![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
АКТУАЛЬНОСТЬ Биологические инвазии, то есть нашествия чужеродных животных и растений с последующей вспышкой массового размножения, - одна из самых серьезных экологических и экономических проблем XXI века, одно из самых тяжелых последствий глобализации. Львиная доля ущерба связана именно с инвазиями насекомых, в частности, жуков. В связи с резким возрастанием числа и масштаба инвазий жуков за последние два десятилетия изучение этой проблемы стало вопросом экологической и экономической, прежде всего продовольственной, безопасности страны. Нашествие чужеродных жуков наносит огромный урон сельскому и лесному хозяйству, причиняет вред здоровью людей, разрушает местные экосистемы. Вторжения ряда видов носят характер чрезвычайных ситуаций - так называемые "энтомогенные катастрофы". Поэтому тема проекта находится в рамках приоритетного направления науки "Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера". Выявление и анализ естественных предпосылок биологических инвазий, т.е. тех особенностей биологии, которые позволяют виду проникнуть за пределы исходного ареала, адаптироваться к новым условиям, успешно конкурировать с автохтонными видами и стать злостным чужеродным вредителем – одна из важнейших проблем современной биологии, имеющая не только фундаментальное, но и практическое значение. СУЩНОСТЬ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ Науке пока не известны закономерности инвазий жесткокрылых, поэтому разрушительные нашествия "жуков-чужаков" обычно непредсказуемы и застают врасплох. Например, ясеневая изумрудная узкотелая златка была редким безвредным азиатским видом, о котором знали только специалисты-систематики. Но в конце 1990-х годов она одновременно проникла в Северную Америку и европейскую Россию и к настоящему времени уничтожила сотни миллионов ясеней, получив статус самого опасного лесного вредителя в мире. Причины и механизмы этой инвазии не выяснены. Еще один пример - божья коровка арлекин. В течение нескольких десятилетий ее специально разводили и выпускали на разных континентах на сельхозугодья для борьбы с тлями. Она уничтожала вредителей, но не приживалась. Однако с середины 1980-х годов коровка арлекин стала приживаться и расселяться по всему миру, местами достигая огромной численности и нанося экономический и экологический ущерб. Почему произошла такая перемена? Никто пока не знает. Основная цель нашего проекта - выяснить как "безобидные" виды жуков превращаются в массовых чужеродных вредителей, то есть выяснить экологические причины инвазий, корни которых уходят в физиологию насекомых. Еще одна задача - разработать математическую методику моделирования ареалов чужеродных видов, которая позволит достоверно прогнозировать их динамику. ПОЧЕМУ НУЖНО ФИНАНСИРОВАТЬ ИЗУЧЕНИЕ ИНВАЗИЙ? Изучение инвазий - одно из самых финансируемых и интенсивно развивающихся направлений экологии в мире. Ведущие мировые державы осознали, что необходимо выделять средства на исследование биологических инвазий, так как противном случае приходится выделять значительно большие суммы на ликвидацию последствий нашествий чужеродных видов. В 2015 г. в Евросоюзе вступило в силу специальное постановление о политике в области биологических инвазий (EU Regulation no.1143/2014) ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ: 1. Ясеневая изумрудная узкотелая златка Agrilus planipennis - карантинный вид ЕОКЗР, уничтожила сотни миллионов ясеней в Северной Америке, с 2003 г. быстро расселяется по европейской России. Если вредитель проникнет в широколиственные леса, это нанесет ущерб лесной промышленности, а если погубит ясеневые лесополосы Черноземья, то от ветровой эрозии пострадают почвы, которые кормят всю страну. 2. Божья коровка арлекин Harmonia axyridis - глобальный инвайдер, вредитель виноделия и плодоводства, представляет опасность для здоровья людей, т.к. скапливается в домах и выделяет жидкость, вызывающую аллергию. 3. Картофельные блошки рода Epitrix - некоторые виды рода занесены в Европу из Америки и наносят ущерб картофелю и другим пасленовым, являются карантинными видами ЕОКЗР и России. К сожалению, для борьбы с ними нужно большее число опрыскиваний, чем для борьбы с колорадским жуком. Таким образом, если не предотвратить их расселение, то картофелеводам придется применять больше пестицидов, и это отрицательно скажется на здоровье людей. КОНКРЕТНЫЕ ЗАДАЧИ: 1. Получить новые данные об экологии, географическом распространении и образе жизни ряда наиболее значимых в настоящее время чужеродных жесткокрылых: ясеневой изумрудной узкотелой златки, коровки арлекина и картофельных блошек. 2. Разработать комплекс экологических, биогеографических и генетических критериев, который позволит отличать, какие виды жуков являются местными, а какие - чужеродными. 3. Составить список чужеродных жуков России, создать информационную систему "Чужеродные жуки России". 4. Путем проведения экспериментов выяснить физиологические механизмы, которые превратили коровку арлекина в злостного чужеродного вредителя. 5. Разработать методику вероятностного моделирования ареалов чужеродных жесткокрылых, которая позволит прогнозировать динамику расселения. 6. Составить точную карту естественного ареала Agrilus planipennis в Азии. 7. Составить первый ключ для определения видов рода Epitrix Голарктики и полный каталог видов рода в объеме мировой фауны. НАУЧНАЯ НОВИЗНА проекта очевидна, т.к. во-первых, до настоящего времени не было попыток обобщения и теоретического осмысления информации по чужеродным жукам России (нет даже списка чужеродных видов нашей страны), во-вторых, в мире пока не разработаны методики достоверного прогнозирования ареалов чужеродных видов жуков, в-третьих, не известны эколого-физиологические причины инвазий жуков, в-четвертых, до настоящего времени не было ни ключа для определения картофельных блошек Голарктики, ни современного каталога мировой фауны. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ также не вызывает сомнения. Для борьбы с конкретными вредителями необходимо знать их географическое распространение, экологию и образ жизни. А чтобы уменьшить ущерб, наносимый инвазиями жесткокрылых в целом, необходимо понимать общую механику этого процесса. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Исследование вносит вклад в теоретические основы экологии инвазий. Кроме того, биологические инвазии как «эксперименты природы» предоставляют уникальную возможность изучения процессов приспособления животных и растений к новым условиям среды, микроэволюции и формирования ареалов. ДОСТИЖИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ Гарантия успешного выполнения поставленных масштабных задач - это сильный исследовательский коллектив, в состав которого вошли только активно работающие колеоптерологи с международным авторитетом: 3 доктора и 7 кандидатов наук, каждый из которых за последние 5 лет опубликовал несколько статей в журналах, индексируемых в Web of Svience и Scopus. Общее число публикаций участников за 5 лет составило 244, из которых 5 монографий и 94 статьи в журналах, индексируемых в Web of Science и Scopus. Руководитель и основные исполнители - постоянные авторы и рецензенты ведущих мировых журналов по экологии и энтомологии: PLoS ONE [JCR 2013 Impact Factor 3,73], Biological Invasions [JCR 2013 Impact Factor 2.509], Agricultural and Forest Entomology [JCR 2013 Impact Factor 1.556], Journal of Applied Entomology [JCR 2013 Impact Factor 1.56]. Состав коллектива подобран так, чтобы обеспечить комплексное, мультидисциплинарное решение проблемы с разных позиций: с позиций классической энтомологии (сотрудники Лаборатории систематики насекомых ЗИН РАН и Лаборатории почвенной зоологии и общей энтомологии ИПЭЭ РАН), экспериментальной энтомологии (Лаборатория экспериментальной энтомологии и теоретических основ биометода ЗИН), экологии инвазий (Лаборатория экологии водных сообществ и инвазий ИПЭЭ), защиты растений (ВИЗР), карантина растений (ВНИИКР) и сельскохозяйственной энтомологии (Лаборатория сельскохозяйственной энтомологии МГУ). Вместе с тем, исследовательская группа не является "механическим соединением" сотрудников разных учреждений. Это сложившийся коллектив, который сформировался и ведет совместную работу в информационной среде сайта "Жуки и колеоптерологи"; основные участники проекта имеют совместные публикации.
ACTUALITY Biological invasions of alien animals and plants are one of the most serious ecological and economic problems of our century, one of the most negative consequences of globalization. The most of damage is connected just with the invasion of insects, in particular, beetles. Dramatic increase of number of invasive species and damage caused by them in the last two decades makes the study of this problem the question of ecological and economic (first of all food) security of the country. Invasion of alien beetles cause a serious damage to agriculture and forestry and human health and destroy native ecosystems. Invasions of some species are characterized as an emergency situations - "entomogenous catastrophes". So the subject of this project corresponds to the priority direction of science "Technologies of prevention and liquidation of emergency situations of natural and antropogenous origin". Elucidation and analysis of natural background of biological invasions, i.e. the features of biology that allow the species to penetrate to the regions outside their native range, acclimate to the new conditions, successfully compete with autochthonous species and become an alien pest is one of the most serious problem of current biology, having not only fundamental, but also practical significance. ESSENSE OF SCIENTIFIC PROBLEM The ecological laws governing the invasion of beetles are unknown. So the devastating invasions of alien beetles are usually unpredictable and caught people by surprise. For example, emerald ash borer was a rare innocuous Asian species, which was known only to taxonomists. But at the 1990s it somehow at the same time appeared in North America and in European Russia and became one of the most devastating forest pest in the world. Background and mechanism of these invasions are unknown. Another example is the harlequin ladybird. For several decades it was used as a biological agent of pest control. The laboratory culture of this beetle was intentionally released to the fields in different continents to kill aphids. It killed aphids, but did not establish. However from mid 1980s H. axyridis began to establish and disperse all over the world, became a dominant ladybird species in some regions and cased an economic and ecological damage. What is the reason for this change? In is unknown. The main objective of the study is to reveal how "innocuous" beetle species become alien pests, i.e. to reveal the ecological background of invasions, roots in the physiology of insects. Another objective is to elaborate the new method of probabilistic modelling of ranges of alien species, which allow to make reliable prognosis of range dynamics. WHY IS IT NECESSARY TO FINANCE THE STUDY OF INVASIONS? The study of invasions is one of the most funded and intensively developing field of ecology in the world. Leading world countries have understood that it is necessary to support study of biological invasions, because if not to do so it would be necessary to spend much more money for liquidation of consequences of invasions of alien pests. In 2015 the special legislation about policy in the field of biological invasions was adopted in European Union (EU Regulation no.1143/2014). MAIN TARGET SPECIES: 1. Emerald ash borer Agrilus planipennis – quarantine species of EPPO, destroyed hundreds millions of ash trees in North America, since 2003 quickly disperse in European Russia. If the pest penetrate to the broad-leaved forests, it will cause damage to forestry, and if it destroy the ash forest belts of Chernozemye, the valuable soils could be damaged by wind erosion. 2. Harlequin ladybird Harmonia axyridis – global invider, pest of wine production and fruit production, poses a risk to human health, because the beetles accumulate in houses and secretes a fluid that causes allergies. 3. Potato flea beetles of the genus Epitrix – some species of the genus were unintentionally introduced from America to Europe and damage potato and other Solanaceae, quarantine species of EPPO and Russia. Unfortunately, to more pesticide applications are necessary for control of these pests then for control of Colorado potato beetle. Therefore, if disperse of these pest will not be prevented, potato producers will have to use more pesticides, which will negatively affect human health. Specific tasks: 1. To obtain new data on ecology, geographic distribution and biology of several alien pests which have the most significance now: emerald ash borer, harlequin ladybird and potato flea beetles. 2. To elaborate the complex of ecological, economic, biogeographic and genetic criteria, which allow to determine what species of beetles are native and what are alien. 3. To make the list of alien beetle species of Russia and the information system "Alien beetles of Russia". 4. Experimentally reveal the physiological mechanisms which have made the harlequin ladybird the dangerous alien pest. 5. To elaborate the method of probabilistic modelling of ranges of alien beetles, which allow to predict dynamics of their disperse. 6. To create the percise map of A. planipennis native range in Asia. 7. To make the first key for identification of the species of the genus Epitrix of Holarctic and the full catalogue of all Epitrix species of the world. SCIENTIFIC NOVELTY of the project is obvious, because, first, there were no attempts of generalizations and theoretical understanding of information about alien beetles of Russia (there are no even a list of alien beetle species of our country), second, there are no methods of reliable forecasting of dynamics of alien beelte ranges, third, the ecophysiological background of beetle invasions are unknown, fourth, there are no key for identification of species of the genus Epitrix of Holarctic and the modern catalog of the world fauna. PRACTICAL SIGNIFICANCE. The knowledge about geographical distribution, ecology and biology of specific pests are necessary to control them. And it is necessary to understand the general mechanics of beetle invasions to decrease damage from this process in general. THEORETICAL SIGNIFICANCE. This study contributes to the theoretical basis of ecological invasions. Biological invasions as “natural experiments” offer a unique possibility to study the process of adaptation of animals and plants to new environment, microevolution and formation of species ranges. SCIENTIFIC TEAM The guaranty of the successful fulfillment of the ambitious targets is a strong scientific team which include only actively working coleopterologists with international authority: 3 DrSci and 7 PhD. Each of them has published several articles in the journals indexing in Web of Svience and Scopus in last five years. The general quantity of publications in 5 years is 234, including 5 monographs and 94 articles in journals indexing in Web of Science and Scopus. The supervisor of the project and main participants are the authors and reviewers of leading world journals on ecology and entomology: PLoS ONE [JCR 2013 Impact Factor 3,73], Biological Invasions [JCR 2013 Impact Factor 2.509], Agricultural and Forest Entomology [JCR 2013 Impact Factor 1.556], Journal of Applied Entomology [JCR 2013 Impact Factor 1.56]. The collective is composed so to provide complex, multidisciplinary solution of the problem from different points of view: classical entomology (Laboratory of Insect Systematics ZIN RAS and Laboratoty of Soil Ecology and General Entomology of IEE RAS), experimental entomology (Laboratory of Experimental Entomology and BioControl Theory ZIN RAS), invasion ecology (Laboratory of ecology of water communities and invasions IEE RAS), plant protection (GNU VIZR), plant quarantine (VNIIKR) and agricultural entomology (Laboratory of Agricultural Entomology of MSU). On the other hand, the scientific team is not a mechanical combination of scientists from different institutes. It is an established team, which works in the information environment of website "Beetles and colepterists"; the main participants have joint publications.
1. НОВЫЕ ДАННЫЕ О КОНКРЕТНЫХ ВРЕДИТЕЛЯХ. Будут получены новые данные по географическому распространению, экологии и образу жизни ясеневой изумрудной узкотелой златки, божьей коровки арлекина и картофельных блошек. В настоящее время эти виды быстро расселяются по территории европейской России и Европы, нанося экономический и экологический ущерб. При этом не предпринимается практически никаких мер для снижения этого ущерба. Причина - недостаток научных сведений об этих новых для Европы вредителях. Нужно как можно скорее исследовать вредителей, и полученные научные результаты сразу же использовать на практике для снижения убытков. Эти данные имеют общественное значение не только для нашей страны, но и для Европы в целом и будут востребованы как российскими организациями по карантину и защите растений, так и ЕОКЗР. 2. СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ. Будет создана и представлена в Интернете информационная система "Чужеродные жуки России". В информационную систему войдут как те виды, которые проникли к нам из-за рубежа, так и те, которые проникли из одного крупного региона страны в другой. По предварительным оценкам, в системе будет представлено как минимум 150 видов. Для каждого из них будет приведена информация о его географическом распространении (с ГИС-картами), экологии, особенностях образа жизни, вредоносности, а для вредителей - о мерах борьбы. Текст будет приведен на русском и английском языках. Изложение информации в простой, доступной форме, сделает базу доступной не только для специалистов, но и для широкой аудитории. Целевая аудитория в России: 1) хозяйственники и сотрудники государственных структур, отвечающих за организацию рационального природопользования и охрану природы, 2) сотрудники служб карантина и защиты растений, 3) представители лесного хозяйства и служб городского озеленения, 4) преподаватели и студенты биологических, лесных и сельскохозяйственных ВУЗов. Кроме того, база наверняка будет востребована и зарубежными специалистами, т.к. в Европе остро ощущается дефицит информации о чужеродных жуках России. Все международные базы данных по инвазионным организмам (NOBANIS, DAISIE и др.) страдают отсутствием сведений о нашей стране. Вместе с тем, европейским экспертам необходимо знать, какие чужеродные вредители расселяются по территории нашей страны и представляют угрозу для других стран Европы. 3. ОТВЕТ НА ВОПРОС: КАК БЕЗВРЕДНЫЕ ВИДЫ ПРЕВРАЩАЮТСЯ В ИНВАЗИВНЫХ ВРЕДИТЕЛЕЙ? Путем проведения экспериментов выяснить физиологические механизмы, которые превратили божью коровку арлекина в злостного чужеродного вредителя. Одна из характерных черт злостных инвайдеров (в том числе и исследуемого вида Harmonia axyridis) – возможность быстрого достижения и поддержания высокой плотности популяции. В связи с этим будут проведено сравнительное лабораторное исследование реакции личинок и имаго H. axyridis, происходящих из инвазивных (европейских) и неинвазивных (сибирских) популяций на содержание при разных плотностях популяции. При этом будет исследована именно прямая реакция на плотность популяции, а не эффекты нехватки корма, обычно вызываемой перенаселением. Исследование является передовым относительно мирового уровня исследований в данной области, т.к. в ходе предшествующих сравнительных исследований, проведенных разными учеными многих стран, различные признаки H. axyridis рассматривались как предпосылки инвазии (скорость развития, частота и длительность диапаузы, средняя плодовитость и т.п.), но реакция на высокую плотность популяции ранее не изучалась. Практическое применение результата в том, что станет ясно, как правильно использовать биологические методы борьбы с вредителями, чтобы объекты биометода не превращались сами во вредителей подобно данному виду. 4. ВЕРОЯТНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АРЕАЛОВ. Будут разработаны концепции, подходы и практические методы вероятностного моделирования ареалов чужеродных жесткокрылых с целью достоверного определения границ распространения в настоящее время, а также прогнозирования динамики ареалов. Апробацией этого направления работы станет создание прогностической модели расселения ясеневой изумрудной узкотелой златки по Европе. Статистически достоверное установление границ распространения чужеродных видов жуков и прогнозирование динамики ареалов - необходимое условие для разработки карантинных мероприятий и для организации других мер по снижению ущерба от вредителей. Резкий рост числа и масштабов инвазий жуков за последние 10-15 лет сделали эту задачу остро актуальной. Проблема интенсивно исследуется ведущими зарубежными специалистами, но пока далека от решения. Мы ожидаем получения прорывных научных результатов, т.к собираемся применить новые математические методы, которые ранее не использовались для моделирования ареалов чужеродных жуков. Кроме того, залог успеха в использовании идеального модельного объекта - ясеневой изумрудной узкотелой златки. Этот вид одновременно проник в европейскую Россию и Северную Америку. Таким образом, сама жизнь как будто поставила для нас "опыт с контролем". Сравнивая расселение вредителя по Европе и Америке, мы сможем делать выводы о закономерностях этого процесса. Прогностическая модель ареала ясеневой изумрудной узкотелой златки может быть сразу же, еще до завершения проекта, использована как основа для карантинных и иных мероприятий, а разработанные при ее создании подходы и методы, могут быть применены для прогнозирования ареалов других вредителей. 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ КАРТОФЕЛЬНЫХ БЛОШЕК. Будет составлена первая таблица для определения видов рода Epitrix Голарктики и полный каталог видов рода в объеме мировой фауны. Данное исследование является передовым относительно мирового уровня, так как до настоящего времени не существует ни каталога картофельных блошек мира, ни определителя, который бы включал одновременно виды из Европы, Азии и Северной Америки. Вместе с тем, каталог и определитель необходимы карантинным службам всего мира, потому что сейчас наблюдается глобальная инвазия картофельных блошек: североамериканские виды проникают в Европу и Азию, европейские - в Северную Америку. 6. ВКЛАД В ТЕОРИЮ ИНВАЗИОННОЙ ЭКОЛОГИИ ЖЕСТКОКРЫЛЫХ. Запланированное крупномасштабное исследование чужеродных представителей разных семейств жесткокрылых позволит сделать теоретические обобщения - выявить закономерности процесса инвазий. В частности, планируется внести вклад в разработку следующих фундаментальных вопросов: (1) Какие виды жуков проникают за пределы своих естественных ареалов и акклиматизируются там? (2) Как вселившиеся виды адаптируются к условиям обитания в новых для себя сообществах? (3) Каковы коридоры и векторы инвазий жесткокрылых? (4) Как происходит расширение инвазионного ареала? (5) Как виды-вселенцы влияют на природные сообщества? Такие теоретические разработки важны с точки зрения познания природы, потому что чужеродные виды - прекрасный модельный объект для изучения эволюционных, экологических и зоогеографических закономерностей. Практическое значение данного направления работы также очевидно: пока мы не знаем закономерностей процесса инвазий, нашествия чужеродных жуков застают нас врасплох.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 июня 2016 г.-31 декабря 2018 г. | Комплексное исследование процесса инвазий у жесткокрылых |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".