Согласно новому исследованию, колорадский жук смог добиться огромного распространения благодаря генетическому разнообразию, которое позволило различным популяциям жука в Северной Америке быстро выработать устойчивость практически ко всему, что люди использовали для борьбы с ним.
Колорадского жука впервые поймал в 1811 году английский натуралист Томас Наттолл, совершавший путешествие по Северной Америке. Научное описание насекомого составил в 1824 году известный американский зоолог Томас Сэй. В то время основным кормом для жука служило дикорастущее растение паслен рогатый (Solanum rostratum), и исследователи даже не предполагали, что скромное насекомое потом привлечет к себе внимание ученых многих стран. Завоевание колорадским жуком полей началось в 1859 году, когда в штате Небраска он был впервые замечен на полях картофеля. В наши дни ущерб от колорадского жука составляет сотни миллионов долларов ежегодно. Колорадский жук устойчив к пятидесяти с лишним разновидностям инсектицидов, применяемых в сельском хозяйстве.
Генетическое разнообразие колорадского жука и арсенал существующих генов устойчивости, вероятно, затруднит борьбу с ним и в будущем, независимо от того, какие новые инсектициды разработают исследователи. Но понимание геномных ресурсов жука может помочь ученым разработать системы управления, которые будут держать его под контролем. «Этот жук был одним из первых, кто подвергся химической атаке в современную эпоху, и он очень успешно эволюционировал после этих атак, — говорит Шон Шовилл, профессор энтомологии Университета Висконсина, который руководил новым исследованием. — Что касается других насекомых, которых мы надеемся контролировать, из изучения этого вредителя можно извлечь уроки. Какие механизмы использует это насекомое, чтобы обойти инсектициды?»
Профессор Шовилл и его сотрудники секвенировали геном колорадского жука в 2018 году. С тех пор они секвенировали ДНК нескольких десятков жуков со всех концов США. Эти региональные популяции различаются тем, к каким веществам они устойчивы и откуда происходят, что может дать ключ к пониманию эволюционной истории колорадского жука. Ученые обнаружили, что различные региональные группы развивались так быстро, потому что их родительские популяции уже обладали генетическими ресурсами, необходимыми для преодоления инсектицидов. Такая быстрая эволюция, основанная на богатстве существующего генетического разнообразия, противоречит старой модели эволюции, которая предполагала, что редкие мутации должны медленно возникать в популяции. В то время как новые мутации действительно появляются и могут способствовать устойчивости к инсектицидам, быстрая реакция картофельного жука на новые химические вещества в разных частях страны может быть объяснена только уже существующим генетическим разнообразием.
Работа опубликована в журнале Molecular Biology and Evolution.
