В Тюрингском лесу и горах Гарц мёртвые ели (Picea abies) усеивают ландшафт, словно скелеты
Многие из них уже упали или были срублены. Эти мёртвые деревья служат напоминанием о последствиях глобального потепления.
Многолетняя засуха и высокие температуры ослабили ель, «хлебное дерево» лесной промышленности
В сочетании с монокультурным выращиванием ель стала жертвой небольшого насекомого — европейского короеда Ips typographus, также известного как жук-гравер из-за того, как он повреждает деревья.
Однако 4–5-миллиметровый жук осуществляет свои разрушительные действия не в одиночку, а вместе со своими спутниками-грибами, которые также поражают деревья. Цифры подтверждают огромный ущерб, причинённый короедами. В отчёте о состоянии лесов за 2024 год Свободного государства Тюрингия короеды названы основной причиной ущерба.
По оценкам, было повреждено 28 миллионов кубических метров еловой древесины. Это соответствует 88% от общего объёма повреждённой древесины в тюрингских лесах.
Отдел биохимии Института химической экологии Общества Макса Планка исследует, как ели защищаются от короедов и грибов, и как эти насекомые и их грибковые союзники преодолевают защитные механизмы деревьев
В новом исследовании, опубликованном в журнале Functional Ecology, учёные сосредоточились на том, почему ели производят такую сложную смесь защитных веществ в своей липкой смоле.
Существовало несколько гипотез, объясняющих это явление
Одна из них предполагает, что наиболее эффективные вещества для защиты растений от насекомых отличаются от тех, которые подавляют рост микроорганизмов. Другая гипотеза утверждает, что комбинация защитных веществ более эффективна, чем отдельные вещества.
Однако доказательств в поддержку любой из гипотез было мало. Поэтому «мы протестировали двенадцать природных защитных веществ — монотерпенов, которые являются основными компонентами смолы ели, — против их наиболее опасных вредителей: короедов и грибов, переносимых жуками и способствующих их атаке», — объясняет Динешкумар Кандасами, один из ведущих авторов, который в настоящее время проводит исследования в Лундском университете в Швеции.
В экспериментах по изучению воздействия различных монотерпенов и их смесей на короедов и три вида грибов исследовательская группа показала, что монотерпены, токсичные для короедов, обычно не подавляют рост грибов — и наоборот
Монотерпены, которые отпугивали короедов, не оказывали влияния на грибы, а монотерпены, подавляющие рост грибов, не оказывали негативного влияния на короедов.
Исследователи также были удивлены, обнаружив, что наиболее распространённые в елях монотерпены были лишь умеренно эффективны против жуков и двух из трёх видов грибов. В то же время наиболее биоактивные монотерпены были обнаружены в елях в очень малых количествах.
«В то же время мы обнаружили, что смеси монотерпенов были более эффективны против короедов и двух из трёх видов грибов, чем отдельные монотерпены. Это демонстрирует синергетический эффект, при котором несколько химических соединений более эффективны вместе, чем по отдельности», — говорит Кандасами. «Это первое исследование, которое показывает, что синергия и тот факт, что разные химические вещества эффективны против разных врагов, могут объяснить, почему деревья используют смеси защитных химических веществ».
«Наши выводы дают одно из наиболее убедительных объяснений на сегодняшний день того, почему химические смеси так распространены в природе», — сказал Джонатан Гершензон, заведующий отделом биохимии.
Новые открытия могут помочь в разработке натуральных пестицидов
Например, монотерпены, токсичные для короедов, могут быть нанесены на кору деревьев, где жуки приземляются перед тем, как проникнуть внутрь. Для разработки новых пестицидов также важно учитывать, что смеси более эффективны, чем отдельные соединения. Поскольку растения сталкиваются с большим стрессом из-за изменения климата, их защитные механизмы против короедов и грибов могут стать менее эффективными.
«Понимание того, как работает защита растений, позволяет нам лучше прогнозировать, как растения будут справляться с будущими климатическими сценариями, и разрабатывать стратегии для защиты экосистем», — говорит Кандасами.
Дальнейшие исследования запланированы. Команда хочет выяснить, почему смеси монотерпенов более эффективны, чем отдельные монотерпены. Они также стремятся идентифицировать мишени растительных токсинов в организмах вредителей и патогенов.
Предоставлено Обществом Макса Планка.