Ученые проводят генетические эксперименты и скрещивают два разных вида в лаборатории. Это не сюжет фантастического романа, а реальные исследования, которые проводятся в одной из лабораторий ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН». Специалисты выращивают гибриды двух лесных вредителей: сибирского и соснового шелкопрядов. Биологи проверяют, будут ли эти особи наследовать худшие черты родителей.
О работе, которая может изменить подходы к раннему выявлению опасных видов и защите лесов в целом, рассказала ведущий научный сотрудник Института леса им. В. Н. Сукачёва ФИЦ КНЦ СО РАН руководитель проекта РНФ доктор биологических наук Наталья Ивановна Кириченко.
Наталья Кириченко. Фото Анастасии Тамаровской
Два насекомых: обжора и гурман
Сибирский шелкопряд считается одним из самых разрушительных вредителей таежных лесов. Его гусеницы пожирают хвою различных видов растений: лиственницы и кедра, пихты, а также могут развиваться на ели и сосне. Такая всеядность делает «сибиряка» чрезвычайно опасным. К тому же этот вид способен быстро размножаться и за считаные годы уничтожать леса на огромных площадях.
Вспышки массовых размножений сибирского шелкопряда сродни лесным пожарам. Вредитель может вспыхнуть одновременно в нескольких местах и, мигрируя при недостатке корма из начальных точек, обесхвоить тысячи гектаров тайги в короткое время. Без хвои деревья обречены на гибель: они не могут заново ее отрастить, если потеряли по всей кроне. Такие деревья быстро ослабевают и становятся легкой добычей для стволовых вредителей, которые окончательно их добивают. В итоге лес превращается в сухостой — «спички» — высокий горючий материал для масштабных пожаров. Исключение составляет лиственница. Она способна отращивать новую хвою по всей кроне, но тратит при этом огромный жизненный ресурс, и если гусеницы шелкопряда объедят ее повторно, этого лиственничники уже не переживут.
Поврежденый лиственничник, Алтайский край. Фото Натальи Кириченко
Сосновый шелкопряд, напротив, более избирателен в своем питании. Его рацион ограничен сосной, хотя в исключительных случаях вредитель может питаться и другими хвойными, но крайне неохотно. Вспышки этого вида не такие мощные и не охватывают огромные территории, что не позволяет сосновому шелкопряду опустошать леса с той же скоростью и размахом, что и его сибирскому собрату.
Ареалы этих двух видов в России в определенной степени перекрываются. Так, оба шелкопряда встречаются в Красноярском крае и соседних регионах. Обычно разные виды не скрещиваются из-за половой изоляции. У бабочек этот механизм кроется в особенностях строения гениталий самцов и самок. Ученые шутят, что это система «ключ и замок». Если ключ не подходит к замку, скрещивания не произойдет. У насекомых именно половая несовместимость является главным барьером межвидового скрещивания. Здесь же, в случае с двумя шелкопрядами, ключ к замку подошел. Более того, оказалось, что самцы соснового шелкопряда способны откликаться на половой феромон самок сибирского, а значит, шанс появления гибридов в природе ненулевой. Однако что получится из такого союза? Будут ли гибриды перенимать прожорливость и способность к массовому размножению от сибирского шелкопряда и тесную связь с сосной от соснового? Что, если новая гибридная угроза — химера двух видов — распространится по европейской части России и уйдет дальше на запад, где имеются сосновые леса?
Гусеница ест хвоинку. Фото Натальи Кириченко
Эксперимент века и шесть тысяч гусениц
Чтобы получить ответы на эти и другие вопросы, ученые решили реализовать уникальный эксперимент, аналогов которому в России сегодня нет. Первая попытка скрестить двух шелкопрядов предпринималась в 1950-х годах. Однако от того эксперимента осталось лишь семь образцов бабочек, сохраненных в крупнейшей в стране энтомологической коллекции Зоологического института РАН (Санкт-Петербург), и никаких научных данных, а тем более публикаций.
Новая возможность представилась красноярским ученым благодаря вспышкам массового размножения вредителей в 2025 году. В Алтайском крае и Республике Тыва при содействии коллег из соответствующих лесных служб: Сергея Сапелкина, директора филиала ФБУ «Рослесозащита» «Центр защиты леса Республики Тыва» и Анатолия Рассказова, лесничего из Ключевского лесничества Алтайского края, — исследователи смогли собрать сотни гусениц обоих видов шелкопряда.
Полевые работы в Республике Тыва и на Алтае в июне 2025 года. Фото Натальи Кириченко
В лаборатории ученые скрещивают виды в разных комбинациях: мама одного вида, папа другого и наоборот. Сейчас в лаборатории содержатся шесть тысяч гусениц гибридов и чистых видов. Исследования позволят понять, какие признаки новые поколения гибридов унаследуют от родителей и, главное, будут ли они представлять еще более серьезную угрозу для лесов.
Создать гибрид — это не просто дать самцу и самке встретиться. Для организации встречи двух полов разных видов ученым приходится синхронизировать их развитие в лаборатории. В природе насекомые выходят из куколок с разбросом по времени. Специалисты нашли решение этой проблемы в холодильнике: низкая температура притормаживала развитие гусениц. Это позволило вывести оба вида одновременно, получить бабочек и поженить их.
Под руководством доктора биологических наук Натальи Кириченко и при кооперации с коллегами: кандидатом сельскохозяйственных наук Александром Агеевым и инженером-исследователем Александрой Цырендоржиевой из филиала Всероссийского научно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства «Центр лесной пирологии» и кандидатом биологических наук Сергеем Астапенко из филиала «Рослесозащиты» «Центр защиты леса Красноярского края», — эксперимент реализует команда исследователей, участников проекта РНФ, включая аспирантку Марию Рязанову. Именно Мария, задачи диссертационной работы которой попутно решаются в рамках данного проекта, — главный хранитель этого хрупкого мира и знает каждую гусеницу в лицо. Все процессы в лаборатории происходят под ее пристальным вниманием.
Научная группа. Фото Натальи Кириченко
Фабрика насекомых
В инсектарии — фабрике насекомых — царит строгий режим: свет горит 16 часов в сутки, влажность и температура выверены до процента и градуса. Каждый день тысячам прожорливых насекомых доставляют свежий обед: кедровую и сосновую хвою. До сентября включительно им предлагалась и лиственничная — основной корм сибирского шелкопряда. Это делается, чтобы проверить, какие растения предпочитают гибриды. Гусениц выращивают в закрытых маркированных контейнерах, чтобы никого не перепутать. Исследователи каждый день тщательно убирают их жилища: очищают от остатков несъеденного корма, экскрементов, линочных шкурок, а также дезинфицируют, чтоб избежать возникновения инфекций. За время роста гусеница линяет до пяти-шести раз: сбрасывает свою старую хитиновую шкурку, которая, как тесная одежда, становится мала и не дает расти дальше.
Недавно вылупившиеся из яиц гусеницы. Фото Анастасии Тамаровской
Биологи скрупулезно фиксируют продолжительность всех этапов развития насекомых — от яйца до имаго (взрослой стадии). Оценивают эффективность роста гусениц на хвое разных растений. Особенно важно отслеживать вес самок. Чем крупнее гусеница и куколка, тем больше яиц сформируется в теле бабочки. Плодовитость самки напрямую определяет потенциальную угрозу: чем больше яиц, тем больше гусениц и тем опаснее угроза для хвойных лесов.
Работа с подросшими гусеницами требует особой осторожности: их тело покрыто волосками, которые при контакте могут вызывать аллергическую реакцию, похожую на дерматит. В природе эти волоски служат гусеницам надежной защитой. Покров с их включением делает гусениц несъедобными для ряда потенциальных хищников: от насекомоядных птиц до мелких млекопитающих.
Процесс окукливания — это, пожалуй, самый удивительный этап развития, в ходе которого происходит невероятное событие. Внутри только что сформировавшейся куколки запускается трансформация: ткани гусеницы растворяются, превращаясь в своего рода строительный суп. Из этого органического бульона начинают формироваться совершенно новые структуры: усики, крылья, половые органы. Сложный организм строится заново, чтобы выйти в совершенно новом облике — бабочкой.
Бабочка гибрида сибирского и соснового шелкопрядов. Фото Натальи Кириченко
Молодая семья
Когда из куколок выходят бабочки, начинается самая деликатная часть эксперимента — спаривание. Взрослые особи шелкопрядов живут мало, в среднем около недели. Они не питаются, так как их ротовые органы редуцированы. Всю свою короткую жизнь бабочки шелкопрядов существуют исключительно за счет ресурсов, накопленных на стадии гусеницы. Их единственная цель — это найти партнера и оставить потомство.
Из-за тяжести брюшек, полных яиц, самки могут перемещаться только на короткие расстояния. Чтобы партнеры нашли их, самки выделяют половые феромоны, которые самцы чуют издалека. Уловив запах своими усиками, самцы способны преодолевать километры в поиске той самой.
В лаборатории женят насекомых ученые, скрещивая нужных для исследования самок и самцов. Они создают для пар шелкопрядов специальные апартаменты — бумажные фонарики, которые в шутку ученые называют «ипотечной программой “Молодая семья”». После спаривания внутри такого фонарика на заранее помещенную в него веточку кормового растения самка откладывает сотни яиц. Специалисты берут их «на воспитание» — и цикл начинается заново.
Фонарик для размножения шелкопрядов. Фото Анастасии Тамаровской
Первые плоды
Эксперимент дал свои первые результаты. Сегодня биологи получили уже второе поколение гибридов соснового и сибирского шелкопрядов от таких же гибридных родителей. Это доказывает, что их потомство жизнеспособно, может развиваться и размножаться дальше.
Окраска гибридов удивительно разнообразна. Среди них встречаются серые особи, характерные для сибирского шелкопряда, рыжие, как у соснового, а также многочисленные промежуточные формы. Однако закономерности наследования этого признака пока остаются неясными. Для понимания требуются целенаправленные генетические исследования, направленные на выявление генов, ответственных за формирование окраски, и на раскрытие механизмов ее передачи.
(слева направо) Сосновый шелкопряд, сибирский шелкопряд, гибрид. Фото Анастасии Тамаровской
Генетика — дело тонкое. Митохондриальный геном гибридное поколение наследует по материнской линии, а вот ядерный представляет собой сложную смесь признаков обоих родителей. Точные пропорции наследования таких ключевых характеристик, как прожорливость и потенциал к распространению, еще предстоит изучить. На данный момент гибриды и чистые виды развиваются с близкой скоростью.
Ученые ведут эту сложную и кропотливую работу в том числе и для того, чтобы научиться вовремя выявлять и правильно идентифицировать шелкопрядов. По внешнему виду, особенно на стадии гусеницы или куколки, отличить один вид от другого почти невозможно. В рамках проекта разрабатываются морфометрические и молекулярно-генетические подходы к идентификации и создается генетическая библиотека, которая должна помочь в определении вредителей на любой стадии развития, в том числе в выявлении гибридных форм. Разрабатываемые подходы позволят отслеживать современный ареал сибирского шелкопряда, что крайне актуально, учитывая карантинный статус этого вида в нашей стране и риски распространения вида в европейской части России. Этот эксперимент — важный вклад в защиту лесов, так как его результаты помогут улучшить подходы к мониторингу, своевременному выявлению и борьбе с насекомыми-вредителями в лесах России.
Исследования выполняются в рамках проекта, поддержанного грантом РНФ № 22-16-00075-П.
Мария Байкалова, группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
Фото Натальи Кириченко и Анастасии Тамаровской
