Почему развитие насекомых может происходить из неоплодотворенных половых клеток

Сотрудник биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российскими коллегами объяснил широкое распространение партеногенеза — развития организмов из неоплодотворенных половых клеток — у насекомых. Изучение этого явления необходимо для успешного контроля численности вредных для сельского хозяйства видов. Результаты работы были опубликованы в журнале Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research.

Насекомые с полным превращением Holometabola — надотряд крылатых насекомых, которые проходят четыре стадии развития: яйцо, личинка, куколка и взрослое насекомое. Для некоторых представителей Holometabola характерен партеногенез. Ученый МГУ в обзорной статье описал типы партеногенетического развития, наблюдаемого в различных группах этих насекомых.

Существует три типа партеногенеза: арренотокия, телитокия и дейтеротокия. Арренотокия — появление из неоплодотворенных половых клеток только самцов – характерна, например, для большинства представителей отряда перепончатокрылых, к которому относятся осы, пчелы и шмели. У таких животных самцы обычно рождаются из неоплодотворенных яиц и содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом, а самки появляются диплоидными (с двойным набором хромосом) из оплодотворенных половых клеток.

При телитокии, напротив, самки появляются из неоплодотворенных яйцеклеток, а самцы отсутствуют. Такой тип партеногенеза свойственен, как правило, не крупным группам, а отдельным видам насекомых, например, некоторым жукам-долгоносикам и чешуекрылым мешочницам. При дейтеротокии, последнем типе партеногенеза, из неоплодотворенных половых клеток развиваются организмы и мужского, и женского полов. В частности, дейтеротокию обнаружили у многих орехотворок семейства Cynipidae.

«Показано, что партеногенез благоприятствует возникновению и дальнейшему существованию групп при низкой плотности популяции и во многих случаях, когда возникает необходимость быстрого размножения определенного генотипа в благоприятных для этого условиях. С другой стороны, иногда популяции насекомых, размножающихся половым путем, достигают очень высокой численности, и это также может способствовать появлению партеногенетических линий», — рассказал один из авторов статьи Владимир Гохман, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Ботанического сада биологического факультета МГУ.

Ученые нашли основную причину возникновения партеногенеза, она проста: насекомым очень сложно найти половых партнеров при низкой численности популяции, что зачастую обусловлено экстремальными условиями обитания. Напротив, становление партеногенеза при высокой плотности популяции может объясняться тем, что при такой численности, особенно у растительноядных насекомых-фитофагов, питающихся на деревьях, очевидно, снимаются многие эволюционные запреты, препятствующие партеногенетическому развитию.

«Многие серьезные вредители сельского и лесного хозяйства, как и их естественные враги из числа насекомых, являются партеногенетиками, и, следовательно, изучение различных сторон партеногенеза необходимо для успешного контроля численности вредных видов. В настоящее время в мировой научной литературе наблюдается резкий рост числа работ, посвященных исследованию экологических, генетических и других аспектов партеногенеза у насекомых. Данная информация нуждается в адекватном и своевременном обобщении и осмыслении, однако различные обзоры, публикуемые по этой тематике, как правило, быстро устаревают», — добавил ученый.

Растительноядные насекомые, размножающиеся путем телитокии, могут наносить большой вред сельскому и лесному хозяйству, потому что немногие самки могут в короткий срок без помощи самцов воспроизвести полноценную популяцию вредителей.

Работа подготовлена в сотрудничестве со специалистом из Зоологического института РАН.

Фото: Партеногенетический долгоносик-скосарь Otiorhynchus sulcatus. Источник: Wikimedia Commons