В одном из престижных биологических журналов — Current Biology в 2024 году вышла статья, посвященная анализу маршрутов многопоколенной миграции бабочки-репейницы (Vanessa cardui). Исследование проводила международная команда ученых, участником которой был и сотрудник российского Зоологического института РАН Назар Шаповал.
В 2019 году внимание исследователей-энтомологов привлекло необычное и яркое во всех смыслах событие межконтинентального уровня — популяционная вспышка бабочки-репейницы, небывалую по численности миграцию которой на протяжение 7 месяцев (с марта по ноябрь) можно было последовательно наблюдать на Ближнем Востоке, в Европе и в Африке. Эта уникальное по масштабам и расстояниям перемещение бабочек и стало предметом исследования, проводившегося почти 5 лет.
Если говорить о миграции насекомых, то в первую очередь следует упомянуть хрестоматийный пример — бабочку-монарха (Danaus plexippus), которая ежегодно мигрирует из США и Канады в Мексику. Однако и в нашем полушарии есть не менее удивительный мигрант — и это как раз репейница. Эта бабочка совершает ежегодные циклические миграции из тропической Африки в северные широты Палеарктики (достигая Скандинавии) и обратно. Важно отметить, что жизнь каждой конкретной бабочки слишком коротка для таких дальних путешествий, то есть одна и та же бабочка, вылетевшая, например, с Ближнего Востока, через Скандинавию в Африку не долетит. Зато это сделают последующие поколения — за время одного цикла миграции сменяются несколько поколений насекомых. Поэтому такие миграции называются многопоколенными: каждое поколение проходит лишь часть глобального миграционного пути. На преодоление всего маршрута репейнице «требуется» 8–10 поколений (при этом одна бабочка может пролететь более 4000 км за пять–восемь дней и около 780 км без остановок для отдыха и кормления, что является рекордом среди насекомых).
Учитывая то, что репродуктивный успех каждого поколения насекомых связан с ресурсами, доступными им в тех местах, где они размножаются, можно предположить, что именно климатические аномалии, неожиданно провоцирующие благоприятные условия воспроизводства, вызывают быстрые вспышки численности популяции в конкретных местах. Так, обратившись к спутниковым данным, исследователи установили, что основной причиной вспышки популяции репейницы стал аномальный рост растительности, наблюдавшийся с ноября 2018 года по апрель 2019-го на Аравийском полуострове и Ближнем Востоке (в частности, в полуаридных регионах Саудовской Аравии, Ираке, Сирии, Йемене).
Чтобы отследить миграционный путь нескольких поколений бабочек, ученые использовали оригинальный подход — метабаркодинг 1. Участник исследования Назар Шаповал рассказывает о процессе работы: «Мы предположили, что вышедшая из куколки бабочка, питаясь на цветах и накапливая необходимый запас энергии для последующей миграции, цепляет на себя пыльцу различных растений. Анализируя ДНК пыльцевых зерен, собранных с ножек и тела бабочки, можно идентифицировать растения и найти виды, эндемичные для конкретного региона. Это даст подсказку, где родились и откуда прилетели пойманные в конкретной точке земного шара репейницы».
Анализ ДНК пыльцы показал, что бабочки, наводнившие в марте-апреле Восточное Средиземноморье (острова Хиос и Крит, Израиль, Сирию), несли на себе пыльцу растений, являющихся эндемиками, и / или культур, характерных для Аравийского региона. Однако важно отметить, что репейницы, появившиеся в тот же период (март-апрель) в Западном Средиземноморье, родились не на Аравийском полуострове и не имели отношения к аравийской популяционной вспышке. Они, как показал анализ собранной с них пыльцы, прилетели из Африки, преодолев Сахару. Так, наиболее характерным растением, пыльцу которого несли бабочки, появившиеся в Андалусии, оказалось Tetraena simplex — вид, распространенный в Сахаре и особенно часто встречающийся вдоль океанского побережья Северо-Западной Африки. А пыльца, принесенная бабочками в Каталонию в апреле-мае с большой долей вероятности указывает на происхождение насекомых из прибрежного Алжира / Марокко и южной Испании.
Потомки африканских репейниц из Западного Средиземноморья продолжили путь на север через Западную и Центральную Европу, а вот бабочки, появившиеся в мае в Восточной Европе и в европейской части России, несли пыльцу растений, характерных для Кавказа и Центральной Азии. Таким образом, Кавказский и Каспийский регионы служили своего рода коридором для колонизации Восточной Европы и европейской части России потомками репейниц с Аравийского полуострова и Восточного Средиземноморья.
Второй всплеск численности репейниц в Западном Средиземноморье наблюдался в июне. Но, если в марте репейницы несли на себе пыльцу, характерную для растений Африканского континента, то в июне видовой состав растений, пыльца которых была обнаружена на бабочках, коренным образом поменялся: теперь на насекомых преобладала пыльца видов, распространенных в Северной Европе. Что свидетельствует об обратной миграции бабочек в начале лета — с севера Европы в Африку.
Итак, репейницы, появившиеся в Восточной Европе ранней весной, происходили из Аравии и с Ближнего Востока (что совпало с положительной аномалией роста растительности в регионе с ноября 2018-го по апрель 2019 года). Потом, поздней весной, насекомые переместились в Северную Европу, где, вероятно, столкнулись с некомфортными условиями для размножения — прохладной погодой или несовпадением с циклом растений-хозяев 2. Эти обстоятельства заставили новое поколение репейниц повернуть назад, в результате чего демографическая волна распространилась по Западной Европе.
Данные, полученные учеными на основе пыльцы, совпали с пространственно-временными пиками численности, отмеченными гражданской наукой 3, что также предполагало эффект эха вспышки в Западной Африке в сентябре–ноябре.
Результаты научной работы показывают, что вспышки численности популяции в части миграционных ареалов видов могут распространять демографические эффекты на несколько поколений в широкой географической области. Это исследование, в котором в качестве основного инструмента был задействован метод метабаркодирования, представляет собой беспрецедентную попытку отследить по переносимой насекомыми пыльце растений их непрерывную многопоколенную миграцию в межконтинентальном масштабе.
Комментарии
