Щитовки — мелкие насекомые отряда Hemiptera , подотряда Sternorryncha . Имея резко изменчивый внешний вид и крайний половой диморфизм , они составляют инфраотряд Coccomorpha , который из-за таксономических неопределенностей считается более удобной группой, чем надсемейство Coccoidea . Взрослые самки обычно имеют мягкое тело и не имеют конечностей и скрыты под куполообразной чешуей, выделяющей для защиты большое количество воска. Некоторые виды гермафродиты, у них вместо отдельных яичников и семенников имеется комбинированный овотестис. Самцы того вида, где они встречаются, имеют ноги, а иногда и крылья, и напоминают маленьких мух. Щитовки — травоядные животные , прокалывающие ротовым аппаратом ткани растений и остающиеся на одном месте, питающиеся соками . Излишняя жидкость, которую они впитывают, выделяется в виде медвяной росы , на которой имеет тенденцию расти сажистая плесень. Насекомые часто имеют мутуалистические отношения с муравьями , которые питаются медвяной росой и защищают их от хищников . Описано около 8000 видов.
Самые старые окаменелости этой группы датируются ранним меловым периодом и сохранились в янтаре . К этому времени они уже были существенно разнообразны, что позволяет предположить более раннее происхождение в триасовом или юрском периоде . Их ближайшие родственники — прыгающие тли , белокрылки , клопы-филлоксеры и тли . Большинство самок щитовок во взрослом состоянии остаются на одном месте, а только что вылупившиеся нимфы, известные как «ползуны», являются единственной подвижной стадией жизни, не считая недолговечных самцов. Репродуктивные стратегии многих видов включают, по крайней мере, некоторую степень бесполого размножения путем партеногенеза .
Некоторые щитовки являются серьезными коммерческими вредителями, в частности щитовка хлопчатобумажная ( Icerya purchasi ) на цитрусовых плодовых деревьях; с ними трудно бороться, поскольку накипь и восковое покрытие эффективно защищают их от контактных инсектицидов. Некоторые виды используются для биологической борьбы с растениями-вредителями, например опунция, опунция . Другие производят коммерчески ценные вещества, в том числе красители кармин и кермес , шеллак . Два названия красного цвета — малиновый и алый — происходят от названий продуктов Kermes на других языках.
Чешуйчатые насекомые сильно различаются по внешнему виду: от очень мелких организмов (1–2 мм), растущих под восковыми покровами (некоторые имеют форму устриц, других — раковин мидий), до блестящих жемчужных предметов (около 5 мм) и животных, покрытых мучнистый воск. Взрослые самки почти всегда неподвижны (кроме мучнистых червецов ) и постоянно прикреплены к растению, которым питаются. Для защиты они выделяют восковой налет, что делает их похожими на чешую рептилий или рыб и дает им общее название. [2] Ключевым признаком, который отличает Coccomorpha от всех других полужесткокрылых, является односегментированная лапка на ногах только с одним когтем на конце. [3]
Группа чрезвычайно диморфна по половому признаку ; самки щитовок, что необычно для Hemiptera, сохраняют незрелую внешнюю морфологию даже в половозрелом возрасте — состояние, известное как неотения . Взрослые самки имеют грушевидную, эллиптическую или круглую форму, без крыльев и обычно без перетяжки, отделяющей голову от тела. Сегментация тела нечеткая, но на нее может указывать наличие краевых щетинок. Ноги отсутствуют у самок некоторых семейств, а при их наличии варьируются от односегментных обрубков до пятичлениковых конечностей. У самок щитовок нет сложных глаз, но глазки (простые глаза) иногда присутствуют у Margarodidae , Ortheziidae и Phenacoleachiidae . У семейства Beesoniidae усики отсутствуют , но у других семейств усики имеют от одного до тринадцати сегментов. Ротовой аппарат приспособлен для прокалывания и сосания. [2]
Взрослые самцы, напротив, имеют голову, грудь и брюшко, типичные для других групп насекомых, и настолько отличаются от самок, что спаривание их как одного вида является сложной задачей. Обычно это тонкие насекомые, напоминающие тлю или мелких мух . У них есть усики с девятью или десятью сегментами, сложные глаза (Margarodidae и Ortheziidae) или простые глаза (большинство других семейств) и ноги с пятью сегментами. У большинства видов есть крылья, а в некоторых поколениях могут чередоваться крылатые и бескрылые. Взрослые самцы не питаются и погибают в течение двух-трех дней после вылупления. [2]
У видов с крылатыми самцами обычно полностью функциональны только передние крылья. Это необычно для насекомых; это больше всего напоминает ситуацию с настоящими мухами Diptera. Однако двукрылые и полужесткокрылые не являются близкими родственниками и не очень похожи друг на друга по морфологии ; например, хвостовые нити Coccomorpha по морфологии ничего не напоминают мух. Задние ( заднегрудные ) крылья редуцированы, обычно до такой степени, что их легко не заметить. У некоторых видов на задних крыльях есть хамули , крючки, которые соединяют задние крылья с основными, как у перепончатокрылых . Рудиментарные крылья часто редуцируются до псевдожужжальца , булавовидных придатков, но они не гомологичны органам управления двукрылых, и неясно, выполняют ли они какую-либо существенную функцию контроля . [4]
Гермафродитизм у насекомых очень редок, но у некоторых видов Icerya наблюдается необычная форма. У взрослой особи есть овотестис, состоящий как из женской, так и из мужской репродуктивной ткани, и сперма передается молодняку для использования в будущем. Тот факт, что новая популяция может быть основана одной особью, возможно, способствовал успеху хлопчатобумажной чешуи , которая распространилась по всему миру. [5]
Самки щитовок в более продвинутых семьях развиваются из яйца через стадию первого возраста (ползуна) и стадию второго возраста, прежде чем стать взрослыми. В более примитивных семьях имеется дополнительная возрастная стадия. Перед взрослением самцы проходят стадию первого и второго возраста, предкуколку и стадию куколки (фактически псевдокуколку, поскольку только у насекомых с полным обменом веществ есть настоящая куколка). [2]
Первые возрасты большинства видов щитовок выходят из яйца с функциональными ногами и неофициально называются «ползунами». Они тут же расползаются в поисках подходящего места, чтобы обосноваться и кормиться. У некоторых видов они откладывают обустройство либо до тех пор, пока не умрут от голода, либо до тех пор, пока их не унесет ветер на то, что предположительно является другим растением, где они могут основать новую колонию. Существует множество вариаций на эту тему, например, щитовки, связанные с видами муравьев, которые действуют как пастухи и относят детенышей в защищенные места для кормления. В любом случае многие такие виды гусениц во время линьки теряют способность пользоваться ногами, если они самки, и остаются на месте на всю жизнь. Только самцы сохраняют ноги, а у некоторых видов и крылья, и используют их для поиска самок. Для этого они обычно ходят пешком, так как их способность летать ограничена, но ветер может унести их в новые места. [2]
Взрослые самки семейств Margarodidae, Ortheziidae и Pseudococcidae подвижны и могут перемещаться в другие части растения-хозяина или даже на соседние растения, но период подвижности ограничивается коротким периодом между линьками. Некоторые из них зимуют в расщелинах коры или среди растительной подстилки, перемещаясь весной к нежному молодняку. Однако большинство самок щитовок во взрослом состоянии ведут сидячий образ жизни. Их способность к расселению зависит от того, как далеко ползун сможет проползти, прежде чем ему нужно будет сбросить кожу и начать питаться. Существуют различные стратегии борьбы с лиственными деревьями. Самцы часто питаются листьями, обычно рядом с жилками, а самки выбирают веточки. Если в году имеется несколько поколений, с приближением осени может произойти общее отступление на ветки. На ветвях обычно предпочтительнее нижняя сторона, обеспечивающая защиту от хищников и неблагоприятных погодных условий. Мучнистый червец Solenopsis питается листвой своего хозяина летом и корнями зимой, а большое количество видов щитовок питается невидимо, круглый год, корнями. [2]
У щитовок наблюдается очень широкий диапазон вариаций в генетике определения пола и способах размножения. Помимо полового размножения , используется ряд различных форм репродуктивных систем, включая бесполое размножение путем партеногенеза . У некоторых видов половые и бесполые популяции встречаются в разных местах, и в целом виды с широким географическим ареалом и разнообразием растений-хозяев с большей вероятностью будут бесполыми. Предполагается, что большой размер популяции защищает бесполую популяцию от вымирания, но, тем не менее, партеногенез среди щитовок встречается редко, при этом наиболее распространенные универсальные питающиеся животные размножаются половым путем, причем большинство из них являются видами вредителей. [6]
Многие виды имеют систему XX-XO, при которой самка диплоидна и гомогаметна, а самец гетерогаметен и лишен половой хромосомы. У некоторых Diaspididae и Pseudococcidae оба пола образуются из оплодотворенных яиц, но во время развития самцы устраняют отцовский геном, и эта система, называемая элиминацией отцовского генома (PGE), обнаружена почти у 14 семейств щитовок. Это устранение достигается несколькими вариациями. Самая распространенная (известная как леканоидная система) включала дезактивацию отцовского генома и его элиминацию во время производства спермы у самцов, это наблюдается у Pseudococcidae, Kerriidae и некоторых Eriococcidae . В другом варианте, системе Comstockiella , соматические клетки имеют нетронутый отцовский геном. Третий вариант, обнаруженный у Diaspididae, предполагает полное удаление отцовского генома на ранней стадии, в результате чего самцы гаплоидны как по соматическим, так и по половым клеткам, хотя они образуются из диплоидов, т. е. из оплодотворенных яиц. Кроме того, существует истинная гаплодиплоидия: самки рождаются из оплодотворенных яиц, а самцы - из неоплодотворенных яиц. Это наблюдается у рода Icerya . У Parthenolecanium самцы рождаются из неоплодотворенных яиц, но диплоидия на короткое время восстанавливается за счет слияния гаплоидных расщепляющихся ядер, а затем одна половая хромосома теряется в результате гетерохроматинизации. Самки могут размножаться партеногенетически с использованием шести различных вариантов в зависимости от того, полностью отсутствуют самцы или нет (облигатный или факультативный партеногенез); пол оплодотворенных и неоплодотворенных яиц; и на основе того, как восстанавливается диплоидия в неоплодотворенных яйцах. Считается, что эволюция этих систем является результатом внутригеномного конфликта , а также, возможно, межгеномного конфликта с эндосимбионтами под различным давлением отбора. Разнообразие систем сделало щитовок идеальными моделями для исследований. [7]
Щитовые насекомые — древняя группа, возникшая в меловом периоде , периоде, когда среди растений доминировали покрытосеменные растения, и лишь несколько групп видов встречались на голосеменных . Они питаются самыми разными растениями, но не могут долго выживать вдали от хозяев. В то время как некоторые специализируются на одном виде растений (монофаги), а некоторые — на одном роде или семействе растений (олигофаги), другие менее специализированы и питаются несколькими группами растений (полифаги). [2] Биолог-паразитолог Роберт Пулен отмечает, что пищевое поведение щитовок очень похоже на поведение эктопаразитов , живущих снаружи своего хозяина и питающихся только им, даже если они традиционно не описывались таким образом; по его мнению, те виды, которые остаются неподвижными на одном хозяине и питаются только им, ведут себя как облигатные эктопаразиты. [8] Например, виды кошениль встречаются только на кактусах-хозяевах, а вызывающие галл Apiomorpha — на эвкалипте . У некоторых видов есть определенные требования к среде обитания; некоторые Ortheziidae встречаются на сырых лугах, среди мхов и в лесной почве, а бореальная прапорщица ( Newsteadia floccosa ) населяет растительную подстилку . [2] Гавайский мучнистый червец Clavicoccus erinaceus , который питался исключительно находящимся под угрозой исчезновения Abutilon sandwicense, вымер, как и другой вид Phyllococcus oahuensis . [9] Некоторые другие монофаговые щитовки, особенно обитающие на островах, находятся под угрозой одновременного исчезновения из-за угроз, с которыми сталкиваются их растения-хозяева. [10]
Большинство щитовок являются травоядными и питаются соком флоэмы , взятым непосредственно из сосудистой системы растения, но некоторые виды питаются грибковыми матами и грибами , например, некоторые виды рода Newsteadia семейства Ortheziidae. Сок растений обеспечивает жидкую диету, богатую сахаром и незаменимыми аминокислотами. Чтобы восполнить дефицит незаменимых аминокислот, они зависят от эндосимбиотических протеобактерий. [11] Чешуйчатые насекомые выделяют большое количество липкой вязкой жидкости, известной как « медвяная роса ». Он включает в себя сахара, аминокислоты и минералы и привлекателен для муравьев, а также действует как субстрат, на котором может расти сажистая плесень . Плесень может снизить фотосинтез листьев и ухудшить внешний вид декоративных растений. Действие весов может привести к стрессу растения, вызвать замедление роста и повысить его восприимчивость к болезням растений. [12]
Щитовки рода Cryptostigma обитают в гнездах неотропических видов муравьев. [13] Многим тропическим растениям для выживания необходимы муравьи, которые, в свою очередь, выращивают щитовок, образуя таким образом трехсторонний симбиоз . [14] Некоторые муравьи и щитовки имеют мутуалистические отношения; муравьи питаются медвяной росой и взамен защищают чешуйки. На тюльпанном дереве муравьи построили бумажную палатку над чешуйками. В других случаях щитовки переносятся внутрь муравейника; муравей Acropyga exsanguis доводит это до крайности, перевозя с собой во время брачного полета оплодотворенную самку мучнистого червеца, чтобы можно было обеспечить продовольствием основанное им гнездо. [2] Это обеспечивает широкое распространение мучнистого червеца. У видов Hippeococcus длинные цепкие ноги с когтями, позволяющие захватывать муравьев Dolichoderus , которые их ухаживают; они позволяют унести себя в колонию муравьев. Здесь мучнистые червецы защищены от хищников и опасностей окружающей среды, а у муравьев есть источник питания. [2] Другой вид муравьев содержит стадо щитовок внутри полых стеблей дерева Barteria ; червецы питаются соком, а муравьи, получая пользу от медвяной росы, отгоняют других травоядных насекомых от дерева, а также не позволяют виноградным лозам задушить его. [15]
У щитовок есть различные естественные враги, и исследования в этой области в основном направлены на виды, являющиеся вредителями сельскохозяйственных культур. Энтомопатогенные грибы могут атаковать подходящие чешуйки и полностью их зарастать. Идентичность хозяина не всегда очевидна, поскольку многие грибы специфичны для хозяина и могут уничтожить все чешуйки одного вида, присутствующие на листе, не затрагивая при этом другой вид. [16] Грибы рода Septobasidium имеют более сложные, мутуалистические отношения с щитовками. Гриб живет на деревьях, где образует коврик, который зарастает чешуйками, замедляя рост отдельных пораженных паразитами чешуек и иногда делая их бесплодными, но защищая колонию чешуек от условий окружающей среды и хищников. Гриб получает пользу, усваивая сок, извлеченный из дерева насекомыми. [17]
Естественные враги включают ос-паразитоидов , в основном из семейств Encyrtidae и Eulophidae , а также хищных жуков, таких как грибные долгоносики , божьи коровки и сокожуки . [2] Божьи коровки питаются тлей и щитовками, откладывая яйца рядом с добычей, чтобы личинки имели немедленный доступ к пище. Божья коровка Cryptolaemus montrouzieri известна как «разрушитель мучнистых червецов», поскольку и взрослые особи, и личинки питаются мучнистыми червецами и некоторыми мягкими чешуйками. [18] Муравьи, присматривающие за поставщиками медвяной росы, обычно отгоняют хищников, но истребитель мучнистых червецов перехитрил муравьев, разработав загадочный камуфляж: их личинки имитируют личинки чешуек. [2]
Многие виды щитовок являются серьезными вредителями сельскохозяйственных культур и особенно проблематичны из-за своей способности уклоняться от карантинных мер. [19] [20] В 1990 году они нанесли ущерб посевам в Соединенных Штатах на сумму около 5 миллиардов долларов. [21] Восковой покров многих видов щитовок эффективно защищает их взрослых особей от контактных инсектицидов , которые эффективны только против стадии нимфы первого возраста, известной как ползун . Однако с чешуей часто можно бороться с помощью садовых масел , которые ее удушают , системных пестицидов, отравляющих сок растений-хозяев, или средств биологической борьбы , таких как крошечные паразитоидные осы и божьи коровки. Против чешуи также можно использовать инсектицидное мыло . [22]
Один вид, хлопчатобумажная щитовка, является серьезным коммерческим вредителем 65 семейств древесных растений, включая цитрусовые . Он распространился по всему миру из Австралии. [23] [24]
В то же время некоторые виды щитовок сами по себе полезны в качестве агентов биологической борьбы с вредителями растений, например различные виды кошенильных насекомых , поражающих инвазивные виды опунции , широко распространенные, особенно в Австралии и Африке. [25] [26]
Некоторые виды щитовок имеют экономическую ценность из-за веществ, которые они могут выделять при правильном содержании. Некоторые из них, такие как кошениль , кермес , лак , армянская кошениль и польская кошениль , использовались для производства красных красителей для окраски пищевых продуктов и окраски тканей. [27] [28] [29] И название цвета « малиновый », и родовое название Кермес происходят от итальянского carmesi или cremesi , обозначающего краситель, используемый для итальянских шелковых тканей, в свою очередь, от персидского [30] qirmizī (قرمز), что означает и цвет, и насекомое. [31] Название цвета « алый » аналогично происходит от арабского слова «siklāt », обозначающего чрезвычайно дорогой роскошный шелк, окрашенный в красный цвет с использованием кермеса. [32]
Некоторые виды восковых чешуек родов Ceroplastes и Ericerus производят такие материалы, как китайский воск , [33] и несколько родов лаковых чешуек производят шеллак . [34]
Содержащая их группа щитовок раньше рассматривалась как надсемейство Coccoidea, но таксономическая неопределенность привела к тому, что исследователи предпочли использовать инфраотряд Coccomorpha в качестве предпочтительного названия для группы. [35] Чешуйчатые насекомые относятся к семейству Sternorryncha . Филогения существующих групп, выведенная на основе анализа малой субъединицы (18S) рибосомальной РНК , показана на первой кладограмме . [ нужна цитата ]
Филогенетическое разнообразие Coccomorpha было проанализировано систематиком Изабель Веа и энтомологом Дэвидом Гримальди в 2016 году, объединив ДНК (3 области генов) и 174 морфологических признака (чтобы можно было включить ископаемые свидетельства). Они показали, что основные линии чешуйчатых насекомых разошлись раньше, чем их хозяева были покрытосеменными, и предположили, что насекомые перешли от питания голосеменными, как только покрытосеменные стали обычными и широко распространенными в меловом периоде. Coccomorpha появились в начале триасового периода, около 245 млн лет назад ; неококкоиды около 185 млн лет назад. Чешуйчатые насекомые очень хорошо представлены в летописи окаменелостей: они в изобилии сохранились в янтаре , начиная с раннего мела, 130 млн лет назад; уже к меловому периоду они были сильно диверсифицированы. Все семейства были монофилетическими, за исключением Eriococcidae . Коккоморфы делятся на две клады: «Археококкоиды» и «Неококкоиды». В семействах археококкоидов взрослые самцы имеют либо сложные глаза, либо ряд единороговых глаз, а у самок имеются брюшные дыхальца. У неоккоидов у самок отсутствуют брюшные дыхальца. [37] На приведенной ниже кладограмме род Pityococcus перенесен в группу «Неококкоиды». Кладограмма, показывающая основные семейства, использующие эту методологию, показана ниже. [38]
Распознавание семейств щитовок со временем менялось, и достоверность многих из них постоянно меняется, [39] [40] при этом несколько признанных семейств, не включенных в представленную выше филогению, включая вымершие группы, перечислены ниже: [41] [42] [ 43]
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь ){{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )На веб-сайте «Избранные существа» Университета Флориды / Института пищевых и сельскохозяйственных наук :