Введение
Подряд насекомых
Пиломаховые – это ос-подобные насекомые, относящиеся к подряду Symphyta в составе отряда Hymenoptera, наряду с муравьями, пчелами и осами. Обычное название происходит от пилообразного вида яйцеклада, которым самки разрезают растения для откладывания яиц. Это название особенно связано с Tenthredinoidea – самым крупным надотрядом в подряду, включающим около 7000 известных видов; в целом, в подряду насчитывается 8000 описанных видов, объединенных в более чем 800 родов. Symphyta является парафилетической группой, состоящей из нескольких базальных групп в составе отряда Hymenoptera, каждая из которых вложена в предыдущую, завершаясь Apocrita, которые не являются пиломаховыми. Основное отличие пиломаховых от Apocrita – муравьев, пчел и ос – заключается в отсутствии у взрослых осой талии и наличии широкого соединения между брюшком и грудью. Некоторые пиломаховые являются мимикриями ос и пчел по типу батезианской мимикрии, и их яйцеклад можно спутать с жалом. Личинки похожи на гусениц, но их можно отличить по количеству ложноножек и отсутствию крючков у личинок пиломаховых. Подавляющее большинство пиломаховых питаются растениями, хотя представители надотряда Orussoidea являются паразитами. Среди хищников – птицы, насекомые и мелкие животные. Личинки некоторых видов обладают антихищническими адаптациями, такими как извержение раздражающей жидкости и сбивание в группы для безопасности в количестве. Пиломаховые служат хозяевами для множества паразитоидов, большинство из которых относятся к отряду Hymenoptera, остальные – к отряду Diptera. Взрослые пиломаховые живут недолго, продолжительность их жизни составляет 7–9 дней, хотя стадия личинки может длиться от нескольких месяцев до нескольких лет, в зависимости от вида. В подряду распространены партеногенетические самки, которым не требуется спаривание для производства оплодотворенных яиц, хотя у многих видов есть самцы. Взрослые особи питаются пыльцой, нектаром, падью, соком, другими насекомыми, включая гемолимфу личинок-хозяев; их ротовые органы приспособлены к этим видам питания. Пиломаховые проходят полную метаморфозу, включающую четыре отчетливых стадии жизненного цикла – яйцо, личинка, куколка и взрослая особь. Самка использует свой яйцеклад для проделывания отверстий в растительном материале (или, в случае Orussoidea, в других насекомых), а затем откладывает яйца группами, называемыми плотами или коконами. После вылупления личинки питаются растениями, часто группами. По мере приближения к взрослой стадии личинки ищут защищенное место для окукливания, обычно в коре или почве. Большие популяции таких видов, как сосновая пиломаха, могут нанести значительный ущерб лесному хозяйству, в то время как другие, например, пиломаха ирисовая, являются серьезными вредителями в садоводстве. Вспышки численности личинок пиломаховых могут приводить к полному опадению листьев с деревьев, что может вызвать их отмирание, задержку роста или гибель. Борьбу с пиломаховыми можно вести с помощью инсектицидов, естественных хищников и паразитоидов или механических методов. Пиломаховые впервые появились 250 миллионов лет назад в триасовом периоде. Старейший надотряд, Xyeloidea, существует и по сей день. Более 200 миллионов лет назад в одной из линий пиломаховых развился паразитоидный образ жизни, с плотоядными личинками, питающимися яйцами или личинками других насекомых. Пиломаховые распространены по всему миру, хотя наибольшее разнообразие наблюдается в северных полушариях.
Этимология
Название подпорядка "Symphyta" происходит от греческого слова symphyton, означающего "сросшиеся вместе", что связано с характерным отсутствием у этих насекомых выраженной осиной талии между протостией и перистомией. Распространенное название "пиломаха" происходит от пилообразного яйцеклада, используемого для откладывания яиц, при котором самка делает надрез в стебле или листе растения для откладки яиц. Пиломахи также известны как "деревянные осы".
Филогения
В своем первоначальном описании перепончатокрылых в 1863 году немецкий зоолог Карл Герстэкер разделил их на три группы: Hymenoptera aculeata, Hymenoptera apocrita и Hymenoptera phytophaga. Но четыре года спустя, в 1867 году, он описал только две группы, H. apocrita syn. genuina и H. symphyta syn. phytophaga. Поэтому Symphyta традиционно считаются, наряду с Apocrita, одним из двух подрядов перепончатокрылых. Symphyta – более примитивная группа, с относительно полной жилкованием крыльев, личинками, преимущественно питающимися растениями, и без «осиной талии» – симплезиоморфного признака. Вместе Symphyta составляют менее 10% всех видов перепончатокрылых. Хотя термины «пиломаха» и «Symphyta» используются как синонимы, Symphyta также разделены на три группы: настоящие пиломахи (phyllophaga), древесные пилы или ксилофаги (Siricidae) и Orussidae. Эти три группы различаются по строению яйцеклада: у настоящих пиломахов он имеет вентральные зубчатые или пилообразные выросты для пропиливания отверстий в растительности для откладывания яиц, в то время как яйцеклад древесных пил проникает в древесину, а Orussidae являются внешними паразитоидами древесных жуков. Сами древесные пилы представляют собой парафилетическую предковую группу. Несмотря на эти ограничения, эти термины полезны и широко используются в литературе. Кладистические методы и молекулярная филогенетика углубляют понимание взаимосвязей между надсемействами, что приводит к пересмотру на уровне надсемейства и семейства. Symphyta – наиболее примитивные (базальные) таксоны в составе перепончатокрылых (некоторые из них датируются 250 миллионами лет назад), и один из таксонов Symphyta дал начало монофилетическому подряду Apocrita (осы, пчелы и муравьи). Одна из окаменелостей, Archexyela ipswichensis из Квинсленда, имеет возраст от 205,6 до 221,5 миллионов лет, что делает ее одной из древнейших известных окаменелостей пиломахи. Больше окаменелостей Xyelidae было обнаружено в средней юре и меловом периоде, но разнообразие семейства в то время было меньше, чем в мезозойскую и третичную эру. Подсемейство Xyelinae было широко распространено в эти периоды, а в третичных фаунах доминировало племя Xyelini, что указывает на влажный и теплый климат. Кладограмма основана на Schulmeister, 2003.
Таксономия
Существует около 8000 видов пиломаши в более чем 800 родах, хотя новые виды продолжают открываться. Однако более ранние исследования указывали на существование 10 000 видов, объединенных примерно в 1000 родов. Ранние филогенетические построения, такие как работы Александра Расницына, основанные на морфологии и поведении, выделили девять клад, которые не соответствовали историческим надотрядам. Эти классификации были заменены классификациями, использующими молекулярные методы, начиная с работ Доутона и Остина (1994). По состоянию на 2013 год Symphyta рассматриваются как девять надотрядов (один вымерший) и 25 семейств. Большинство пиломаши относятся к надотряду Tenthredinoidea, включающему около 7000 видов по всему миру. Tenthredinoidea состоит из шести семейств, среди которых Tenthredinidae является самым крупным, насчитывающим около 5500 видов. Головы пиломаши различаются по размеру, форме и прочности, а также по положению глаз и антенн. Выделяют четыре типа голов: открытая, максиллопонтальная, закрытая и генапонтальная. Открытая голова наиболее проста, в то время как остальные типы являются производными. Голова также гипогнатическая, то есть нижние ротовые части направлены вниз. При использовании ротовые части могут быть направлены вперед, но это происходит только при покачивании всей головы вперед в маятникообразном движении. В отличие от большинства примитивных насекомых, швы (жесткие соединения между двумя или более твердыми элементами) и склериты (уплотненные части тела) редуцированы или отсутствуют. Клипеус (склерит, формирующий "лицо" насекомого) не разделен на пре- и постклипеус, а отделен от передней части головы. Склериты антенн сращены с капсулой головы, но иногда разделены швом. Количество сегментов антенн варьируется от шести у Accorduleceridae до 30 и более у Pamphiliidae. Составные глаза крупные, с множеством фасеток, между дорсальными частями которых расположены три оцелли. Тенторий составляет весь внутренний скелет головы. Грудной отдел состоит из трех сегментов: мезоторакс, метаторакс и проторакс, а также экзоскелетных пластин, соединенных с этими сегментами. На четвертом сегменте ног – голени – имеются шпоры. У пиломаши две пары полупрозрачных крыльев, соединенных крючками. Параллельное развитие крыльев пиломаши наиболее часто наблюдается в анальных жилках. У всех пиломаши 2A и 3A обычно срастаются с первой анальной жилкой. Это происходит в нескольких семействах, включая Argidae, Diprionidae и Cimbicidae. Личинки пиломаши легко можно спутать с личинками чешуекрылых (гусеницами). Однако существует несколько морфологических различий, позволяющих их различить: обе личинки имеют три пары грудных ног и апикальную пару брюшных ложноножек, но у гусениц чешуекрылых четыре пары ложноножек на брюшных сегментах 3–6, а у личинок пиломаши – пять пар ложноножек на брюшных сегментах 2–6; у личинок чешуекрылых присутствуют крючки, а у личинок пиломаши их нет; ложноножки обеих личинок постепенно исчезают, когда они зарываются в почву, что затрудняет их различение; и у личинок пиломаши только одна пара крошечных глаз, в то время как у личинок чешуекрылых четыре–шесть глаз с каждой стороны головы. Крупнейшее семейство, Tenthredinidae, насчитывающее около 5000 видов, встречается на всех континентах, кроме Антарктиды, хотя наиболее распространено и разнообразно в умеренных регионах северного полушария; оно отсутствует в Новой Зеландии и мало представлено в Австралии. Следующее по величине семейство, Argidae, насчитывающее около 800 видов, также распространено по всему миру, но наиболее часто встречается в тропиках, особенно в Африке, где личинки питаются древесными и травянистыми цветковыми растениями. Из других семейств, Blasticotomidae и Megalodontidae являются палеарктическими; Xyelidae, Pamphilidae, Diprionidae, Cimbicidae и Cephidae – голоарктическими, а Siricidae – преимущественно голоарктическими с некоторыми тропическими видами. Паразитические Orussidae встречаются по всему миру, в основном в тропических и субтропических регионах. Древоточцы Xiphydriidae распространены по всему миру, но большинство видов обитает в субтропических районах Азии.
Heads of sawflies vary in size, shape and sturdiness, as well as the positions of the eyes and antennae. They are characterised in four head types: open head, maxapontal head, closed head and genapontal head. The open head is simplistic, whereas all the other heads are derived. The head is also hypognathous, meaning that the lower mouthparts are directed downwards. When in use, the mouthparts may be directed forwards, but this is only caused when the sawfly swings its entire head forward in a pendulum motion. Unlike most primitive insects, the sutures (rigid joints between two or more hard elements on an organism) and sclerites (hardened body parts) are obsolescent or absent. The clypeus (a sclerite that makes up an insects "face") is not divided into a pre and postclypeus, but rather separated from the front. The antennal sclerites are fused with the surrounding head capsule, but these are sometimes separated by a suture. The number of segments in the antennae vary from six in the Accorduleceridae to 30 or more in the Pamphiliidae. The compound eyes are large with a number of facets, and there are three ocelli between the dorsal portions of the compound eyes. The tentorium comprises the whole inner skeleton of the head. Three segments make up the thorax: the mesothorax, metathorax and prothorax, as well as the exoskeletal plates that connect with these segments. The legs have spurs on their fourth segments, the tibiae. Sawflies have two pairs of translucent wings. The fore and hind wings are locked together with hooks. Parallel development in sawfly wings is most frequent in the anal veins. In all sawflies, 2A & 3A tend to fuse with the first anal vein. This occurs in several families including Argidae, Diprionidae and Cimbicidae. The larvae of sawflies are easily mistaken for lepidopteran larvae (caterpillars). However, several morphological differences can distinguish the two: while both larvae share three pairs of thoracic legs and an apical pair of abdominal prolegs, lepidopteran caterpillars have four pairs of prolegs on abdominal segments 3–6 while sawfly larvae have five pairs of prolegs located on abdominal segments 2–6; crochets are present on lepidopteran larvae, whereas on sawfly larvae they are not; the prolegs of both larvae gradually disappear by the time they burrow into the ground, therefore making it difficult to distinguish the two; and sawfly larvae only have a single pair of minute eyes, whereas lepidopteran larvae have four to six eyes on each side of the head. The largest family, the Tenthredinidae, with some 5,000 species, are found on all continents except Antarctica, though they are most abundant and diverse in the temperate regions of the northern hemisphere; they are absent from New Zealand and there are few of them in Australia. The next largest family, the Argidae, with some 800 species, is also worldwide, but is most common in the tropics, especially in Africa, where they feed on woody and herbaceous angiosperms. Of the other families, the Blasticotomidae and Megalodontidae are Palearctic; the Xyelidae, Pamphilidae, Diprionidae, Cimbicidae, and Cephidae are Holarctic, while the Siricidae are mainly Holarctic with some tropical species. The parasitic Orussidae are found worldwide, mostly in tropical and subtropical regions. The wood boring Xiphydriidae are worldwide, but most species live in the subtropical parts of Asia.
Поведение и экология
Пиломаши в основном травоядны, питаясь растениями с высокой концентрацией химической защиты. Эти насекомые либо устойчивы к химическим веществам, либо избегают участков растений с их высокой концентрацией. Личинки преимущественно питаются группами; они являются листоедами, поедающими растения и плоды на местных деревьях и кустарниках, хотя некоторые из них – паразиты. Однако это не всегда так: личинки сосновой пиломаши Монтерей (Itycorsia) – одиночные плетуны паутины, питающиеся соснами Монтерей внутри шелковистой паутины. Взрослые особи питаются пыльцой и нектаром. Личинки пиломахов и мотыльков составляют треть рациона птенцов полевого жаворонка (Emberiza calandra), причем личинки пиломахов поедаются чаще в прохладные дни. Птенцы черного тетерева (Tetrao tetrix) проявляют выраженную предпочтительность к личинкам пиломахов. Личинки пиломахов составляли 43% рациона бурого гаичника (Poecile rufescens). Взрослых особей и личинок поедают такие насекомые, как муравьи и некоторые виды хищных ос (Vespula vulgaris), а также ящерицы и лягушки. Pardalotes, медососы и качуры (Rhipidura) изредка поедают отложенные яйца, а несколько видов личинок жуков охотятся на куколок. У некоторых видов личинки собираются вместе, снижая вероятность гибели, а в некоторых случаях формируются группами, головами наружу, или ритмично поднимают и опускают брюшко. У некоторых взрослых особей имеются черные и желтые отметины, мимикрирующие под ос. Самки браконид находят личинок пиломахов по вибрациям, которые те издают при питании, после чего вводят яйцеклад и парализуют личинку, прежде чем отложить яйца внутрь хозяина. Эти яйца вылупляются внутри личинки в течение нескольких дней, где они питаются тканями хозяина. Личинки браконид могут полностью поглотить тело хозяина, за исключением головной капсулы и эпидермиса. Развитие личинок завершается в течение двух-трех недель. Десять видов ос из семейства Ichneumonidae атакуют популяции пиломахов, хотя эти виды обычно редки. Наиболее важными паразитоидами в этом семействе являются виды рода Collyria. В отличие от браконид, личинки Ichneumonidae – эндопаразитоиды, то есть живут и питаются внутри тела хозяина. Один из известных ихнеумонид – Collyria coxator, являющийся доминирующим паразитоидом C. pygmaeus. Зарегистрированные показатели паразитизма в Европе составляют от 20 до 76%, и в одной личинке можно обнаружить до восьми яиц, но из хозяина выходит только один индивид Collyria. Личинка может оставаться внутри хозяина до весны, после чего выходит и окукливается. Несколько видов семейства Eulophidae атакуют пиломахов, хотя их влияние незначительно. Изучены два вида рода Pediobius; оба вида – внутренние личиночные паразитоиды и встречаются только в северном полушарии. Паразитизм пиломахов эулофидами в траве превышает 50%, но составляет лишь 5% в пшенице. Причины низкой скорости атаки в пшенице неизвестны. Кроме того, известно, что некоторые грибковые и бактериальные заболевания поражают яйца и куколки в теплую влажную погоду.
Жизненный цикл и размножение
Как и все другие насекомые отряда перепончатокрылых, пиломахи проходят полную метаморфозу, включающую четыре отчетливые стадии жизненного цикла: яйцо, личинка, куколка и взрослая особь. Многие виды размножаются партеногенетически, то есть самкам не требуется оплодотворение для производства жизнеспособных яиц. Неоплодотворенные яйца развиваются в самцов, а оплодотворенные – в самок (арренотокия). Продолжительность жизни отдельной пиломахи составляет от двух месяцев до двух лет, хотя стадия взрослой особи часто очень коротка (примерно 7–9 дней), достаточная лишь для откладки яиц самкой. Самка использует свой яйцеклад, чтобы проделывать отверстия в растительном материале для откладки яиц (хотя семейство Orussoidea откладывает яйца в других насекомых). Растительноядные пиломахи чаще всего встречаются на листовом материале, но некоторые специализируются на древесине, а яйцеклады этих видов (например, семейство Siricidae) специально приспособлены для проделывания ходов в коре. После того, как надрез сделан, самка откладывает от 30 до 90 яиц. Самки избегают затененных мест при откладке яиц, поскольку личинки в таких условиях развиваются значительно медленнее и могут даже не выжить, а также могут погибнуть, если яйца отложены на незрелых и восковых листьях. Поэтому самки пиломахов ищут молодые, полностью развернувшиеся листья для откладки яиц. Значительный ущерб деревьям наносится только при больших размерах дерева или при низкой численности личинок. Эвкалипты способны быстро восстанавливаться после повреждений, причиненных личинками; однако они могут быть серьезно повреждены при вспышках численности, особенно в молодом возрасте. Деревья могут быть полностью лишены листвы, что приводит к отмиранию ветвей, замедлению роста или даже гибели. Подобным образом, розовые пиломахи Arge pagana и A. ochropus лишают листья розовых кустов. У гигантской древесной осы или шершня, Urocerus gigas, есть длинный яйцеклад, который в сочетании с черно-желтой окраской делает ее хорошим мимиком шершня. Несмотря на устрашающий вид, это насекомое не способно жалить. Яйца откладываются в древесину хвойных пород, таких как дугласова ель, сосна, ель и лиственница. Личинки прокладывают ходы в древесине, нанося экономический ущерб. Существуют альтернативные методы борьбы с пиломахами. Механические методы включают удаление личинок с деревьев и их уничтожение путем раздавливания или помещением в кипящую воду или керосин, хотя это непрактично на плантациях. Для уничтожения личинок можно использовать хищников, а также паразитов, которые ранее применялись в программах контроля. Небольшие деревья можно обрабатывать различными химическими веществами, включая мальдисон, диметоат и карбарил, если удаление личинок с деревьев недостаточно эффективно.