Новое исследование ученых показало, что обычный пестицид, широко используемый в мировом сельском хозяйстве, изменяет экспрессию генов шмелей на молекулярном уровне и мешает их способности к размножению, что может представлять долгосрочную угрозу опылению сельскохозяйственных культур и продовольственной безопасности.
Пчелы и другие насекомые-опылители являются краеугольным камнем современного сельского хозяйства. Они помогают воспроизводить большое количество фруктов, овощей и семенных культур, обеспечивая стабильное снабжение продовольствием на столе человека. Однако пестициды, используемые для защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, могут нанести вред этой важнейшей экологической службе, если они причинят вред опылителям.
Химическое вещество, вызывающее беспокойство на этот раз, — сульфоксафлор. Этот пестицид был введен в эксплуатацию в 2013 году. Он в основном направлен против сосущих вредителей, таких как тля. Он широко используется на полях, таких как кукуруза и соевые бобы, и оказывает замечательное воздействие на предотвращение и борьбу с вредителями сельскохозяйственных культур. Однако исследования показали, что сульфоксафлор токсичен для пчел, и научное сообщество отслеживает влияние воздействия низких доз на воспроизводство пчел и механизмы на молекулярном уровне.
Исследовательская группа из Технологического института Джорджии в США в новом исследовании подтвердила, что воздействие низких доз сульфоксафлора не только мешает размножению шмелей, но и значительно изменяет активность экспрессии нескольких генов в их организме. Исследование финансировалось Министерством сельского хозяйства США. Исследователи подвергли рабочих пчел воздействию низких уровней сульфоксафлора в контролируемой среде и обнаружили изменения в экспрессии генов в различных частях тканей.
Результаты показали, что ткань яичников шмелей была наиболее поражена, с резкими изменениями в активности генов. Исследовательская группа отметила, что этот тип нарушения экспрессии генов яичников может снизить общий уровень репродуктивного успеха пчелиной семьи, что будет способствовать снижению количества пчелиных семей в долгосрочной перспективе. Чтобы детально охарактеризовать этот эффект, исследователи в ходе эксперимента быстро заморозили ткани шмелей, затем проанализировали изменения активности генов после воздействия пестицидов и использовали вычислительные модели для выявления наиболее сильно затронутых биологических процессов.
Майкл Гудисман, один из руководителей исследовательской группы и профессор Школы биологических наук Технологического института Джорджии, сказал, что уникальность этого исследования заключается в том, что оно напрямую связывает молекулярные изменения в экспрессии генов с фактическими экологическими последствиями для отдельных пчел и пчел. Подобные межмасштабные данные все еще очень редки при оценке риска пестицидов.
Исследование также выдвигает на первый план основные проблемы, стоящие перед сегодняшним сельским хозяйством: с одной стороны, пестициды необходимы для эффективной борьбы с вредителями и обеспечения урожайности и прибыли фермеров; с другой стороны, они должны свести к минимуму ущерб, наносимый нецелевым полезным насекомым, таким как шмели. Первый автор исследования, Сара Орр, руководила экспериментами во время своей постдокторской работы в Технологическом институте Джорджии, а сейчас является доцентом Университета Тампы. Она подчеркнула, что цель научных исследований — найти осуществимые компромиссы между борьбой с вредителями и сохранением насекомых, чтобы защитить глобальное производство продуктов питания, основанное на системах опыления.
Исследователи отмечают, что поддержание стабильности пчелиных семей имеет решающее значение для обеспечения опыления. Если в пчелиных семьях будет недостаточно потомства из-за таких факторов, как воздействие пестицидов, эффективность опыления сельскохозяйственных культур неизбежно снизится, что повлияет на урожайность и здоровье экосистемы. Сайтехдейли
Важно отметить, что сульфоксафлор — лишь один из многочисленных факторов стресса, с которыми сталкиваются шмели. Помимо воздействия пестицидов, все более важными факторами стресса становятся изменения окружающей среды, такие как глобальное потепление и частые экстремальные жары. Ученые надеются, что благодаря глубокому пониманию того, как пестициды, такие как сульфоксафлор, влияют на физиологию и поведение пчел на молекулярном уровне, они смогут предоставить фермерам и регулирующим органам более научную основу для принятия решений, гарантируя урожайность и одновременно лучше защищая этих опылителей, которые предоставляют ключевые услуги сельскому хозяйству и природным экосистемам.