Сергей Викторович Павлушин. Источник фото: Антон Веселов / программа «КПД Идеи»
Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН Сергей Викторович Павлушин был удостоен премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2023 г. Он изучил новые механизмы регуляции вспышек массового размножения насекомых-вредителей сельского и лесного хозяйств, называемых непарными шелкопрядами. Ученый предложил контролировать популяции шелкопряда, гусеницы которого пожирают леса, посредством специальных вирусов.
Ученые из Института систематики и экологии животных СО РАН работают над проектами биотехнологической лаборатории, созданной в НИИ биологии ИГУ в рамках национального проекта «Наука и университеты» в 2020 г. Одно из их недавних достижений — выделение нового штамма вирусов (циповирусов), который поражает чешуекрылых насекомых. Кроме того, институт является получателем гранта РНФ на «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) президента Российской Федерации».
— Сергей Викторович, расскажите нам о непарном шелкопряде: что это за насекомое, в чем его особенности и почему он представляет такую опасность для сибирских и алтайских лесов?
— Непарный шелкопряд — типичный и в данный момент самый опасный вредитель для лесных насаждений и некоторых плодовых культур. Рацион питания его гусениц, по разным данным, включает три-четыре сотни видов растений. С начала лета или конца весны и вплоть до середины-конца лета, в зависимости от региона, происходит массовая вспышка, когда складываются воедино ряд факторов — биотических и абиотических. Происходит взрывной рост численности, начинаются массовое размножение и массовое объедание, мы видим полностью объеденные леса или приусадебные участки. Плодовые культуры вроде яблони, груши или фисташковых насаждений он тоже может повреждать.
Непарный шелкопряд опасен тем, что распространен в России повсеместно. Практически в каждом регионе каждый год можно видеть новости о вспышках. В прошлом году суммарно по России было повреждено свыше 1 млн га. При этом в каждом регионе у него свои предпочтения. Допустим, в нашем регионе, в Новосибирской области, преимущественно лиственные насаждения. А вот если брать Алтай, то там он повреждает и хвойные, и лиственные насаждения. Во всем мире сейчас идет смещение ареалов обитания насекомых в северном направлении, климат меняется. Было важно определить актуальную границу распространения — насколько быстро шелкопряд ее меняет, насколько быстро он меняет свой рацион с лиственного на хвойный, — потому что лиственные, в принципе, могут перенести какие-то массовые объедания, а вот хвойные достаточно быстро усыхают.
— Что произойдет, если оставить эту проблему нерешенной?
— Будет риск больших потерь древесины, хвойных насаждений. Если говорить об экономике, с одного гектара лиственницы можно получить примерно 300 м³ древесины. В прошлом году было повреждено больше 1,5 млн га. Стоимость кубометра — примерно 20 тыс. руб., то есть мы получаем серьезные цифры в экономическом плане.
Кроме того, леса — легкие планеты. И бореальные леса, то есть тайга по-нашему, уязвимее как ареал массового размножения вредителей. Восстановить их будет крайне сложно. Поэтому потери могут быть достаточно серьезными с точки зрения как экономики, так и природы в целом.
— Как эта проблема решалась раньше?
— Защитные службы применяют и химические, и биологические препараты. Очень стараются прогнозировать численность, бороться на стадии яйцекладок. Их стараются как-то вычищать либо осенью, либо весной, ограждать деревья, обматывать, обмазывать, чтобы далее спровоцировать массовую гибель младших возрастов. Но тут надо понимать, что лучше все-таки постараться предотвратить, чем бороться с последствиями. Интегрированная комплексная биологическая защита позволяет прогнозировать место вспышки, ее смещение и разрабатывать биологический способ, который бы производил пролонгированное воздействие.
Это можно реализовать с помощью естественных врагов непарного сибирского шелкопряда, в данном случае микроорганизмов. Одним из этапов работы был поиск вирусов цитоплазматического полиэдроза, которые продемонстрировали хорошие результаты губительности для вредителя в лабораторных условиях. Кроме того, они могут закреплять эффект в последующих поколениях, нет необходимости многократного внесения.
Сейчас большая доля биопрепаратов на рынке в целом за бактериями. Их легче культивировать, нарабатывать в искусственных условиях. Но подвох в том, что при смещении ареала в северном направлении устойчивость к бактериальным препаратам повышается. Погодные условия воздействует на физиологию и микробиоту насекомых так, что бактерии работают хуже, а вирусы, наоборот, лучше. Соответственно, мы предлагаем немного сместить акценты и разработать что-то комплексное, новое.
— Расскажите о том, как велась разработка нового метода контроля над шелкопрядом.
— Скорость распространения мы отмечали с помощью экспедиционных поездок. Актуальная граница сейчас на 400 км севернее, чем отмечалось ранее, уже примерно до 61-й, 62-й параллели.
Моя кандидатская диссертация во многом заложила основы следующего этапа — исследования явления синхронного развития. Эволюционно насекомые стараются максимально синхронизировать свой цикл развития с циклом развития растений, чтобы развиваться на определенной «вкусной» стадии. Было показано, что в условиях затяжного развития происходит изменение микробиоты и физиологии насекомых, способствующее устойчивости к бактериям и большей восприимчивости к вирусам.
Следующий этап. В процессе эксперимента шелкопрядов переводили с лиственного рациона на хвойный и смотрели, как у них меняется ферментативная активность. Проводили испытания, сравнения вирусных штаммов, бакуловирусных, циповирусных, выделенных из непарного и сибирского шелкопрядов, насколько эффективно они работают в тех или иных условиях.
Было сотрудничество с институтами Красноярска, Екатеринбурга, Санкт- Петербурга, Иркутска, чтобы определить безопасность найденных штаммов для полезных видов насекомых. У нас же не только вредные, у нас есть и важные, полезные виды. Нами была проведена масштабная десятилетняя работа. Коллеги продолжают это сотрудничество, подключая сейчас и ГИС-технологии, и прогнозирование по оценке вспышек, чтобы дистанционно и массово оценить смещение вспышек. Наши коллеги в Красноярске разрабатывают математические модели, которые уже хорошо себя показали.
— Каков, по вашему мнению, должен быть объем влияния человека на эти процессы?
— Есть мнение, что это все природные течения. Безусловно, природа-то справляется. Но мы все-таки люди, мы вынуждены подстраивать условия, потому что нам хочется есть, где-то жить. Мы создаем какие-то монокультуры, посадку, допустим, сплошных берез, там, где их не должно было быть, но для нас это было нужно. Нужно, чтобы они себя максимально хорошо чувствовали, чтобы их не объедали каждый год на 100%. А насекомые, получается, реагируют на наши изменения и отвечают соответствующе.
Мы же не стараемся кого-то уничтожить, мы стараемся именно снизить численность, чтобы нас это не беспокоило. Естественно, для нас главное — сохранить экосистему. Но пустить все на самотек мы не можем, мы — дети цивилизации и живем в соответствующих условиях.
— Бывали ли ученые слишком эффективны в решении вопросов регуляции популяции насекомых — и не только насекомых?
— Безусловно, такие примеры были. На ум приходит использование группы агрессивных химикатов типа ДДТ. Он был очень ядовит и воздействовал без разбора на разные группы живых существ, накапливался в пищевой цепочке практически на всех этапах и возвращался к человеку.
Был еще показательный пример, когда некое агрессивное вещество использовали для уничтожения комаров. И да, комары там вымерли, только вся экологическая цепочка порушилась вплоть до того, что участок земли оказался чуть ли не на грани вымирания. Поэтому надо быть аккуратными. Поэтому мы не боремся, а контролируем численность, дабы отойти даже психологически от слов «уничтожение, борьба».
— Средство, которое было получено в результате вашей работы, сейчас на стадии проверок?
— Да. Совместно с нашими коллегами из Иркутска мы проверили его экологическую безопасность для полезных видов насекомых, эндемиков, пчел. Сейчас осталось определить круг экономически значимых вредителей лесного, сельского хозяйств и дальше уже готовиться к процедурам регистрации. Регистрация занимает примерно три года. Химия, к сожалению, все время доминирует во многих областях, потому что проще, быстрее проверить. А биологическая борьба немножко капризнее, это игра вдолгую. Но все-таки эта игра стоит того.
Беседовал Никита Ланской
