хозяев высоко взбираться на стебли травы, что является рискованным положением, но благоприятствует появлению стрепсиптеров. [16] Среди патогенов млекопитающих вирус бешенства поражает центральную нервную систему хозяина , в конечном итоге убивая его, но, возможно, способствуя распространению вируса, изменяя поведение хозяина. [17] Среди паразитических ос Glyptapanteles изменяет поведение своей гусеницы-хозяина, чтобы защитить куколок ос после того, как они появляются из тела гусеницы. [18] Форидная муха Apocephalus borealis откладывает яйца в брюшко своих хозяев, включая медоносных пчел , заставляя их покидать свое гнездо, вылетать из него ночью и вскоре умирать, позволяя следующему поколению мух появиться за пределами улья. [19]
Около 10% описанных насекомых являются паразитоидами в отрядах Hymenoptera , Diptera , Coleoptera , Neuroptera , Lepidoptera , Strepsiptera и Trichoptera . Большинство из них — осы в пределах Hymenoptera; большинство остальных — двукрылые мухи. [6] [20] [21] Паразитоидизм развивался независимо много раз: по одному разу у Hymenoptera, Strepsiptera, Neuroptera и Trichoptera, дважды у Lepidoptera, 10 раз или более у Coleoptera и не менее 21 раза среди Diptera. Все они являются насекомыми с полным превращением ( Endopterygota , которые образуют одну кладу ), и всегда паразитоидами являются личинки. [22] Метаморфоз из активной личинки во взрослую особь с другим строением тела допускает двойной образ жизни паразитической личинки, свободноживущей взрослой особи в этой группе. [23] Эти отношения показаны на филогенетическом дереве ; [24] [25] группы, содержащие паразитоидов, показаны жирным шрифтом, например, Coleoptera , с числом раз, когда паразитоидизм развивался в группе, в скобках, например (10 клад) . Приблизительное число (оценки могут сильно различаться) видов паразитоидов [26] из общего числа показано в квадратных скобках, например, [2500 из 400000].
В пределах Hymenoptera паразитоидизм развился только один раз, и многие описанные [d] виды паразитоидных ос [27] представляют собой подавляющее большинство видов в отряде, за исключением таких, как муравьи , пчелы и осы Vespidae , которые вторично утратили паразитоидную привычку. Паразитоидные осы включают около 25 000 Ichneumonoidea , 22 000 Chalcidoidea , 5 500 Vespoidea , 4 000 Platygastroidea , 3 000 Chrysidoidea , 2 300 Cynipoidea и множество более мелких семейств. [26] Они часто имеют замечательные жизненные циклы. [28] Их можно классифицировать как эндопаразитических или эктопаразитических в зависимости от того, где они откладывают яйца. [29] Эндопаразитические осы откладывают свои яйца внутрь своего хозяина, обычно как коинобионты, позволяя хозяину продолжать расти (таким образом, обеспечивая больше пищи личинкам осы), линять и уклоняться от хищников. Эктопаразитические осы откладывают свои яйца снаружи тела хозяина, обычно как идиобионты, немедленно парализуя хозяина, чтобы не дать ему сбежать или сбросить паразита. Они часто переносят хозяина в гнездо, где он останется нетронутым, чтобы личинка осы могла им питаться. [6] Большинство видов ос нападают на яйца или личинки своего хозяина, но некоторые нападают на взрослых особей. Откладывание яиц зависит от нахождения хозяина и уклонения от защиты хозяина; яйцеклад — это трубчатый орган, используемый для инъекции яиц в хозяина, иногда намного длиннее тела осы. [30] [31] [32] Хозяева, такие как муравьи, часто ведут себя так, как будто знают о присутствии ос, совершая резкие движения, чтобы предотвратить откладку яиц. Осы могут ждать, пока хозяин перестанет двигаться, а затем внезапно атаковать. [33]
Паразитоидные осы сталкиваются с рядом препятствий при откладывании яиц, [6] включая поведенческую, морфологическую, физиологическую и иммунологическую защиту своих хозяев. [29] [34] Чтобы помешать этому, некоторые осы заваливают своего хозяина своими яйцами, чтобы перегрузить способность его иммунной системы инкапсулировать инородные тела; [35] другие вводят вирус , который мешает иммунной системе хозяина. [36] Некоторые паразитоидные осы находят хозяев, обнаруживая химические вещества, которые растения выделяют для защиты от насекомых-травоядных. [37]
Настоящие мухи ( Diptera ) включают несколько семейств паразитоидов, крупнейшее из которых — Tachinidae ( около 9200 видов [26] ), за которыми следуют Bombyliidae (около 4500 видов [26] ), а также Pipunculidae и Conopidae , которые включают паразитоидные роды, такие как Stylogaster . Другие семейства мух включают некоторые виды протелей . [38] Некоторые Phoridae являются паразитоидами муравьев. [39] [40] Некоторые мясные мухи являются паразитоидами: например, Emblemasoma auditorix паразитирует на цикадах, обнаруживая своего хозяина по звуку. [41]
Strepsiptera ( паразиты с закрученными крыльями) полностью состоят из паразитоидов; они обычно стерилизуют своих хозяев. [42]
Два семейства жуков , Ripiphoridae (450 видов [26] ) [43] [44] и Rhipiceridae , в основном являются паразитоидами, как и Aleochara Staphylinidae ; в целом, около 400 стафилинид являются паразитоидами. [26] [38] [45] Около 1600 видов большого и в основном свободноживущего семейства Carabidae являются паразитоидами. [26]
Некоторые Neuroptera являются паразитоидами; у них есть личинки, которые активно ищут хозяев. [46] Личинки некоторых Mantispidae , подсемейства Symphrasinae, являются паразитоидами других членистоногих, включая пчел и ос. [26]
Хотя почти все Lepidoptera (бабочки и моли) являются травоядными, несколько видов являются паразитическими. Личинки Epipyropidae питаются Homoptera , такими как цикады и цикады, а иногда и другими Lepidoptera. Личинки Cyclotornidae паразитируют сначала на Homoptera, а затем на муравьином выводке. [47] Огневка Chalcoela использовалась для биологического контроля ос Polistes на Галапагосских островах . [22]
Паразитизм редко встречается у Trichoptera (ручейников), но встречается среди Hydroptilidae ( ручейников-кошелек), вероятно, включая все 10 видов группы Orthotrichia aberrans ; они паразитируют на куколках других ручейников. [48]
Клещи семейства Acarophenacidae являются эктопаразитоидами яиц насекомых. В отличие от паразитоидов насекомых, именно взрослая стадия Acarophenacidae действует как паразитоид. В частности, взрослые самки клещей питаются яйцами насекомых, а их тело разбухает от потомства, которое в конечном итоге становится взрослым. [49]
Все известные грибы родов Cordyceps и Ophiocordyceps являются эндопаразитарными. [50] Одним из самых известных грибковых паразитоидов является O. unilateralis , который заражает муравьев-плотников, разрушая экзоскелеты муравья с помощью своих спор и разрастаясь в гемоцеле муравья как свободноживущие дрожжевые клетки. В конечном итоге дрожжевые клетки прогрессируют до выработки нервных токсинов, чтобы изменить поведение муравья, заставляя его взбираться и кусать растительность, что известно как «смертельный укус». [51] Этот подход настолько тонко настроен, что заставляет муравья кусать часть листа, наиболее оптимальную для плодоношения гриба; адаксиальную среднюю жилку листа. Фактически, было обнаружено, что при определенных обстоятельствах время смертельного укуса синхронизировано с солнечным полднем. [52] До 40% биомассы муравья составляют грибковые гифы в момент смертельного укуса. [53] После смерти муравья грибок производит большой стебель, растущий из задней части головы муравья [54], который впоследствии выпускает аскоспоры. Эти споры слишком велики, чтобы их мог разнести ветер, и вместо этого падают прямо на землю, где они производят вторичные споры, которые заражают муравьев, когда они ходят по ним. [55] O. sinesis , также является паразитоидом, паразитирующим на личинках моли-призрака, убивая их в течение 15-25 дней, процесс, аналогичный процессу O. unilateralis . [56]
Расположение хозяина изучалось у Ormia ochracea , паразитоидной тахиновой мухи, которая находит своего хозяина-сверчка акустически ( фонотаксис ). [57] Предпочтение доминирующего местного вида хозяина не было объяснено анализом ДНК. Фактически, популяции на юге США были необъяснимо тесно связаны, учитывая скорость расширения ареала от предполагаемого центральноамериканского происхождения. [58] Популяция выращенных в неволе лабораторных мух была выращена на двух разных песнях хозяина ( Gryllus integer или G. lineaticeps ). Реагирующие взрослые самки в подавляющем большинстве выбирали свою знакомую песню, что указывает на использование усвоенного слухового поискового образа. Эта фенотипическая пластичность позволяет такому высокоспециализированному паразитоиду избегать катастроф из-за чрезмерной специализации. Интересно, что когда восприимчивые самки слышали тишину только в ночь перед тестированием на предпочтение, они выбирали песни хозяина в равной степени, 50/50. [59] Эта способность к обучению и использованию поисковых образов в сочетании с высокоспециализированной морфологией и образом жизни (например, барабанная перепонка, настроенная на восприятие звуковых сигналов хозяина, личинкорождение) подтверждает необычайно быстрое расширение ареала O. ochracea, а также наличие и силу обучения у паразитоидов.
Паразитоиды являются одними из наиболее широко используемых биологических агентов контроля. Классическая биологическая борьба с вредителями с использованием естественных врагов вредителей (паразитоидов или хищников) чрезвычайно эффективна с точки зрения затрат, соотношение затрат и выгод для классической борьбы составляет 1:250, но эта техника более изменчива по своим эффектам, чем пестициды; она уменьшает, а не уничтожает вредителей. Соотношение затрат и выгод для скрининга естественных врагов также намного выше, чем для скрининга химикатов: 1:30 против 1:5 соответственно, поскольку поиск подходящих естественных врагов можно точно направлять с помощью экологических знаний. Естественных врагов сложнее производить и распространять, чем химикаты, поскольку срок их годности составляет максимум несколько недель; и они сталкиваются с коммерческим препятствием, а именно с тем, что их нельзя запатентовать. [60] [61]
С точки зрения фермера или садовода, 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 ; хальцидоиды , которые паразитируют на яйцах и личинках тли, белокрылки , гусениц капустницы и щитовок ; и тахины , которые паразитируют на широком спектре насекомых, включая гусениц, взрослых и личиночных жуков и клопов . [62] В коммерческих целях существуют 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 подходящие биологические средства контроля для различных культур. [63] [64]
Мария Сибилла Мериан (1647–1717) была одним из первых натуралистов, изучавших и изображавших паразитоидов и их насекомых-хозяев в своих тщательно изученных картинах. [65]
Паразитоиды повлияли на религиозное мышление Чарльза Дарвина , [e] который в письме 1860 года американскому натуралисту Асе Грею написал : «Я не могу убедить себя, что благодетельный и всемогущий Бог намеренно создал паразитических ос с явным намерением, чтобы они питались живыми телами гусениц». [67] 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 . [68]
Паразитоиды вдохновили авторов научной фантастики и сценаристов на создание ужасающих паразитических инопланетных видов , которые убивают своих человеческих хозяев. [71] Одним из самых известных является Ксеноморф из фильма Ридли Скотта 1979 года «Чужой» , который быстро проходит свой жизненный цикл от насильственного проникновения в рот человека-хозяина до смертельного вырывания из его груди. [72] [73] [74] Молекулярный биолог Алекс Серсель, пишущий в журнале Signal to Noise Magazine , сравнивает «биологию [ Чужих ] Ксеноморфов с паразитоидными осами и червями-нематоморфами с Земли, чтобы проиллюстрировать, насколько близка к реальности биология этих инопланетян, и обсудить этот исключительный случай, когда наука вдохновляет художников». [75] Серсель отмечает, что способ, которым Ксеноморф захватывает лицо человека, чтобы имплантировать свой эмбрион, сопоставим с тем, как паразитоидная оса откладывает яйца в живого хозяина. Он далее сравнивает жизненный цикл ксеноморфа с жизненным циклом нематоморфа Paragordius tricuspidatus , который растет, заполняя полость тела своего хозяина, прежде чем вырваться наружу и убить его. [75] Алистер Дав на научном сайте Deep Sea News пишет, что существует множество параллелей с паразитоидами, хотя, по его мнению, в реальной биологии есть более тревожные жизненные циклы. По его мнению, параллели включают размещение эмбриона в хозяине; его рост в хозяине; последующую смерть хозяина; и чередование поколений , как у Digenea (трематоды). [76] Социальный антрополог Марика Моиссеефф утверждает, что «паразитические и роящиеся аспекты размножения насекомых делают этих животных излюбленными злодеями в голливудской научной фантастике. Битва культуры против природы изображается как бесконечная битва между человечеством и насекомоподобными внеземными видами, которые имеют тенденцию паразитировать на людях с целью размножения». [71] В Энциклопедии научной фантастики перечислено множество случаев «паразитизма», часто приводящих к смерти хозяина. [77]
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь ), травоядность и паразитизм существуют в континууме тяжести с точки зрения степени, в которой они отрицательно влияют на приспособленность организма. ... В большинстве ситуаций паразиты не убивают своих хозяев. Исключение, однако, составляют паразитоиды, которые стирают грань между паразитизмом и хищничеством.
Длина яйцеклада по сравнению с телом паразитической осы сильно варьируется между таксонами, от доли длины метасомы до более чем в 14 раз длиннее головы и тела. (Таунс 1975; Ахтерберг 1986; Комптон и Нефдт 1988).
{{cite book}}
: |website=
проигнорировано ( помощь )