Введение

Группа ос Паразитоидные ос - это большая группа гименоптерных суперсемейств, все, кроме древесных ос (Orussoidea), относятся к группе ос с талией Apocrita. Как паразитоиды, они откладывают яйца на или в телах других членистоногих, рано или поздно вызывая смерть этих хозяев. Различные виды специализируются на хозяевах из разных орденов насекомых, чаще всего Лепидоптеры, хотя некоторые выбирают жуков, мух или жуков; паукообразные ос (Pompilidae) атакуют исключительно пауков. Паразитоидные виды ос отличаются тем, на какой стадии жизни они нападают на хозяина: яйца, личинки, куклы или взрослые. Они в основном следуют одной из двух основных стратегий паразитизма: либо они эндопаразитические, развивающиеся внутри хозяина, и коинобионты, позволяющие хозяину продолжать питаться, развиваться и перемещаться; или они эктопаразитические, развивающиеся вне хозяина, и идиобионты, парализующие хозяина сразу. Некоторые эндопаразитические ос из суперсемейства Ichneumonoidea имеют взаимные отношения с полиднавирусами, вирусами, подавляющими иммунную защиту хозяина. Паразитоидность эволюционировала только один раз в гименоптерах, во время пермского периода, что привело к одному кладу, называемому Euhymenoptera, но паразитарный образ жизни был вторично потерян несколько раз, в том числе среди муравьев, пчел и оса. В результате, порядок Hymenoptera содержит много семейств паразитоидов, смешанных с непаразитоидными группами. Паразитоидные осы включают в себя некоторые очень большие группы, по некоторым оценкам, Chalcidoidea насчитывает до 500 000 видов, Ichneumonidae 100 000 видов, а Braconidae до 50 000 видов. Насекомые-хозяева развили ряд средств защиты от паразитоидных ос, включая скрытие, вибрацию и маскирующие знаки. Многие паразитоидные ос считаются полезными для человека, потому что они естественным образом контролируют сельскохозяйственные вредители. Некоторые применяются в коммерческих целях в биологическом борьбе с вредителями, начиная с 1920-х годов с Encarsia formosa для борьбы с белой мухой в теплицах. Исторически паразитоидизм у ос повлиял на мышление Чарльза Дарвина.

Хозяева

Многие паразитоидные осы используют личинки лепидоптер в качестве хозяев, но некоторые группы паразитируют на различных жизненных стадиях хозяина (яйцеклетка, личинка или нимфа, куколка, взрослый) почти всех других орденов насекомых, особенно Coleoptera, Diptera, Hemiptera и других Hymenoptera. Некоторые нападают на других членистоногих, кроме насекомых: например, Pompilidae специализируются на ловле пауков: это быстрая и опасная добыча, часто такая же большая, как и сама оса, но пауковая оса быстрее, быстро укушая свою добычу, чтобы обездвижить ее. Взрослые самки большинства видов помещают яйца в тела или яйца хозяев. В более редких случаях паразитоидные оски могут использовать семена растений в качестве хозяев, таких как Torymus druparum. Некоторые также вводят смесь секреторных продуктов, которые парализуют хозяина или защищают яйцо от иммунной системы хозяина; к ним относятся полиднавирусы, белки яичников и яд. Если в организм входит полиднавирус, он заражает ядра гемоцитов и других клеток, вызывая симптомы, которые полезны паразиту. Размер хозяина важен для развития паразитоида, так как хозяин является его всем источником пищи, пока он не вырастет взрослым; маленькие хозяева часто производят меньших паразитоидов. Некоторые виды предпочитают откладывать женские яйца в более крупных хозяев и мужские яйца в меньших хозяев, поскольку репродуктивные способности самцов менее сильно ограничены меньшими размерами тела взрослого человека. Некоторые паразитоидные ос отмечают хозяина химическими сигналами, чтобы показать, что там отложили яйцо. Это может как удержать соперников от яйцекладки, так и сигнализировать себе, что в этом хозяине не требуется никаких дополнительных яиц, эффективно снижая шансы на то, что потомству придется конкурировать за пищу и увеличивать выживаемость потомства.

Жизненный цикл

На или внутри хозяина паразитоидные яйца вылупляются в личинку или две или более личинки (полиэмбрион). Яйца эндопаразитоидов могут поглощать жидкости из организма хозяина и увеличиваться в разы по сравнению с тем, когда они были впервые отложены до вылупления. Первые личинки часто очень подвижны и могут иметь сильные челюсти или другие структуры, чтобы конкурировать с другими паразитоидными личинками. Следующие стадии, как правило, больше похожи на личинок. У личинок паразитоидов есть неполноценная пищеварительная система без заднего отверстия. Это предотвращает заражение хозяев отходами. Личинка питается тканями хозяина, пока не будет готова к пупации; к тому времени хозяин, как правило, либо мертв, либо почти мертв. Меконий, или накопленные отходы из личинки, выбрасывается, когда личинка переходит в препупу. В зависимости от вида паразитоид может вырваться из организма хозяина или остаться в более или менее пустой коже. В любом случае, он обычно создает кокон и куколки. Взрослые паразитоидные ос питаются преимущественно нектаром цветов. Самки некоторых видов также пьют гемолимфу от хозяев, чтобы получить дополнительные питательные вещества для производства яиц.

Мутуализм с полиднавирусом

Полиднавирусы - это уникальная группа вирусов насекомых, которые имеют взаимные отношения с некоторыми паразитирующими ос. Полиднавирус реплицируется в яйцеводах взрослой самки паразитоидной ос. Эта связь приносит пользу ос, поскольку вирус обеспечивает защиту личинок паразитов внутри хозяина, (i) ослабляя иммунную систему хозяина и (ii) изменяя клетки хозяина, чтобы быть более полезными для паразита. Связь между этими вирусами и осы является обязательной в том смысле, что все особи заражены вирусами; вирус был включен в геном оси и унаследован.

Защита хозяина

У хозяев паразитоидов развилось несколько уровней защиты. Многие хозяева пытаются скрыться от паразитов в труднодоступных местах обитания. Они также могут избавиться от фрасов (отходов тела) и избегать растений, которые они жевали, поскольку оба могут сигнализировать о своем присутствии паразитоидам, охотящимся на хозяев. Яйцевые оболочки и кутикулы потенциальных хозяев сгущаются, чтобы паразитоид не проник в них. При встрече с яйцекладущей паразитоидной самкой, хозяева могут использовать поведенческие уклонения, например, сбрасывать растение, на котором они находятся, крутить и бить, чтобы вытеснить или убить самку, и даже отрыгивать на оса, чтобы запутать ее. Иногда это помогает, так как позволяет осе "пропустить" откладывание яйца на хозяина и вместо этого поместить его поблизости. Из-за того, что пупы вибрируют, оса может потерять крепкую и гладкую пупу или застрять в шелковых нитках. Некоторые гусеницы даже кусают самку, которая к ним приближается. Некоторые насекомые выделяют ядовитые соединения, которые убивают или отгоняют паразитоид. Муравьи, которые находятся в симбиотических отношениях с гусеницами, тли или насекомыми, могут защитить их от нападения ос. Паразитоидные ос уязвимы к гиперпаразитоидным ос. Некоторые паразитоидные ос изменяют поведение зараженного хозяина, заставляя его строить шелковую сеть вокруг куколки ос после того, как они выходят из его тела, чтобы защитить их от гиперпаразитоидов. Хозяева могут убивать эндопаразитоиды, приклеивая гемоциты к яйцеклетке или личинке в процессе, называемом инкапсуляцией. Присутствие особого вида γ 3 Pseudomonadota у тлеющих делает тлеющих относительно невосприимчивыми к их паразитоидным осям, убивая многие яйца. Поскольку выживание паразитоида зависит от его способности уклониться от иммунной реакции хозяина, некоторые паразитоидные ос разработали контрстратегию, заключающуюся в том, чтобы откладывать больше яиц в тли, которые имеют эндосимбионт, так что по крайней мере одна из них может вылупиться и паразитировать на тли. Некоторые гусеницы едят растения, которые токсичны как для них самих, так и для паразита, чтобы вылечиться. Ларвы Drosophila melanogaster также самолечат себя этанолом для лечения паразитизма. Самки D. melanogaster откладывают яйца в пищу, содержащую токсичные количества алкоголя, если обнаруживают вблизи паразитоидных ос. Алкоголь защищает их от осы, но за счет этого замедляет их собственный рост.

Эволюция

На основе генетического и ископаемого анализа паразитоидизм развился только один раз в гименоптерах, во время пермского периода, что привело к единому кладу. Все паразитоидные ос происходят от этой линии. Узкая развалина Апокрита возникла в юрском периоде. Общий предк, в котором эволюционировал паразитоидизм, жил примерно 247 миллионов лет назад и ранее считался эктопаразитоидной древесной осаю, которая питалась личинками древесных жуков. Виды, похожие по образу жизни и морфологии на этого предка, все еще существуют в Ichneumonoidea. Однако недавний молекулярный и морфологический анализ показывает, что этот предшественник был эндофагом, то есть питался изнутри своего хозяина. Филогенетическое дерево дает сжатый обзор позиций паразитоидных групп (жирный шрифт), среди групп (курсив) как Vespidae, которые вторично отказались от паразитоидных привычек. Приблизительное количество видов, которые, по оценкам, находятся в этих группах, часто намного больше, чем количество, описанное до сих пор, показано в скобках, а оценки наиболее густонаселенных также показаны жирным шрифтом, например "150,000"). Не все виды в этих группах являются паразитоидными: например, некоторые Cynipoidea являются фитофагами.

Биологический контроль вредителей

Паразитоидные ос считаются полезными, поскольку они естественным образом контролируют популяцию многих вредителей. Они широко используются в коммерческом плане (наряду с другими паразитоидами, такими как тахинидные мухи) для биологического борьбы с вредителями, для которых наиболее важными группами являются ихнеумоноидные ос, которые охотятся в основном на гусениц бабочек и мотыльков; браконидные ос, которые нападают на гусениц и широкий спектр других насекомых, включая зеленую муху; халцидоидные ос, которые паразитируют на яйцах и личинках зеленой мухи, белой мухи, капустной гусенице и чешуйчатых насекомых. Одной из первых паразитоидных ос, которые стали использоваться в коммерческих целях, была Encarsia formosa, эндопаразитическая афелинида. Он используется для борьбы с белой мухой в теплицах с 1920-х годов. Использование насекомых практически исчезло, их заменили химические пестициды в 1940-х годах. С 1970-х годов использование возродилось, с возобновлением использования в Европе и России. В некоторых странах, таких как Новая Зеландия, это основное средство биологического контроля, используемое для борьбы с парниковыми белыми мухами, особенно на таких культурах, как помидоры, растение, на котором хищникам особенно трудно установиться. Коммерчески существует два типа систем разведения: краткосрочный сезонный ежедневный выпуск с высоким уровнем производства паразитоидов в день и долгосрочный круглогодичный низкий ежедневный выпуск с диапазоном производства 4-1000 миллионов женских паразитоидов в неделю, чтобы удовлетворить спрос на подходящие паразитоиды для различных культур.

В культуре

Паразитоидные ос повлияли на мышление Чарльза Дарвина. В 1860 году Дарвин написал в письме американскому натуралисту Асе Грей: "Я не могу себе представить, что благожелательный и всемогущий Бог мог бы специально создать паразитирующих ос с явной целью питаться ими внутри живых тел гусениц". Палеонтолог Дональд Протеро отмечает, что религиозно настроенные люди викторианской эпохи, включая Дарвина, были ужасены этим примером очевидной жестокости в природе, особенно заметной в Ichneumonidae.